Комплексная система раннего предупреждения приближения к земле с расширенными функциональными возможностями и программно-алгоритмические средства, минимизирующие вероятность ложной сигнализации

• Автор: Дрягин, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ГЛАВА 1 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ И ОБЩЕГО АЛГОРИТМА СИСТЕМЫ

1.1 Анализ общих требований к СРППЗ

1 2 Обобщенная структурная схема СРППЗ

1 3 Анализ требований к режимам СРППЗ

14 Варианты построения системы ... .

Выводы по главе 1 .

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ КОМИЛЕКСИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ

2 1 Анализ минимальных требований к составу входной информации и возможные

источники данных

2 2 Модель ошибок спутникового приемоизмерителя

2 3 Модель ошибок барометрического высотомера

2 4 Модель ошибок радиовысотомера
2 5 Математические модели рельефа
2 6 Алгоритмы определения ортометрической высоты
2.7 Способ определения типа коррекции барометрического высотомера
2 8 Алгоритм прогнозирования траектории
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРАВИЛ И ЛОГИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ РЕЖИМОВ СИСТЕМЫ
З 1 Анализ основных причин летных происшествий по этапам полета
3 2 Границы сигнализации
3 2 1 Общие положения при выборе границ сигнализации
3 22 Режимі Чрезмерная скорость снижения
3 2 3 Режим 2 Опасная скорость сближения с подстилающей поверхностью
3 2 4 Режим 3 Снижение после взлета или ухода па второй круг
3 2 5 Режим 4 Приближение к подстилающей поверхности в конфигурации, не
соответствующей посадочной
3 2 6 Режим 5 Чрезмерное отклонение под линию глиссады
3 2 7 Режим 6 Превышение порогового значения разности истинной высоты и относительной барометрической высоты
3 2 8 Режим 7 Функция оценки местности в направлении полета .
3 29 Режим 8 Предупреждение о преждевременном снижении высоты
3 3 Эргономические аспекты при разработке системы
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ
4 1 Структура комплекса полунатурного, имитационного моделирования и наземной
отработки СРППЗ
4 2 Наземные испытания системы
4 3 Методики летных испытаний системы .
4 4 Анализ причин включения сигнализации СРППЗ в процессе рейсовых полетов на различных типах ВС
4 5 Дополнительные возможности системы
Выводы по главе 4
Заключение
Перечень использованных сокращений
Перечень использованной литературы

Выражение "Человеку свойственно ошибаться" применимо ко всем сферам человеческой деятельности. К сожалению, и авиация не является исключением, причем цена ошибки здесь особенно велика. Несмотря на принимаемые меры, доля авиационных происшествий, отнесенных к так называемому "человеческому фактору", остается высокой (60-70%) и практически не снижается [28] Это свидетельствует о частичном исчерпывании возможностей такого рода мероприятий, нацеленных главным образом на совершенствование работы человека - оператора
Другим направлением снижения аварийности является модернизация конструкции воздушных судов Так, в "Руководстве по предотвращению авиационных происшествий ИКАО" сказано "конструкция воздушного судна должна предусматривать уменьшение вероятности человеческих ошибок Иными словами машина должна "прощать" человеческие ошибки и смягчать их последствия Если сами по себе ошибки не являются очевидными, то экипаж должен получить сигнал об их появлении" [68]
По статистике середины 70-х годов в мире каждый год около 8 коммерческих реактивных самолетов терпело катастрофу из-за столкновения с подстилающей поверхностью (CFIT) [44, 45], причем эти катастрофы происходили с полностью управляемыми самолетами, пилотируемыми высококвалифицированным летным экипажем Катастрофы, классифицируемые как CFIT, являются основным источником легных происшествий [75], за период с 1988 по 1995 в 37 катастрофах погибло 2200 человек [47,48] Расследования показали, что основными причинами трагедий являлись плохие метеоусловия, навигационные ошибки, сложный рельеф, проблемы со связью Но столкновений можно было бы избежать, если бы летный экипаж был своевременно уведомлен о сложившейся опасной ситуации Поэтому, в начале 70-х годов было принято решение о начале разработки системы, способной выдать сигнализацию об опасности столкновения с землей. Первые версии таких систем, появившиеся в середине 70-х годов, позволили существенно снизить количество подобных катастроф В отечественной терминологии для них используется аббревиатура СППЗ - система предупреждения приближения к земле По терминологии ИКАО и Федеральной Авиационной Администрации США системы обозначаются как GPWS - ground proximity warning systems В течение 30 лет в процессе совершенствования элементной базы и развития вычислительной техники происходило совершенствование систем, но набор основных режимов оставался постоянным
■ режим 1 - Чрезмерная скорость снижения,
■ режим 2 - опасная скорость сближения с подстилающей поверхностью,
■ режим 3 - снижение после взлета или ухода на второй круг,
■ режим 4 - приближение к подстилающей поверхности в непосадочной конфшурации,
■ режим 5 - значительное отклонение ниже линии I лиссады,

■ режим 6 - превышение порогового значения разности истинной высоты и относительной барометрической высоты (не используется в зарубежных системах).
Авиационная промышленность России серийно выпускала три типа систем предупреждения столкновений с землей класса СППЗ' ССОС (Ульяновское Конструкторское Бюро Приборостроения), аналоговая СППЗ-1-2 и цифровая СППЗ-85 (фирма “Авиаприбор-Восход”). Система ССОС установлена на самолетах Ил-76, Ил-62, Ту-154Б, Ту-134, Ан-74, Ан-32, Ан-26, Ан-24, Ан-124-100. В этой системе реализованы только режимы 1-3. СПГ13-1-2 и СППЗ-85 относятся к системам второго поколения и в них реализованы режимы 1-6. СППЗ-1-2 оснащены Ил-86, Ил-62М, Як-42, а СППЗ-85 - установлена только на самолетах Ил-96-300 и Ту-204 (Ту-214) Системы предупреждения столкновения с землей отсутствуют на самолетах Як-40 (32 пассажира), Ан-28 (17 пассажиров), Ан-2 (12 пассажиров), Л-410УВП (19 пассажиров), Ан-12 Несмотря на то, что внедрение систем СППЗ (GPWS) позволило значительно уменьшить количество катастроф CF1T, полностью их исключить не удалось (примерно 35% всех катастроф CFIT произошло с самолетами с установленной и функционирующей системой СППЗ [51J Например, такие инциденты имели место в случаях с самолетом ТУ-154М в районе аэродрома Longyear (Норвегия) в 1996 г, с самолетом В-747-300 в районе острова Guam (США) в 1997 г. Основные причины этих катастроф можно разбить на три группы [53,45,50].
1) Отсутствие сигнализации в 28% случаев Как правило, это происходило в процессе снижения самолета в полностью посадочной конфшурации шасси и закрылков Зак как ложные срабатывания сигнализации являются крайне нежелательными на этапе захода на посадку, чувствительность систем СППЗ умышленно уменьшается при посадочной конфигурации ВС
2) Поздняя выдача сигнализации и недостаточное время у пилота для исправления сложившейся ситуации зафиксировано в 36% катастроф Границы сигнализации режимов СППЗ, в основном, рассчитаны на полет над медленно меняющимся рельефом и при полете над быстро нарастающим рельефом сигнализация может быть слишком поздней В среднем сигнализация выдаегся за 5-15 с до столкновения [51]
3) Неадекватные и запоздалые действия летного экипажа явились причиной 40% катастроф Как правило, запоздалые действия являлись причиной достаточно частных ложных срабатываний системы
Таким образом, в СРППЗ должны быть решены три основные задачи обеспечение надежной защиты ВС на этапах набора высоты и захода на посадку, увеличение времени доступного экипажу для принятия решения и выполнения избегающего маневра, меры для подавления источников ложных срабагываний

тер и составляет несколько метров. Для определения типа коррекции барометрического высотомера предложен логический алгоритм, изображенный на рисунке 2 5 Использование системы (фЧЕ может быть определено по наличию признака "760", выдаваемого СВС при установке в качестве опорного давления 760 мм рт ст. Для избежания ошибки в определении используемого уровня для случая, когда на уровне моря или на уровне ВПП текущее давление равно 760 мм рт ст решение о том, что в данный момент используется система должно приниматься только для высот больших высоты минимального эшелона (900 м) Если признак "760" не выдается или текущая барометрическая высота менее 900 м используемая система (^БЕ или (Д^Н определяется в соответствии с состоянием переключателя С>ЕЕ/(ЗМН
Температурная погрешность барометрического высотомера ДНт(0 возникает из-за несоответствия фактических температур воздуха у земли и на высотах полета и может составлять до нескольких процентов от значения высоты ВС В некоторых современных СВС температурная погрешность автоматически компенсируется и может не учитываться Однако достаточно распространены системы СВС, в которых эта коррекция не осуществляется, например, ВБЭ-СВС, ВБЭ-2А, СВСН-72 и др В случае использования датчика барометрической высоты, в котором нет температурной коррекции, коррекция должна быть реализована в СРГ1ПЗ в соответствии с аноритмом [41] приведенным ниже (см рисунок 2 6)
- прием барометрической высоты ВС (Н0) и температуры (I наружного воздуха,
- определение стандартной средней температуры воздушного столба под ВС для измеренной высоты ВС (Тсрстл),
- оценка фактической средней температуры воздушного столба под ВС (Тср ф),
- определение разности (8Т) между стандартной и измеренной средними температурами,
- расчет температурной поправки (КО и уточнение высоты (Не),
- для повышения точности вычисляемой высоты можно повторить процедуру, приняв за измеренное Нд уже уточненное значение