Обеспечение безопасности полетов. Анализ опасных сближений самолетов. Цифровой метод определения временного критерия опасности. Определение взаимного расположения летательных аппаратов в горизонтальной плоскости. Модуль динамической экспертной системы.
Аннотация к работе
Обеспечение безопасности полетов в значительной мере связано с решением задачи предупреждения столкновении самолетов в воздухе. В настоящее время решение этой задачи полностью возлагается на диспетчерскую службу системы управления воздушным движением (наземные радиолокационные станции, диспетчеры и т. д.). Однако по мере постоянного роста интенсивности воздушного движения диспетчерская служба управления воздушным движением (УВД) сталкивается со все большими трудностями предупреждения опасных сближений самолетов в воздухе. По данным статистики США, большинство столкновений самолетов происходит на малых высотах, на трассах, проходящих вне радиолокационного поля, а также на границах взаимодействующих систем. Визуальные методы, используемые при самолетовождении, не обеспечивают необходимой безопасности полета, так как даже при очень хорошей видимости пилоты в ряде случаев обнаруживают встречный самолет, когда времени на выполнение маневра уклонения уже остается недостаточно, а, кроме того, визуальные методы связаны с субъективными ошибками в определении дальности до самолета, его скорости и в оценке степени опасности столкновения.Для оценки областей возможного применения ИС необходимо определить условия, при которых ИС не может обеспечить принятие решений в реальном масштабе времени. Общее время разрешения q-й опасной ситуации (ОС) представим в виде Тс(q) = Tp(q) Ty(q), где Тр(q) - время принятия решений и передачи команд управления в систему управления (СУ), Ту(q) - время реакции контура управления от момента получения команд управления до завершения требуемого маневра объекта (ЛА). При Ту(q) >= Тф(q), где Тф(q) - фактическое время, оставшееся на успешное разрешение q-й ОС с момента обнаружения опасности, не остается времени на принятие решения и реализацию соответствующего управления, поэтому этот процесс является физически нереализуемым. Будем считать, что для пилотируемого ЛА общее время, необходимое для принятия и передачи решения в СУ, равно Тр(q) = Тис(q) То(q), где Тис(q) - время принятия решения ИС, То(q) - время принятия решения оператором (согласование решения), включающее также время восприятия информации оператором, время передачи(ввода) информации оператором в СУ. Пусть для разрешения q-й ОС может быть выбрано некоторое r-е решение (r = 1,2,...,R) и время принятия решения Тис(r,q) зависит от r в соответствии со сложностью процедуры выбора.Проблема оценки обоснованности принятых ИС решении достаточно сложна [3,4]. Для оценки принимаемых ИС решении предлагается использовать критериальную функцию вида В качестве частных ПК могут быть приняты, например, значения: запаздывание в доставке груза, время нахождения в опасной области, безопасность ЛА, расход топлива и др. В дальнейшем будем считать, что успешное разрешение ОС соответствует процессу, при котором значения функции (2.1) или частных ПК находятся в пределах заданных допусков. Использование переменных весовых коэффициентов позволяет учитывать изменение целей решаемых тактических и стратегических задач и выбирать процедуры принятия решений в соответствии с важностью отдельных ПК.Анализ бортовых ИС, разрабатываемых настоящее время в ряде стран, показывает, что в основном принимается концепция иерархического или распределенного модульного построения ИС. К преимуществам модульной структуры следует отнести: удобство в разработке, отладке и модернизации (особенно, при унификации отдельных модулей) ИС; возможность автономного использования и внедрения отдельных модулей, в том числе при решении задач в других проблемных областях. Основные модули, входящие в состав ДИС, включают модули более низкого уровня. В состав ДИС входят следующие основные модули: анализ обстановки, включающий модули более низкого уровня, в частности поиска и распознавания объектов;Для оценки угрозы столкновения в ИС должны измеряться расстояния между самолетами, их относительные скорости, высоты и пеленги.Допплеровские измерители радиальной скорости обеспечивают измерение с точностью, в большинстве случаев намного превосходящей точность измерения этого параметра другими устройствами, а в некоторых случаях они оказываются просто незаменимыми. Они отличаются сравнительно простой конструкцией, способностью работать практически при любых метеоусловиях и обеспечивают измерение в широком диапазоне скоростей.В ряде систем предупреждения столкновений изза нестабильности частоты задающих генераторов отсутствует возможность определить скорость сближения, необходимую для вычисления временного критерия опасности доплеровским методом. Период определения указанного критерия (скорости сближения, необходимой для его вычисления) аналоговыми устройствами также примерно равен 2-3 с, и поэтому в случае использования этого метода в системе необходимо иметь столько аналоговых устройств определения критерия, сколько летательных аппаратов может быть в радиусе действия системы.Для оценки возможности выполнения конфликтующими летательными аппаратами горизонтальных маневров уклонения от столкновения н
План
Содержание
1. Введение
2. Условия физической реализуемости и работоспособности ИС в реальном масштабе времени
3. Формирование процедур принятия решений ИС
4. Структура ДИС
5. Входные данные
5.1 Определение относительной скорости сближения в частотных СПС
5.2 Цифровой метод определения временного критерия опасности
5.3 Определение взаимного расположения летательных аппаратов в горизонтальной плоскости
5.4 Определение фактического времени, оставшегося на принятие решения ИС
6. Модуль анализа обстановки
7. Модуль прогноза ситуаций
8. Модуль динамической экспертной системы
9. Модуль обучения
10. Принятие решений
10.1 Маневр в горизонтальной плоскости
10.2 Понятие перегрузки
10.3 Переносимость перегрузок человеком
11. Заключение
Список используемых материалов
Введение
Обеспечение безопасности полетов в значительной мере связано с решением задачи предупреждения столкновении самолетов в воздухе. В настоящее время решение этой задачи полностью возлагается на диспетчерскую службу системы управления воздушным движением (наземные радиолокационные станции, диспетчеры и т. д.). Однако по мере постоянного роста интенсивности воздушного движения диспетчерская служба управления воздушным движением (УВД) сталкивается со все большими трудностями предупреждения опасных сближений самолетов в воздухе. По данным статистики США, большинство столкновений самолетов происходит на малых высотах, на трассах, проходящих вне радиолокационного поля, а также на границах взаимодействующих систем. При этом, как правило, столкновения происходят в простых метеоусловиях. Анализ опасных сближений самолетов показывает, что число зафиксированных случаев быстро увеличивается с ростом интенсивности воздушного движения, примерно по квадратичному закону. Около 70% этих сближений происходят в условиях хорошей видимости. Визуальные методы, используемые при самолетовождении, не обеспечивают необходимой безопасности полета, так как даже при очень хорошей видимости пилоты в ряде случаев обнаруживают встречный самолет, когда времени на выполнение маневра уклонения уже остается недостаточно, а, кроме того, визуальные методы связаны с субъективными ошибками в определении дальности до самолета, его скорости и в оценке степени опасности столкновения. Существующая система УВД изза возникающих в процессе управления перегрузок диспетчерского состава и некоторых ограничений технических средств также не в полной мере обеспечивает контроль за выдерживанием заданных навигационных параметров каждым самолетом, выполняющим полеты по приборам. Кроме того, система УВД не позволяет осуществлять контроль за полетами во всем воздушном пространстве, особенно на малых высотах и в труднодоступных для наблюдения районах (горы, тундры, полюса, океанские просторы). Весьма эффективным средством повышения надежности и оперативности наземных служб УВД является автоматизация процессов контроля и управления полетами, внедрение более совершенных систем вторичной радиолокации (радиолокация с активным ответом. Такой метод радиолокации используется в системах управления воздушным, движением.), ЭВМ, систем отображения информации и т. д. Можно сказать, что автоматизация систем УВД является основой развития средств наземного диспетчерского контроля полетов самолетов и что внедрение автоматизированных систем уже в настоящее время значительно повысило эффективность и безопасность воздушного движения, снизило нагрузку на диспетчера и пилота. Вместе с тем автоматизация процессов обеспечения полетов и совершенствование радиолокационных средств не могут в достаточной степени обеспечить предупреждение опасных сближений на трассах с интенсивным движением, проходящих в труднодоступных районах, а также при межконтинентальных полетах. Количественно безопасность полета оценивается допустимым риском столкновения при каждом виде эшелонирования, зависящим прежде всего от интенсивности воздушного движения. С другой стороны, допустимый риск столкновения в зонах, охваченных службой УВД, определяется надежностью систем навигации и УВД. При этом под надежностью систем понимается не только безотказность работы аппаратуры, но и вероятность потерь информации изза провалов в зонах обзора, помех в каналах связи, погрешностей определения местоположения летательных аппаратов (ЛА) и т. д. Для решения задачи предупреждения столкновений самолетов с помощью технических средств системы УВД необходимо произвести: - измерение координат местоположения и параметров движения объектов с помощью радиолокационных станций;
- прогнозирование с помощью расчета возможного положения объектов через определенное время для обнаружения угрозы столкновения (электронно-вычислительные комплексы);
- информационный обмен с объектами для оповещения об опасности и координации их маневров по уклонению от столкновения (линии связи).
Для поддержания допустимого риска столкновений при росте интенсивности воздушного движения или для снижения его в условиях постоянной интенсивности движения необходимо повышать надежность систем навигации и УВД, прежде всего - путем увеличения надежности технических средств этих систем. Расчеты показывают, что для решения задачи предупреждения столкновений с требуемой надежностью каждое из технических средств, используемых в этих системах, должно иметь чрезвычайно высокую надежность, обеспечение которой является весьма сложной и дорогостоящей задачей. Кроме того, воздушное пространство над труднодоступными для наблюдения районами и просторами океана, занимающими 4/5 земной поверхности, все равно не будет находиться в. зоне действия подобной системы. В связи с этим в настоящее время для решения задачи предупреждения столкновений считается технически и экономически целесообразным дополнить систему УВД специальной бортовой системой предупреждения столкновений самолетов в воздухе (СПС), способной автономно, независимо от системы УВД, обеспечить безопасное расхождение самолетов при возникновении угрозы столкновения. Бортовые СПС по принципу действия являются радиотехническими системами, выполняющими измерение взаимных координат и параметров движения объектов, находящихся в окружающем защищаемый самолет воздушном пространстве, расчет вероятности возникновения угрозы столкновения и обмен информацией по радиоканалам для выработки взаимно координированных команд на маневры уклонения.
В процессе полета при возникновении ситуаций, когда траектория проходит в опасной близости с другим летательным аппаратом (ЛА), либо в области связанной с риском иного рода (шторм, горы и т.д.), системе управления (СУ) необходимо принимать оперативные решения, выбирая один из нескольких возможных вариантов управления ЛА. Интеллектуальная система (ИС) «Маневр» разрабатывается для уменьшения ошибок управления в экстремальных ситуациях, при дефиците времени на принятие решения, а также на этапе планирования курса с целью избежания экстремальных ситуаций. В пилотируемых ЛА ИС «Маневр» выдает рекомендации, помогая летчику (оператору) принять правильное решение, и в случае необходимости берет управление на себя. При использовании в беспилотных ЛА ИС самостоятельно принимает решения по управлению.
Основной проблемой формирования ИС подобного типа, в частности в условиях внезапного возникновения опасных ситуаций, является обеспечение способности ИС принимать обоснованные решения в реальном масштабе времени.
В работе показано, что возможности ИС ограничены необходимостью выполнения условии физической реализуемости и работоспособности системы. При выполнении этих условий, для выбора соответствующей процедуры принятия решений, предлагается использовать критериальную функцию, учитывающую значения частных показателей качества эффективности полета, Изменение весовых коэффициентов при частных показателях качества позволяет оперативно корректировать допустимую степень риска при оперативном выборе управлений.
Известные планирующие системы (планировщики) ориентированы в основном на стратегическое планирование, например, на этапе предполетной прокладки маршрута ЛА. В этих системах время принятия решения не согласуется с условиями физической реализуемости и работоспособности, что может привести к несвоевременному принятию решения (запаздыванию) при внезапном возникновении опасной ситуации. Предлагаемый подход расширяет возможности существующих ИС, позволяя принимать обоснованные решения в зависимости от конкретных условий (в частности, дефиците времени) и возможного изменения стратегических и тактических целей полета. Ожидается, что использование подобных систем на пилотируемых и беспилотных ЛА существенно повысит эффективность и безопасность полетов.