Система контроля воздушного движения

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в авиации для контроля прохождения маршрута полета самолетом без использования наземных средств контроля. Технический результат состоит в повышении качества контроля и управления воздушным движением. Для этого непрерывно определяют собственные координаты полета воздушного судна, передают их на спутники связи с дальнейшей передачей этими спутниками на единый диспетчерским пункт. Система контроля воздушного движения содержит созвездия датчиков навигационных спутниковых радиосигналов GPS/ГЛОНАС/Галилео и их приемник, введены: созвездие спутников связи, микропроцессор (МП), передатчик, блок ввода и блок вывода, а также 1-N наземных базовых станций, причем: выход приемника навигационных радиосигналов первой шиной USB соединен с первым входом микропроцессора, а блок ввода соединен с вторым его входом; первый выход МП через передатчик и вторую антенну соединен вторым радиоканалом с созвездием спутников связи, выход которых третьим радиоканалом соединен с 1-N наземными базовыми станциями, а второй вход МП через блок вывода второй шиной USB соединен с пультом информации экипажа. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в авиации для контроля прохождения маршрута полета самолетом без использования наземных средств контроля, таких как радиолокаторы, радиосвязь, доплеровские радиосистемы и пр. Также изобретение может быть использовано в морском флоте дел контроля прохождения судов по заданному маршруту.

Общей проблемой контроля прохождения маршрута является его субъективность, т.е. человеческий фактор.

Пример 1

Столкновение Российского Ту-154 и американского транспортника по вине швейцарского авиадиспетчера в 90-х годах прошлого века.

Пример 2

При «пропаже» малазийского Боинга-777 в марте 2014 г. выяснилось, что авиадиспетчер Хошимин-Сити доложил, что указанный Боинг не прошел его контрольную точку маршрута, только через два часа после назначенного времени прохождения, мало того, он даже не связался по радио с командиром корабля и не запросил его координаты. Далее, РЛС (несколько единиц) армии США этого района индийского океана вели этот Боинг и записали его маршрут полета, но объявили об этом только через девять дней!? Что это? Если в первом случае это можно списать на халатность, то во втором случае это вообще непонятно.

Пример 3

Также известен случай с южнокорейским Боингом, который был сбит советским истребителем-перехватчиком в 80-х годах прошлого столетия в районе острова Сахалин, погибли более 200 человек. Этот Боинг отклонился от курса на 300-500 км, и это отклонение не было отслежено авиадиспетчерами Анкориджа (штат Аляска, США, место взлета) и Сеула (место приземления - предполагаемое). Его маршрут отследили только РЛС Советских войск ПВО.

Пример 4

Самолет АН-2 вылетел из Ивделя (север Свердловской области) в июле 2013 г., через 10 минут исчез с экрана радара. Искали полгода, а место катастрофы нашли через год случайно местные охотники.

Пример 5

Знаменитый американский летчик Хьюз (также миллиардер), жизнь которого показана в известном блок-бастере "Авиатор" вылетел в штате Аризона на частном самолете (конечно, управлял он лично) в 2001 г. и через час пропал с экрана радара. Искали долго и безуспешно, нашли место катастрофы через два года случайно.

Таких случаев в истории авиации только за последние десятилетие сотни.

Международная организация гражданской авиации (далее ИКАО) давно обеспокоена формальным отношением наземных служб контроля движения самолетов, граничащим с безразличием и/или некомпетентностью.

Так, за всеми такими случаями стоят большие человеческие жертвы и трагедии.

Известны способы наблюдения и контроля за воздушным движением с помощью наземных РЛС. Их недостатки:

- человеческий фактор;

- невысокая точность определения координат(>1 км), при GPS (не>1 м);

- годится для небольших стран: Венгрия, Чехия и т.д.;

- на малых высотах сложности определения координат в силу кривизны земной поверхности.

В районе аэропорта контроль движения самолета осуществляется авиадиспетчерами с помощью наземных радиотехнических средств.

Контроль движения самолета по маршруту и вблизи аэропортов осуществляется также с помощью РЛС дальнего обнаружения, но в отдаленных местах: Арктика, Антарктида, центральные районы Сибири, центральная и южная часть Тихого океана это затруднительно, поэтому контроль осуществляется в основном по радиосвязи - прототип.

Таким образом, постоянный непрерывный автоматический контроль координат полета самолета (широта и долгота) без использования субъективных (человеческих) факторов в настоящее время не осуществляется.

В настоящее время в год во всем мире происходят десятки авиакатастроф, не считая вертолетов. Большинство из них оборудованы аварийными радиомаяками, которые в случае внештатной ситуации (авария, катастрофа и пр.) излучают специальные радиосигнал, по которому специалисты определяют местонахождение аварийного самолета - прототип.

Недостатки: при катастрофе радиомаяк может выйти из строя (взрыв, механическое повреждение или большая глубина до нескольких километров в океане); при угоне может быть просто отключен; не отслеживается весь маршрут полета самолета.

Технической задачей является повышение качества контроля и управления воздушным движением, т.е. непрерывное отслеживание координат полета каждого гражданского воздушного судна в масштабах отдельно взятой страны, или ее регионов, или группы стран, или всех стран, входящих в ИКАО.

Технический результат достигается за счет непрерывного определения собственных координат полета воздушного судна, по СНРС GPS/ГЛОНАС/Галилео, передача их на спутник (и) связи с дальнейшей передачей этими спутниками на единый диспетчерский пункт (базовую станцию) страны, группы стран и т.д.

Для решения поставленной задачи предлагается:

Система контроля воздушного движения, содержащая созвездия датчиков навигационных спутниковых радиосигналов GPS/ГЛОНАС/Галилео и их приемник, также созвездие спутников связи ИКАО, микропроцессор (МП), передатчик, блок ввода и блок вывода, а так же 1-N наземных базовых станций со следующими соединениями: выход приемника навигационных радиосигналов первой шиной USB соединен с первым входом микропроцессора, а блок ввода соединен с вторым его входом; первый выход МП через передатчик и вторую антенну соединен вторым радиоканалом с созвездием спутников связи, выход которых третьим радиоканалом соединен с 1-N наземными базовыми станциями, а второй вход МП через блок вывода второй шиной USB соединен с пультом информации экипажа.

На чертеже показана структурная схема системы, на которой изображено:

1 - приемник навигационных сигналов

2 - микропроцессор (МП)

3 - передатчик

4 - блок ввода (маршрут, контрольные точки, запасные аэродромы и пр.)

5 - блок вывода (текущие координаты полета, непрерывно обновляется)

6 - наземные базовые станции от 1 до N в зависимости от длины маршрута

7 - созвездия навигационных спутников систем GPS/ГЛОНАС/Галилео

8 - созвездие спутников связи

9 - блок питания (резервированный)

10 - аккумулятор

РК1÷РК3 - радиоканалы

шины питания и соединений условно не показаны

- первая и вторая шины связи USB.

A₁ - приемная антенна, А₂ - передающая антенна.

Система имеет следующие соединения.

Созвездия спутниковых навигационных систем 7 первым радиоканалом РК1 через первую антенну A1 и навигационный приемник 1 первой шиной USB соединены с первым входом МП2, с вторым входом которого соединен выход блока ввода данных 4, первый выход МП2 через передатчик 3 и вторую антенну А2 вторым радиоканалом РК2 связан с созвездием спутников связи 8, выходы которых третьим радиоканалом РКЗ связаны с наземными базовыми станциями 6; второй выход МП2 через блок вывода 5 второй шиной USB соединен с пультом информации экипажа, а третий выход МП2 соединен с блоком питания 3.

Описание работы системы

Сама система условно разбита на три части: самолетная часть, наземная часть и спутниковая часть.

Самолетная часть работает следующим образом.

Микропроцессор 2 содержит в своей оперативной памяти личный кодовый номер самолета и все навигационные данные маршрута полета, вводимые перед стартом через блок ввода данных 4.

Начиная с момента запуска двигателей и во время полета автоматически начинает работать электрическая часть системы. Навигационный приемник 1 принимает через первую антенну сигналы систем GPS, или ГЛОНАС, или Галилео (или все вместе), обрабатывает их и передает через первую шину USB в МП2, который передает по специальному протоколу через передатчик 3, 4 вторую антенну кодовый номер самолета и его координаты, т.е. текущую широту и долготу. Частота обновления информации ≈1 Гц.

Следует заметить, что самолетная часть системы не может быть выключена экипажем технически и физически во избежание возможности теракта или другого несанкционированного действия, также после выключения двигателей (планирования или падения) система работает еще несколько секунд, т.к. предусмотрен аварийный источник питания (аккумулятор) 10.

Спутниковая и наземные части работают следующим образом.

Созвездие навигационных спутников трех систем выбрано из соображений возможности получения координат в любой точке земного шара, так GPS предназначена в основном для работы от экватора до северного и южного полярных кругов, Галилео для Европы, а ГЛОНАС - для всех широт. Одновременное применение всех систем позволяет значительно повысить точность определения навигационных параметров.

Передаваемая по второму радиоканалу РК2 информация с борта самолета принимается спутниками связи созвездия 8 и ретранслируется по третьему радиоканалу РКЗ на базовые станции 6 (1-N), базовые станции могут быть расположены: на территории РФ в количестве 2-3 станции, на остальной мир в общем случае порядка 10-12, где принимаются и отражаются на плане общей обстановки, а в нужных случаях анализируется для принятия решений в нештатной ситуации.

Также следует заметить, что в качестве спутников связи 8 можно использовать существующие отечественные спутники, а по договоренности с другими странами совместное использование зарубежных и отечественных спутников.

По договоренности с ИКАО можно создать «созвездие» специализированных спутников ИКАО для решения этих задач. Это, конечно, требует доработки воздушного парка, но «игра стоит свеч», т.к. движение каждого воздушного судна будет находиться под непрерывным контролем, что значительно увеличит безопасность полетов, а именно:

- исключение человеческого фактора (при контроле полетов);

- при аварии или катастрофе координаты происшествия будут известны с максимальной точностью;

- при захвате и угоне путь террористов будет всегда отслежен;

- выдача экипажу информации, если на маршруте самолет отклонится от заданного курса на величину больше допустимой.

Таким образом, роль авиадиспетчеров сводится, в основном, к обеспечению взлета и посадки самолетов в зонах аэропортов.

Что касается морского флота, то по статистике английской лондонской конторы "Регистр судоходства Ллойда" (с 17-го века) почти каждые сутки в мире гибнет одно судно (корабль, яхта и т.д.). Поэтому применение этого технического решения на судах разного класса поможет точно определить координаты судна, терпящего бедствие, и оказать ему и его экипажу своевременную помощь. Часто судно успеет только послать сигнал "SOS", а далее тишина. В то время как морское течение, штормовой ветер могут переместить судно за сотни миль, а при гибели судна будет известно его точные координаты, а значит, место спуска на воду спасательных шлюпок, плотов и прочих спасательных средств. В настоящее время производится их поиск на огромных расстояниях вплоть до нескольких тысяч квадратных миль, так как точные координаты гибели судна неизвестны.

Предлагаемая система контроля местонахождения каждого судна поможет и в борьбе с морским пиратством, а также с контрабандой и пр.

Построение системы для каждого судна такое же, как и для самолета.

Система контроля воздушного движения, содержащая созвездия датчиков навигационных спутниковых радиосигналов GPS/ГЛОНАС/Галилео и их приемник, отличающаяся тем, что в нее введены: созвездие спутников связи, микропроцессор (МП), передатчик, блок ввода и блок вывода, а также 1-N наземных базовых станций со следующими соединениями: выход приемника навигационных радиосигналов первой шиной USB соединен с первым входом микропроцессора, а блок ввода соединен с вторым его входом; первый выход МП через передатчик и вторую антенну соединен вторым радиоканалом с созвездием спутников связи, выход которых третьим радиоканалом соединен с 1-N наземными базовыми станциями, а второй вход МП через блок вывода второй шиной USB соединен с пультом информации экипажа.