CC BY
48
2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА №90(8)
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники.
Безопасность полётов
УДК 656.7.08
ПОКАЗАТЕЛЬ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ ОТОБРАЖЕНИЯ КООРДИНАТНОЙ ИНФОРМАЦИИ О КОНФЛИКТУЮЩИХ ПАРАХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ НА ВЫХОДЕ КСА РЦ (ИВО ДИСПЕТЧЕРОВ УВД)
Ю.Г. АСАТУРОВ, Ю.А. ДРАЧЁВ, Ю.М. КОЛИТИЕВСКИЙ, М.Ю. КОЛИТИЕВСКИЙ
В современных показателях оценки обеспечиваемого системой ОрВД безопасности воздушного движения большую роль играет вероятность радиолокационного управления конфликтующими воздушными судами, которая в соответствии с принципом “вижу, слышу, управляю” представляет собой произведение вероятностей отображения координатной информации на индикаторах воздушной обстановки, наличия связи с указанными выше ВС и безошибочных действий диспетчера. В данной статье приводится показатель оценки вероятности отображения координатной информации, которая, в свою очередь, зависит от вероятности её поступления на вход КСА РЦ, величины потерь при передаче, обработке и преобразованиях в единую систему координат, а также от величины коэффициента сохранения эффективности КСА. Приведённый показатель позволяет оценить влияние подсистемы наблюдения на обеспечиваемый системой ОрВД уровень БВД применительно к каждой из пар потенциально-конфликтующих ВС и тем самым повысить объективность и достоверность оценок указанного уровня.
В соответствии с представленной на XI аэронавигационной конференции (Монреаль, октябрь 2003г.) «Глобальной эксплуатационной концепции ОрВД» в настоящее время особое внимание уделяется вопросам не только безопасности полетов (БП), но и управления этой безопасностью. В данном документе подчеркивается, что обеспечение БП будет и впредь являться первоочередной задачей в авиации, а безопасность воздушного движения (БВД) будет по-прежнему являться самым важным показателем эффективности на всех этапах функционирования системы ОрВД. Однако для реализации функции управления безопасностью необходимо в первую очередь обеспечить объективность, достоверность и своевременность получения оценок обеспечиваемого системой ОрВД уровня БВД.
С этой целью в работе [1] предлагается показатель оценки уровня БВД, в котором вместо числа столкновений пар воздушных судов используется сумма максимальных значений вероятностей столкновения всех пар потенциально-конфликтующих ВС, что позволяет существенно повысить чувствительность данного показателя к изменениям условий функционирования системы ОрВД и динамики воздушного движения и тем самым повысить степень объективности получаемых оценок. В последнем случае и гипотезе полета воздушных судов в соответствии с правилами полетов по приборам (ППП) большую роль играет вероятность радиолокационного
управления соответствующей парой ВС (рРЛУт ), которая (то есть вероятность) в соответствии с принципом «вижу, слышу, управляю» представляет собой произведение вероятностей отображения координатной информации на выходе КСА РЦ (рИт ), наличия связи с обоими
ВС (РСВт ) и безошибочных действий диспетчера (Рдт ):
Ррлу = pH Р?В Рд . (1)
РЛУт пт СВт Дт 4 ’
Ниже рассмотрим алгоритм расчета показателя оценки вероятности ^ят отображения координатной информации о т-й паре потенциально-конфликтующих ВС на выходе КСА РЦ
(ИВО диспетчера УВД).
На наш взгляд, данный показатель должен удовлетворять следующим требованиям:
- должна быть обеспечена чувствительность к тем параметрам информационной подсистемы наблюдения, влияние которых на величину указанной выше вероятности мы хотим оценивать;
- оценка величины вероятности Рнт должна проводиться в момент максимальной угрозы столкновения, то есть, когда вероятность столкновения т-й пары ВС будет максимальной.
В общем случае величина вероятности РНт зависит от вероятности её поступления на
вход КСА РЦ (Рвх), величины потерь при передаче, обработке и преобразованиях
КСА
(ринф _1 — рпот), а также от величины коэффициента сохранения эффективности КСА КСА
( к эф ) и применительно к т-й паре ВС имеет следующий вид:
р ____ р к КСА рКСА
РНт _ Рвхт ' Кэф 'Ринф . (2)
т
1. Алгоритм расчета величины вероятности Р^х т
Вероятность рвхт поступления на вход КСА РЦ координатной информации от Р разнотипных и разноточных информационных подсистем наблюдения в предположении того, что ее оценка проводится на выходе фильтра оптимального объединения (ФОО-Р) указанной информации, равна:
рхт _ 1 - П (1 - РВхтр ) . (3)
р_1
Здесь Рвхтр - вероятность поступления координатной информации о т-й паре ВС на вход
КСА РЦ от р-й информационной подсистемы наблюдения.
В качестве информационных подсистем наблюдения будем рассматривать подсистемы, организованные на базе:
- р=1 - сети двухкоординатных первичных радиолокаторов (ПРЛ);
- р=2 - сети трехкоординатных ПРЛ;
- р=3 - сети наземных запросчиков системы вторичной радиолокации (ВРЛ);
- р=4 - совместного использования подсистем первичной и вторичной радиолокации (ПРЛ+ ВРЛ);
- р=5 - сети автоматических радиопеленгаторов (АРП) ОВЧ-диапазона радиоволн;
- р=6 - автоматического зависимого наблюдения режимов А, В и т.п. (АЗН - А, В и т.п.);
- р=7 - специально организованной ретрансляционной сети систем ВРЛ, ГО и т.п. в интересах перспективной подсистемы нетрадиционных независимых наблюдений (ННН);
- р=8 - многопозиционной сети ретрансляторов сигналов первичной радиолокации.
Ниже под координатной информацией будем понимать информацию о воздушной обстановке, представленную в местной прямоугольной топоцентрической системе координат (МПТСК - координаты х, у, г) и в виде барометрической высоты Н, поступающей по каналам системы ВРЛ с борта каждого из воздушных судов. В этом случае каждая из указанных выше информационных подсистем наблюдения обеспечивает, как минимум, один из следующих трех видов координатной информации:
- плоскостные координаты х, у (подсистемыр=1, 3, 5, 7);
- барометрическая высота Н (подсистемыр=3, 6, 7);
- координаты х, у, г в трехмерном пространстве (р=2, 7, 8).
С учетом изложенного вероятность Рвхтр можно представить в виде трех независимых
рху рн рхуг
друг от друга составных частей ( вх ,вх , вх ), что позволяет получать не только их
раздельные оценки, но и последующую оценку влияния каждой из этих частей на обеспечиваемый уровень безопасности.
Для соблюдения установленных при радиолокационном управлении норм продольного, бокового и вертикального эшелонирования необходимо, чтобы подсистема наблюдения обеспечивала с заданным качеством одновременное поступление на вход КСА РЦ координатной информации как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях воздушного пространства. Так как в настоящее время единственным источником о высоте ВС, используемом при принятии решений о соблюдении конфликтующими ВС установленных норм вертикального эшелонирования, является барометрическая высота, поступающая с борта указанных ВС, то фигурирующая в выражении (3) вероятность рвхтр представляет собой произведение вероятностей
двух независимых событий: вероятности поступления на вход КСА РЦ координатной информации х,у (или х,у,г) и вероятности поступления с борта ВС информации о барометрической высоте н:
н
р(1) _ рху . р1
вх
тр
(2)
вх
тр
вх
р(2) _ рхуг . р
тр
н
вх
тр
вх
тр
вх
тр
Ниже рассмотрим алгоритмы расчета вероятностей
рху р
н
вх
тр
вх
тр
рхуг
вх тр
(3, а)
(3, б)
поступления
(4)
соответствующего вида информации р-ой подсистемы на вход КСА РЦ
рх _ 1 -пи-рху
вх тр /_^ вх тр/
- вероятность поступления обобщенной информации о координатах (х,у) т-й пары ВС на вход фильтра ФОО-Р от Ь однотипных технических средств р-й информационной подсистемы наблюдения. Оценка указанной вероятности проводится на выходе фильтра оптимального объединения (ФОО) координатной информации (х,у), поступающей от Ь однотипных технических средств (ТС)
>ху _ кху -жху • кху • рху
вх тр1 Пт1 ПОт1 эф/ инф/
- вероятность поступления координатной информации (х, у) о т-й паре ВС на вход ФОО от /го ТС р-й информационной подсистемы
Здесь
(5)
кП _ кП • кП
П т1 П/ П /
(6)
- коэффициент наблюдаемости т-й пары ВС 1-м техническим средством на выходе канала измерения координат (х, у).
Для повышения объективности оценок БВД здесь вместо используемого в настоящее время среднестатистического коэффициента покрытия полем наблюдения заданного района УВД будут использовать коэффициенты наблюдаемости конкретным (/-ым) ТС конкретного воздушного судна. В этом случае
кху _
'П,
1 при Д; О, при ;
Кху _
Кп /
1, при Дбн/ - Д/;
0, при добн/ < Д/;
(7)
ПХУ
Здесь обн^ - дальность обнаружения 1-го ТС по каналу (х, у), зависящая от характе-
ристик обнаружения РпО , ^ЛТ , ЭОП и технических параметров данного ТС. Зависимость,
^обн = ф(РПО ЛТ, ЭОП ), нормированная к параметрам РЛК «Скала-М», приведена на рис. 1.
кху кху
П, 5 П ■ - коэффициенты наблюдаемости /-го иу-го ВС т-й пары по каналу измерения координат (х, у);
^/, ^у - дальности /-го иу-го ВС до 1-го ТС, измеренные в текущий момент вре-
мени to .
шху = шху . шху
^ПО ті ^
(8)
- вероятность правильного обнаружения т-й пары ВС 1-ым ТС по каналу измерения коор-
динат х,у;
рху = і-(і-рху )к‘ Жху = 1 -¡1 -жху
ПО, \ ППО, / ’ ПО ■ Г ПП
л
ППО,
■
(9)
ґ
1
'] \ у
- вероятности правильного обнаружения /-го и у-го ВС на выходе фильтров оптимальной траекторной обработки (ФОТО) при количестве итераций, равных к/, соответственно.
Шху Рху *
Здесь ППО,- , ППО і вероятности первичного правильного обнаружения /-го и
/ у
у-го ВС по каналу х,у.
Кху = рху . кху эф1 безі готі
(10)
- коэффициент сохранения эффективности канала измерения координат (х,у) 1-го ТС р-й
информационной подсистемы, рассчитываемой на интервале ДТоц оценки обеспечиваемого системой ОрВД уровня БВД
Здесь
рху = рху . р
без
наз/
>ху
борті
(11)
- вероятность совместной безотказной работы наземного и бортового оборудования канала измерения координат (х,у) 1-го ТС на временном интервале ДТоц
Р
ху
ехр-
ДТ
ОЦ
ДТху
назі
рху
борті
ехр
ДТ
ОЦ
ДТЦурГ1
(12)
дтху дтху
назі , 1 борті - время наработки на отказ наземного и бортового оборудования канала из-
мерения координат (х,у) і-го ТС;
і
Рис. 1. Зависимость максимальной дальности обнаружения РЛС «Скала-М» от характеристик обнаружения
АТ - А/ху
кху ОЦ
АТ " (13)
ОЦ
- коэффициент готовности канала измерения координат (х,у) 1-го ТС, рассчитываемый на интервале оценки уровня безопасности АТоц ;
АС, = АС, +Чх;сст, + АгПроп, - (14)
- время, в течение которого координатная информация (х,у) о т-й паре ВС не поступала на вход
А/ХУ А/ху
КСА РЦ. Здесь отк, - длительность отказов канала (х,у) 1-го ТС; ^восст, - время, расходуе-
мое на его восстановление;
А/ ^ =1 (а/ х' + А/ху' )
проп, 2 \ пропг- проп. ! - средневзвешенная длительность пропадания координатной информации 1-го и.-го ВС т-й пары;
АСп, = Ап, (і - ^ ), ^ = А^ (і - ^ ) - (15)
- длительность пропадания указанной информации о ,-м и .-м ВС соответственно;
А/п. , А/п. - время полета ,-го и .-го ВС в зоне ответственности соответствующего органа
1 J
управления;
оху оху
пр, ’ ^пр. - коэффициенты проводки указанных ВС по координатам (х,у).
Рху — 11 _ Рху I И _ Рху I
^Пиф, V1 Рпот, ) 1 рпот. ) - (16)
- вероятность сохранения информации о координатах (х,у) в ,-ш ТС;
рху рху
- пот,’ пот. - вероятности потерь координатной информации (х,у) ,-го и .-го ВС на выходе КСА РЦ.
А
КСА РЦ координатной информации о т-й паре ВС от информационных подсистем 2, 7 и 8.
Ниже рассмотрим алгоритм расч формации о барометрической высоте
рху?
Аналогичным образом рассчитывается также и вероятность гвхтр поступления на вход
рмационных
РН
Ниже рассмотрим алгоритм расчета вероятности 1 вхтр поступления на вход КСА РЦ ин-
рН = і-ТТ(і-рн )
вх тр X. А ' тр,' -
вх тр 1 1 V трЦ - (17)
I=1
- вероятность поступления информации о высотах полета ВС т-й пары от Ь технических средств р-й информационной подсистемы наблюдения.
Здесь
РН = КН • ЖН • КН • РН пял
тР1 П т1 ПО т1 эф т1 инФ/ - (18)
- вероятность поступления информации о барометрической высоте т-й пары ВС на вход ФОО от 1-го ТС р-й информационной подсистемы.
Т^Н _ ъгн ту* Кі
Н
-и
1т, П,, П. -
коэффициент видимости т-й пары ВС по каналу измерения высоты Н ,-м ТС;
Н
П
кН —
П,,
О, при ДІ < ДН
КН —
П.
, 5
обИ;
Н
° при Дб„, < °
(19)
(20)
]
К
н
Здесь Кп^ и ^ПуI - коэффициенты видимости /-го и у-го ВС т-й пары по каналу измерения высоты Н 1-м ТС;
К
Н
вН
обн,
дальность обнаружения ,-го ТС по каналу измерения высоты Н;
ВН, ВН
дальности ,-го и .-го ВС до ,-го ТС по каналу измерения высоты Н.
ПО
т,
Н
ПО,
Н
ПО
(21)
- вероятность правильного обнаружения т-й пары ВС ,-ым ТС по каналу измерения барометрической высоты Н;
Н
ПО,,
_ 1 - (1 - тН Уг жН _ 1 - (1 - жН
А \А ппо,, / ’ "по , А \А ^ппо
(22)
- вероятность правильного обнаружения /-го иу-го ВС на выходе фильтров оптимальной траек-торной обработки (ФОТО) при количестве итераций, равных к/ , к у соответственно.
З жН
Здесь "ППО
Н
ППО ч вероятности первичного правильного обнаружения ,-го и .-го
ВС по каналу измерения высоты Н.
кН — рн * к
Н
^эф,
без/
Н
^гот,
(23)
- коэффициент сохранения эффективности канала измерения высоты Н 1-го ТС р-й информационной подсистемы наблюдения, рассчитываемой на интервале АТоц оценки обеспечиваемого системой ОрВД уровня БВД.
рН — рн * р
Н
Здесь
без
наз?
Н
борт, -
(24)
- вероятность совместной безотказной работы наземного и бортового оборудования канала измерения высоты Н ,-го ТС на временном интервале АТоц .
р1, — ехР
АТ
ОЦ
АТ
Н
наз?
, — ехР
АТ
ОЦ
АС,
(25)
АТН АТН
наз1 , ^ борт^ - время наработки на отказ наземного и бортового оборудования канала из-
мерения высоты Н ,-го ТС;
КН — АТ0Ц А/пот,
АТ
(26)
ОЦ
I
- коэффициент готовности канала измерения высоты Н 1-го ТС, рассчитываемый на интервале оценки АТоц уровня БВД;
А/шт , = , + Ксст, + ^Соп, - (27)
- время, в течение которого координатная информация о высоте о т-й пары ВС не поступала на
А/Н А/Н
вход КСА РЦ. Здесь ^отк{ - длительность отказов канала высоты Н 1-го ТС; ^восст, - время,
требуемое на его восстановление;
А/Н =1 (а/н +А/н )
пропт1 2 ' проп/ проп 1 ' -
го ВС т-й ары;
^пропт, ^ \ ^проп, ^проп. ) - среднее время пропадания информации о высоте Н ,-го и.-
АС, = Ч, (1 - С, ), АСу = Ап у (1 - ^ у ) - (28)
- длительность пропадания указанной информации о ,-м и у-м ВС соответственно;
А/п, , А/пу - время полета /-го и у-го ВС в зоне ответственности соответствующего органа
управления;
^Н ^н
^пр,, ^пру - коэффициенты проводки указанных ВС по высоте Н.
рН — ( - рН )*1 - рН )
инф, \ пот, / \ пот. )
пот, / ~ пот. / - (29)
- вероятность сохранения информации о высоте Н ,-го и .-го ВС на входе КСА РЦ;
р Н , р Н
- пот, ’ пот. - вероятности потерь информации о высоте Н ,-го и .-го ВС в ,-ом ТС.
Таким образом, приведенные выше выражения (3)-(29) позволяют рассчитать фигурирующую в выражении (2) вероятность Рвхт поступления на вход КСА РЦ координатной информации от Р разнотипных и разноточных информационных подсистем наблюдения. Для того, чтобы рассчитать фигурирующую в выражении (1) вероятность рНт отображения координатной
информации на ИВО диспетчера УВД нужно в соответствии с выражением (2) дополнительно рассчитать коэффициент сохранения координатной информации ,-го и .-го ВС в КСА РЦ (р кса )
V инф /.
т^КСА
2. Алгоритм расчета коэффициента к эф
КСА КСА КСА
К эф — рбез * К гот . (30)
■>КСА
Здесь рбез — ЄХР'
АТоц
АТбез
КСА
вероятность безотказной работы КСА РЦ на интервале оценки уровня безопасности АТоц ; без - время наработки на отказ КСА РЦ;
Ат кса
/А./ с
>
АТ -А/КСА
т^КСА _ ОЦ ^пот
гот = АТ " (32)
ОЦ
- коэффициент готовности аппаратных и программных средств КСА РЦ, оцениваемый на временном интервале АТОЦ ;
А/КСА — А/КСА + А/КСА + А/КСА + А/КСА ^пот ^отк /восст /реакц /проп
(33)
- время, в течение которого информация о т-й паре ВС не поступала на ИВО диспетчеров.
А7КСА А/КСА
Здесь А/отк и А/восст - длительность отказов и последующего восстановления программных и аппаратных средств КСА РЦ;
А/ кса
реакц - время реакции КСА на обращения диспетчера;
А/кса —1 (а/кса + А/кса )
проп 2 \ проп, проп. /
(34)
- средневзвешенная длительность пропадания координатной информации о /-м и у-м ВС на выходе КСА;
АСА, = А/п, (1 - ^), А/КСАу = А/п у (1 - ^) - (35)
- длительность пропадания указанной выше информации.
Здесь А/п, , А/п. - время полета /-го иу-го ВС в зоне ответственности соответствующего орга-
1 J
на управления; оКСА оКСА
^прг- и опр у - коэффициенты проводки указанных ВС на выходе КСА РЦ.
КСА
ТУ' КСА
3. Алгоритм расчета вероятности кинф
рКСА — (і _ рКСА)* (і _ рКСА)
инфт \ пот, / \ пот. )
инфт \ пот/ / \ пот у / - (36)
- вероятность сохранения координатной информации т-й пары ВС на выходе КСА РЦ;
р КСА р КСА
рют.- и Рпот ,■ - вероятности потерь координатной информации /-го и у-го ВС на выходе КСА
РЦ.
Блок схема алгоритмов расчета вероятности отображения координатной информации о т-й паре ВС приведена на рис. 2.
Таким образом, приведенные алгоритмы позволяют проводить оценку фигурирующей в
выражении (1) вероятности рнт отображения координатной информации о т-й паре ВС на
выходе КСА (ИВО диспетчера), что, в свою очередь, позволяет оценить влияние подсистемы наблюдения на обеспечиваемый системой ОрВД уровень БВД применительно к каждой из пар потенциально-конфликтующих ВС и тем самым повысить объективность и достоверность оценок указанного уровня.
р = р • ККСА • Р
Н т вх т эфт инф
или или
КСА 0КСА и
I
К КСА _ К КСА . р КСА
1‘эф,
гот т без т
р / \ р / \
рху _ 1 _п(1 _рху вхт 1 1V вхтр ) рН вхт . 1 1 Е 1 и
р_1 р_1
Р КСА _ -I _ р
инфт п
КСА
пот
т
рх’г _ вхт """ гГ*
К ГК0СА _ Д/КСА пот т ДТОЦ
лКСА 1 Д р„, _ ехр|_д. ТОЦ 1 тЖСА 1 без
рху _ КХУ ,ШХУ . Кху • Рху
тр1 Пт, УГ ПОт, эф, инф,
Д/КСА_Д/КСА . дКСА , Д/КСА , дЖСА пот отк восст реакц проп
——о—4—
Кху _ К П • КП
Пт, П,' П,
Шху _ Шху • Шху ПОт, ^ПО„. ^по,
Т^ху _ Т^ху . Т^ху
эф, эфз, " эфб,
рху _ рху • рху
инф, инф з, инфб,
КП _ ^
Пи
1, при > эх; 0, при О- < ох;
шху
"по,
1 _(1 _ "ПП О,,)-'
Рис. 2. Блок-схема алгоритмов расчета вероятности отображения координатной информации о т-й паре ВС
на ИВО диспетчера УВД
ЛИТЕРАТУРА
1. Колитиевский Ю.М. Вопросы организации системы объективного оперативного контроля обеспечиваемого системой ОрВД уровня безопасности воздушного движения и управления этим уровнем // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов, №74(8), 2004.
FACTOR OF ESTIMATION TO PROBABILITY OF IMAGE OF COORDINATE INFORMATION ON CONFLICT PAIRS OF AIR COURTS ON OUTPUT COMPLEX OF FACILITIES TO AUTOMATIONS RADAR
CENTRE (OSIER OF TRAFFIC MANAGERS )
Asatyrov Y.G., Drathjv Y.A., Kolitievsky Y.M., Kolitievsky M.Y.
In modem factors of estimation provided by system organization of air motion safety air move-Hna greater role plays probability of radar management conflict air courts, which in accordance with principle "see, hear, control" presents itself product of probability of image of coordinate information on indicators of air situation, presence of relationship with specified above airbus and faultless actions of traffic manager. The factor of estimation happens to in givenned article to probability of image of coordinate information, which, in turn, depends on probability of its arrival on entry complex of facilities to automations radar centre, values of losses at issue, processing and transformations in united coordinate system, as well as from value of factor of conservation to efficiency complex of facilities to automations. Brought factor allows to value the influence of subsystem of observation on provided by system organization of air motion level SAM with reference to to each of pair potentially-conflict airbus and hereunder raise objectivity and validity of estimations of specifieded level.
Сведения об авторах
Асатуров Юрий Георгиевич, 1942 г.р. окончил МИЭМ (1974), кандидат технических наук, главный специалист КБ “Лира”, автор более 45 научных работ, область научных интересов -эффективность систем ОрВД.
Драчев Юрий Алексеевич, 1966 г.р., окончил ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского (1994), заместитель начальника отдела НИИ Минобороны РФ, автор свыше 10 научных работ, область научных интересов - оценка эффективности подсистем наблюдения АСУ.
Колитиевский Юрий Михайлович, 1937 г.р., окончил ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского (1968), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник НИИ Минобороны РФ, автор свыше 130 научных работ, область научных интересов - эффективность систем ОрВД.
Колитиевский Михаил Юрьевич, 1980 г.р., окончил МЭИ (2004), инженер-программист КБ “Лира”, автор 3 научных работ, область научных интересов - моделирование процессов ОрВД.
