Общие сведения о системах предупреждения столкновений

Предупреждение столкновений - комплекс действий экипажей и пунктов

управления воздушным движением (УВД), направленный на изменение или сохранение взаимного положения ВС в воздушном пространстве в целях недопущения их опасных сближений и столкновений в воздухе. Изменение взаимного положения ВС осуществляется за счет маневрирования, т.е. преднамеренного изменения направления, высоты или скорости полета.

Различают сигнализаторы опасных сближений и системы предупреждения столкновений (СПС).

Сигнализаторы опасных сближений предназначены для выдачи экипажу

сигналов (звуковых или световых) о возможной угрозе столкновения с другими ВС, которая определяется на основе измерения параметров их взаимного движения, например, дальности, разности высот, угловых координат и т. д.

Системой предупреждения столкновений называется совокупность бортовых радиоэлектронных средств и элементов самолетного оборудования, включающая измерители относительного положения ВС, устройства обработки данных и команд и предназначенная для выполнения задач предупреждения опасных сближений и столкновений ВС в воздухе. СПС дополнительно выдает экипажу информацию о рекомендуемом маневре для предотвращения столкновения на основе более детального анализа воздушной обстановки.

Основными задачами, решаемыми СПС, являются:

- обнаружение в окружающем воздушном пространстве всех потенциально опасных с точки зрения столкновений самолётов;

- определение относительного положения угрожающего самолёта по

дальности и высоте и, возможно, по азимуту;

- оценка времени до возможного столкновения;

- определение целесообразных маневров уклонения от столкновения, а

так же моментов их начала и окончания;

- индикация экипажу самолёта данных о воздушной обстановке и команд

на выполнение маневров уклонения.

Конфигурация СПС и её структура зависят от предназначения самолёта и задач, решаемых СПС. Основными средствами, входящими в СПС, являются средства для измерения относительного положения самолётов, источники информации о высоте полёта и векторе скорости, вычислительное устройство, средства индикации и управления (рис 1).

Для измерения относительного положения могут использоваться радиодальномеры с ответчиками, без ответчиков, бортовые РЛС и другие средства. Роль источников информации о высоте полёта и векторе скорости могут выполнять штатные бортовые средства (системы воздушных сигналов, инерциальные навигационные системы, доплеровские измерители скорости и сноса). Обработка данных производится в специализированном вычислительном устройстве, входящем в состав СПС.

Рис.1. Структурная схема СПС

Сигналы управления поступают на специальные индикаторы или на командные стрелки директорных приборов. При автоматическом управлении сигналы управления подаются в систему автоматического управления (в каналы управления тягой двигателей и угловыми движениями самолёта).

Для определения параметров относительного положения и относительного перемещения самолётов могут измеряться расстояния между самолётами, скорости сближения, курсовые углы самолётов, углы места и высоты полёта. Для определения параметров относительного положения и сближения можно также использовать информацию о параметрах собственного движения и движения угрожающего ВС, полученную по каналам обмена данными.

Результаты измерений указанных первичных параметров обрабатываются в СПС по соответствующим алгоритмам, в результате чего формируются такие вторичные параметры, необходимые для решения задач СПС, как дистанция, интервал, превышение, мгновенный промах и т.д.

Принципы построения СПС

Системы предупреждения столкновений YG-1054, YG-1081, AVOID [2, 3] были разработаны в США и предназначены для использования на самолётах с различными лётно-техническими характеристиками и на вертолётах.

Сигнализатор опасных сближений вертолётов YG-1054 обеспечивает предупреждение об опасном сближении вертолётов за 10 с до возможного столкновения. В состав аппаратуры сигнализатора входят передатчик, приёмник, процессор, барометрический датчик высоты, три антенны, индикатор пилота, пульт управления. В режиме запроса излучаются два двухимпульсных сигнала со случайной частотой следования (около 50 запросов в 1 с). Интервал между двухимпульсными сигналами задаётся в системе в виде линейной функции от высоты полёта. Одновременно в запросчике формируется строб дальности, позволяющий устанавливать требуемую дальность обнаружения. Сигнал тревоги формируется при условии, что в серии из 16 запросов принимается не менее 4 ответных посылок (или из 24 запросов - 8). Тем самым обеспечивается снижение вероятности ложных тревог. Для определения положения конфликтных вертолётов по высоте их опрос производится в три этапа вертолётов, находящихся выше защищающегося вертолёта, на его уровне и ниже его. Для этого соответственно изменяется временной интервал между парами импульсов запросного сигнала. В каждом высотном слое опрос производится в течение 1/3 с. При нахождении отвечающего вертолёта в соответствующем высотном слое аппаратура сигнализатора опасных сближений этого вертолёта излучает двухимпульсный ответный сигнал. Определение направления (квадранта) на вертолёт - «нарушитель» производится в результате измерения разности времён прихода ответных сигналов от антенн, расположенных в трёх различных точках фюзеляжа вертолёта.

СПС YG-1081 [2, 3] разработана на базе индикатора YG-1054 и предназначена для использования на самолётах с достаточно высокими летными характеристиками. В состав системы входит приёмоответчик с пультом управления, три всенаправленные антенны и «вычислитель τ». В системе периодически измеряются дальность, относительная высота и азимут отвечающего самолёта, на основе чего вычисляется время до предполагаемого столкновения –«τ». При уменьшении этого времени до 15 с выдаётся сигнал опасности. Одновременно на индикаторе высвечивается квадрант и положение по высоте конфликтного самолёта. Основные режимы работы СПС YG-1081, а также рабочие параметры такие же, как в системе YG-1054. Существенное различие между системами заключается в дополнительной обработке сигналов, применяемых в системе YG-1081 для оценки отношения расстояния между самолётами к скорости сближения с запрашиваемым самолётом. Вычисление «τ» производится с помощью корреляционной схемы, в которой новые и старые сведения о расстоянии между самолётами сравниваются через интервал времени, составляющий 1,5 с.

Система AVOID имеет дальность действия до 40 км, темп выдачи запросных сигналов от 2 до 10 запросов/с в зависимости от степени опасности. Рабочая зона по высоте равна 25000 м. Эта зона разбита на 10 высотных зон. В каждой зоне производится не менее шести запросов подряд и шести измерений расстояния.

Отечественная бортовая СПС “Эшелон” [2,3] обеспечивает сигнализацию о появлении угрозы столкновения, а также формирование и выдачу команд на выполнение взаимно-координированных маневров уклонения от столкновений, отображаемых на специальном пульте индикатора пилота. Система “Эшелон” работает в диапазоне частот 1592,5 – 1622,5 МГц на двух фиксированных частотах. Аппаратура системы состоит из двух антенн, приёмопередатчика, измерительно-логического блока и пульта – индикатора команд. Система связана с системой воздушных сигналов (СВС) самолёта, самолётным ответчиком системы вторичной радиолокации и самолётным переговорным устройством. От СВС в систему поступают данные о высоте полёта. Через самолётный ответчик от СПС передаются на наземные пункты УВД сообщения об обнаружении конфликтной ситуации и предполагаемых маневрах уклонения самолёта. Самолётное переговорное устройство используется для сигнализации экипажу об угрозе столкновения.

Принцип действия системы состоит в следующем. Аппаратура каждого

самолёта излучает запросные сигналы, содержащие информацию о высоте полёта h₀. Запросный сигнал представляет сообщение объёмом 12 двоичных разрядов, из которых 10 разрядов используется для передачи кода высоты, а 2 разряда – для указания «степени свободы». На самолётах, получивших запрос с самолёта, находящегося на высоте h₀, ответные сигналы формируются в зависимости от разности высот h – h₀. При разности высот меньше 160 м в ответном сигнале содержится признак опасной зоны (ОП). В ответных сигналах самолётов, находящихся в нижней и верхней зонах предупреждения, содержится признак нахождения в зоне предупреждения (ВЗП, НЗП). Самолёты, находящиеся во внешних зонах, ответные сигналы не излучают. На запрашиваемом самолёте по времени прихода ответного сигнала производится измерение дальности, по которому определяется время до столкновения . При нахождении самолёта в опасной зоне после достижения τ_кр на табло самолёта индицируются команды, запрещающие горизонтальные маневры, и начинается дополнительный обмен информацией между самолётами с целью выработки согласованных маневров уклонения.

СПС “Эшелон” обладает высокой пропускной способностью. Так, при

нахождении в радиусе действия системы до 200 самолётов одновременно вероятность правильного обнаружения конфликтной ситуации за время Т=3 с равна 0,98 при вероятности ложной тревоги Р_л.т.=10^-12.