Исследование и разработка средств имитационного моделирования воздушной обстановки в реальном и ускоренном масштабе времени при существенных ограничениях на ресурсы

• Автор: Рейтлингер, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 272 с. : ил.

1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ

ОБСТАНОВКИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Описание основных моделируемых процессов

1.1.1. Задание и отработка плана полта

1.1.2. Динамика процесса движения отдельного ВС

1.1.3.Функционирование автопилота

1.1.4. Информационное взаимодействие ВС с центрами

управления полтом.

1.1.5. Процесс возникновения навигационных ошибок и их

коррекция

1.1.6. Радиолокационное наблюдения.

1.1.7. Оценка нарушения КИР
1.1.8.Исходные данные для моделирования
1.2. Сравнение возможностей существующих имитаторов воздушной обстановки
т 1.3. Постановка задачи
Выводы ПО ГЛАВЕ
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ И
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИВО
2.1. Эволюция методов объектноориентированного анализа и проектирования
2.2. Обзор современных методов проектирования параллельных систем и систем реального времени.
2.3. Выбор способа описания архитектуры
2.3.1.Универсальный язык моделирования.
2.4. Модель процесса разработки
2.4.1. Сравнение жизненного цикла ИВО с другими процессами разработки ПО.
2.4.1.1. Сравнение жизненного цикла ИВО с ШОР.
2.4.1.2. Сравнение жизненного цикла ИВО со спиральной моделью.
2.5. Моделирование требований
2.5.1.Моделирование прецедентов
2.5.1.1. Прецеденты общего управления ВС
ф 2.5.1.2. Прецеденты Таймера.
2.5.1.3. Прецеденты Управления Выделенным ВС
2.5.1.4. Прецеденты Настройки Модели
2.5.1.5. Прецеденты Загрузки Модели Из БД
2.5.1.6. Прецеденты Управления Моделированием
2.5.1.7. Прецеденты Изменения Полтных Данных
2.6. Разработка Аналитической модели.
Щ 2.6.1. Статическое моделирование.
2.6.1.1. Построение контекста классов ИБО
2.6.1.2. Построение модели сущностных классов
2.6.1.3. Определение словаря классов.
2.6.2.Начальное разбиение ИБО на подсистемы.
2.6.3. Динамическое моделирование.
2.6.3.1. Динамическое моделирование прецедентов управления
2.6.3.2. Динамическое моделирование прецедентов таймера
2.6.3.3. Динамическое моделирование прецедентов управления выделенным ВС.
2.6.3.4. Динамическое моделирование прецедентов настройки модели.
2.6.3.5. Динамическое моделирование прецедентов загрузки модели из БД.
2.6.3.6. Динамическое моделирование прецедентов управления моделированием.
2.6.3.7. Динамическое моделирование прецедентов изменения полтных данных
2.7. Разработка проектной модели.
2.8. Структура алгоритма ИМ.
2.8.1.Структура обобщнного алгоритма ИМ.
2.8.2. Структура алгоритма обработки одного ВС.
Выводы ПО ГЛАВЕ
3. ФОРМИРОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ В ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ . .
3.1. Вычислительные методы
3.1.1.Практические приближнные способы аппроксимации
3.1.2.Кусочнолинейная интерполяция на разреженной сетке
3.1.3.Методы численного интегрирования.
3.1.3.1. Классические методы.
3.1.3.2. Двухканальный метод быстрого численного
интегрирования
3.1.3.3. Метод трапеций при кусочно линейной
аппроксимации на разреженной сетке
3.1.4. Анализ производительности выбранных методов.
3.2. Сопровождение воздушных судов
ф 3.2.1 .Имитация формирования сообщений системы АЗН.
3.2.2. Отображение координатных отметок
3.3. Имитация полта
3.3.1.Математические модели динамики полта
3.3.2.Уравнения моментов
3.3.3.Кинематические уравнения вращательного движения.
3.3.4.Уравнения сил ускорений.
3.3.5. Кинематические уравнения движения центра масс в нормальной земной
3.3.6. Уравнение динамики полта
3.3.7.Расчт элементов пространственного манвра ВС.
3.4. ПРОШОЗИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРНОГО ДВИЖЕНИЯ ВС.
3.4.1. Физическая интерпретация спирального движения
3.4.2. Изменение матрицы направляющих косинусов.
3.4.3.Промежуточная СК
3.4.4.Формулы для земных координат и скоростей
3.4.5. Достоинства спирального прогнозирования в ИВО
3.5. Имитация изменения курса.
3.6. Формирование случайных реализаций траекторий движения
3.6.1 .Полт по маршруту без радиотехнических корректоров
3.6.2.Полт по маршруту в зоне действия радиотехнических корректоров.
3.6.3.Алгоритм по формированию траектории полта ВС в зоне коррекции.
3.6.4. Полт по маршруту при выходе из зоны действия радиотехнических корректоров
3.6.5.Моделирование радиокорректоров типа РСБН, ДМЕДМЕ, приводных радиостанций ПРС, спутниковой аппаратуры потребителей .
3.7. Оценка выполнения
3.8. Анализ пюизводительности модели
3.8.1 .Теория планирования в реальном времени.
3.8.2.Планирование в реальном времени в ИВО.
3.9. Программная реализация ИМ
Выводы по главе.
4. ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИВО
4.1. Проведение тестового моделирования на маршруте МоскваЕкатеринбург
4.2. Проверка адекватности имитационной модели
4.3. Результаты проведнного тестового моделирования
Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Автопилот на самолте состоит из ряда подобных по принципу действия автоматов курса, продольнопоперечных кренов, скорости, высоты и др. Рис. Рис. Чувствительные элемент каждого автомата измеряет один, определнный для него параметр режима полта например, или высоту, или курс, называется параметром регулирования, и вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению параметра. Задатчик режимов полта вырабатывает сигналы, каждый из которых соответствует требуемому значению определенного параметра регулирования. Эти сигналы сравниваются в вычислительном устройстве. Их разность рассогласование после усиления поступает на рулевую машинку автопилота, отклоняющую соответствующий руль самолта или орган управления двигателем. Так происходит изменение режима полта. Когда этот режим достигает заданного, сигнал рассогласования исчезает, рулевая машинка прекращает движение и наступает положение равновесия. Устойчивость систем автоматического управления летательными аппаратами достигается как регулированием по производным от регулируемых параметров, так и отрицательной обратной связью соответствующих видов. Кроме автоматов, в автопилот входят системы управления и регулировки. Необходимую для работы автопилот энергию в виде электроэнергии или воздуха и масла под давлением доставляет двигатель самолта. В создаваемой модели автопилот состоит из двух частей автопилота и электронного борта. ВС в соотвествии с правилами ИКАО , т. ВС на следующую контрольную точку, перевод ВС в режимы снижения и набора высоты. Электронный борт в соотвествии с командами, полученными от автопилота, осущствляет постепенное изменение параметров полта углов, высоты, скорости на каждом модельном шаге. В реальной системе ВС во время полта ведт радиообмен с диспетчерскими центрами УВД, начиная с этапа руления по ВПП аэропорта вылета и заканчивая полным остановом на аэродроме назначения. Основными командами диспетчера являются двигатель на запуск, руление на ВПП, начать разгон, сменить эшелон новый эшелон и др. ИКАО . Большинство команд диспетчера не должно моделироваться, так как они выполняются автоматически в соответствии с СИМПЛНом, однако некоторые, такие как сменить эшелон новый эшелон или сменить скорость новая скорость поддерживаются. Команды отсылаются из подсистемы МК ОрВД РМД и обрабатываются ИВО в реальном времени. Задержки между подачей команд и их обработкой не моделируются и определяются скоростью используемой ЛВС. Кроме того, ИВО должен иметь возможность принимать команды на изменение параметров движения из подсистемы МК ОрВД Пилотоператор. Задержки между подачей команд и их обработкой также не моделируются и определяются скоростью используемой ЛВС. Также хотелось бы отметить, что в реальной системе каждый ВС по правилам ИКАО должен быть оборудован системой ТС инструментом для предупреждения столкновений, дающим достаточную информацию о том, как пилот должен реагировать на консультативные сообщения о воздушной обстановке ТА i vi, и на консультативные решения по устранению конфликтной ситуации i vi. Вкратце алгоритм выглядит так смотрите за воздушным судном, следуя ТА когда он приблизится, выполняйте КА Рис. З., Рис. Рис. V V и5о фуюа Кик. П. Ч. Г Ойлд. Рис. Моделирование работы ТСАБ, а также алгоритмы по разрешению ИКС в создаваемой модели на данном этапе присутствовать не будут, однако, в силу модульности создаваемой системы, моделирование работы ТСАБ в ИВО в будущем не представляет трудностей. Подробно процесс возникновения навигационных ошибок рассмотрен в , поэтому опишем только основные моменты. РТС как углов сноса, так и пройденного расстояния. РТС. Исключение представляет собой случай, когда ВС оборудован спутниковой аппаратурой потребителя , что позволяет производить коррекцию в любое время. В настоящее время широкое распространение получила система АЗН. Система предназначена для обмена по УКВ радиоканалу информацией о местоположении I по принципу каждый с каждым бортборт, бортземля, земляборт. ГЛОНАСС и Рис. Л А иметь полную картину обстановки в воздушном пространстве. Рис.