СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НА ПУНКТЕ УПРАВЛЕНИЯ ОПАСНЫХ СБЛИЖЕНИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ВОЗДУШНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Российский патент 2015 года по МПК G08G5/04 G08G7/02 

Областью применения, к которой относится изобретение, являются наземные (воздушные) пункты управления авиацией и наземные пункты управления воздушным движением, обеспечивающие контроль за полетом пилотируемых летательных аппаратов.

Для обеспечения безопасности полетов, контроля и управления полетами самолетов (вертолетов) на каждом пункте управления необходимо регулярно контролировать воздушную обстановку и своевременно выявлять факты опасного сближения каждого летательного аппарата с другими воздушными объектами, находящимися в зоне ответственности пункта управления.

Например, в соответствии с «Федеральными правилами использования воздушного пространства Российской Федерации» в районе аэродрома, оборудованного автоматизированными системами обслуживания воздушного движения (управления полетами) или средствами локации, дистанция между воздушными судами должна быть не менее 10 км, а время сближения воздушных судов - не менее 3 мин [1].

Поэтому опасное сближение любого летательного аппарата с другим воздушным объектом возникнет при условии, что текущее значение дистанции между летательным аппаратом и воздушным объектом окажется меньше допустимого значения дистанции (Д_доп=10 км), а текущее значение времени сближения летательного аппарата с воздушным объектом - меньше допустимого значения (t_доп=180 с) времени их сближения.

Для надежного выявления опасного сближения любого летательного аппарата с другим воздушным объектом необходимо с заданным темпом (например, не реже одного раза в десять секунд) получать от радиолокационных средств первичную измерительную информацию - измеренные значения координат, скорости и курса движения каждого летательного аппарата и других воздушных объектов, находящихся в зоне ответственности пункта управления. Затем путем обработки первичной измерительной информации необходимо произвести быстрое и надежное выявление опасных сближений летательного аппарата с воздушными объектами, что обеспечит требуемое качество навигации и исключит столкновения в воздухе.

Известен способ выявления опасного сближения воздушных судов, реализованный в устройстве для предупреждения столкновений воздушных судов [2], заключающийся в том, что измеряют текущее значение дистанции между воздушными судами, сравнивают текущие значения дистанций между воздушными судами с соответствующими значениями допустимых дистанций, если некоторые текущие значения минимальных дистанций между некоторыми воздушными судами не превышают соответствующие значения допустимых дистанций, то принимают решение о возникновении опасного сближения воздушных судов и измеряют соответствующие текущие значения времен сближения воздушных судов.

Известный способ выявления опасного сближения воздушных судов позволяет повысить функциональную надежность соответствующего устройства путем ограничения его радиуса действия в зависимости от скорости воздушных судов.

Однако известный способ выявления опасного сближения воздушных судов не обеспечивает требуемую надежность принятия решения о возникновении опасного сближения воздушных судов, поскольку не предусматривает сравнение текущего значения времени сближения воздушных судов с допустимым значением времени их сближения.

Известен способ выявления опасного сближения летательных аппаратов, реализованный в системе предупреждения столкновения летательных аппаратов при летных испытаниях [3], заключающийся в том, что измеряют текущие значения высотно-скоростных сигналов, вычисляют параметры взаимного пространственного положения двух летательных аппаратов, их действительные координаты, расстояние между ними, относительную скорость и определяют зону опасного сближения, при нахождении летательных аппаратов в этой зоне принимают решение о возникновении опасного сближения.

Известный способ выявления опасного сближения летательных аппаратов позволяет повысить точность и безопасность полета за счет представления параметров относительного движения и взаимного пространственного положения двух ЛА, которое сводится к определению расстояния между ними.

Однако, известный способ выявления опасного сближения летательных аппаратов также не обеспечивает требуемую надежность принятия решения о возникновении опасного сближения летательных аппаратов, поскольку не предусматривает сравнение текущего значения времени сближения летательных аппаратов с допустимым значением времени их сближения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата (истребителя) с воздушными объектами, заключающийся в том, что измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью значения координат, скорости и курса движения находящихся в зоне ответственности пункта управления летательного аппарата и каждого воздушного объекта, для каждого момента измерений вычисляют текущие значения разности координат и проекций скоростей всех воздушных объектов относительно летательного аппарата и определяют размеры зон опасного сближения (стробов опасности), если размеры некоторых зон опасного сближения (стробов опасности) оказываются меньше допустимого размера зоны опасного сближения (строба опасности), то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата (истребителя) с воздушными объектами [4].

Известный способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата (истребителя) с воздушными объектами позволяет повысить безопасность полета за счет одновременного контроля взаимного положения всех воздушных объектов в зоне ответственности пункта управления посредством текущего контроля взаимного положения всех зон опасного сближения (стробов опасности) летательного аппарата (истребителя) со всеми воздушными объектами.

Однако известный способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата (истребителя) с воздушными объектами также не обеспечивает требуемую надежность принятия решения о возникновении опасного сближения, поскольку точно не определена процедура текущего контроля взаимного положения всех зон опасного сближения (стробов опасности) летательного аппарата (истребителя) со всеми воздушными объектами и, кроме того, не предусматривает сравнение текущего значения времени сближения летательных аппаратов с допустимым значением времени их сближения, что необходимо делать в соответствии с Федеральными правилами полетов в России [4].

Технический результат состоит в повышении надежности принятия решения о возникновении опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами.

Для достижения указанного технического результата в способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами, заключающийся в том, что измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью значения координат, скорости и курса движения находящихся в зоне ответственности пункта управления летательного аппарата и каждого воздушного объекта, введены следующие операции: для каждого момента измерений определяют текущие значения минимального времени сближения и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом, сравнивают текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом с соответствующими значениями допустимых дистанций, если некоторые текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и некоторыми воздушными объектами не превышают соответствующие значения допустимых дистанций, то сравнивают соответствующие текущие значения минимальных времен сближения летательного аппарата с соответствующими воздушными объектами с соответствующими значениями допустимых времен сближения, если некоторые текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с некоторыми воздушными объектами не превышают соответствующие значения допустимых времен сближения, то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата с соответствующими воздушными объектами.

В первом предпочтительном варианте воплощения предлагаемого способа выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами координаты летательного аппарата и воздушных объектов измеряют в прямоугольной топоцентрической системе координат Х и У, при этом текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом определяют по формулам

$$t_{\min }=-({\Delta }_x*\Delta V_x+{\Delta }_y*\Delta V_y)/(\Delta V_x^2+\Delta V_y^2)$$ ,

$$D_{\min }=\sqrt{\frac{{({\Delta }_x*\Delta V_y-{\Delta }_y*\Delta V_x)}^2}{\Delta V_x^2+\Delta V_y^2}}$$ ,

где Δ_x=X_o2-X_o1; Δy=Y_o2-Y_o1 - приращения начальных координат воздушного объекта относительно летательного аппарата;

X_o1, Y_o1 и X_o2, Y_o2 - начальные координаты летательного аппарата и воздушного объекта;

ΔV_x=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁; ΔV_y=V₂*sinβ₂-V₁*sinβ₁ - приращения проекций скоростей воздушного объекта относительно летательного аппарата;

V₁ и V₂ - скорости движения летательного аппарата и воздушного объекта;

β₁ и β₂ - курсы движения летательного аппарата и воздушного объекта.

Во втором предпочтительном варианте воплощения предлагаемого способа выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами координаты летательного аппарата и воздушных объектов измеряют в геодезической системе координат В и L на сфере, при этом текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом определяют по формулам

t_min=-(ΔB₀*ΔV_B/R+ΔL₀*ΔV_L*cosW/R)/(ΔV_B/R+ΔV_L*cosW/R),

$$D_{\min }=\sqrt{\frac{{(\Delta B_0*\Delta V_L-\Delta L_0*\Delta V_B)}^2*{\cos }^{2}W}{(\Delta V_B^2+\Delta V_L^2*{\cos }^{2}W)*R^2}}$$

где ΔB₀=B_o2-B_o1; ΔL₀=L_o2-L_о1 - приращения начальных координат воздушного объекта относительно летательного аппарата;

B_o1, L_o1 и В_о2, L_o2 - начальные координаты летательного аппарата и воздушного объекта;

ΔV_B=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁; ΔV_L=V₂*sinβ₂/cosB_o2-V₁*sinβ₁/cosB_o1 - приращения проекций скоростей воздушного объекта относительно летательного аппарата;

V₁ и V₂ - скорости движения летательного аппарата и воздушного объекта;

β₁ и β₂ - курсы движения летательного аппарата и воздушного объекта.

W=(B_o1+L_o1)/2 - средняя широта между летательным аппаратом и воздушным объектом;

R - радиус сферы.

Предлагаемый способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами обеспечивает одновременное определение в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью значений минимально возможных дистанций и минимально возможных времен сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом в зоне ответственности пункта управления и принятия решения на основе их сравнения с соответствующими значениями допустимых дистанций и значениями допустимых времен сближения (проверке подлежат все пары летательных аппаратов и воздушных объектов, находящиеся в зоне ответственности пункта управления). Это и обеспечивает положительный технический результат - повышение надежности принятия решения о возникновении опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами.

При этом обеспечивается первый дополнительный положительный технический результат - возможность использования предлагаемого способа выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами как на пунктах управления, работающих в прямоугольной топоцентрической системе координатой У, так и на пунктах управления, работающих в геодезической системе координат В и L на сфере.

Кроме того, обеспечивается второй дополнительный положительный технический результат - существенное уменьшение времени и трудоемкости определения выявления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами.

Предлагаемый способ выявления на пункте управления, работающего в прямоугольной топоцентрической системе координат Х и У, опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами предусматривает выполнение следующих операций:

измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты t_o измерений с установленной периодичностью значения X_o1 и Y_o1 координат, значение V₁ скорости движения и значение β₁ курса движения летательного аппарата в зоне ответственности пункта управления;

измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты t_o измерений с установленной периодичностью значения X_o2 и Y_o2 координат, значение V₂ скорости движения и значение β₂ курса движения каждого воздушного объекта в зоне ответственности пункта управления;

определяют для каждого момента t_o измерений текущие значения Δx=X_o2-X_o1 и Δy=Y_o2-Y_o1 приращений координат каждого воздушного объекта относительно летательного аппарата;

определяют для каждого момента t_o измерений текущие значения ΔV_x=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁ и ΔV_y=V₂*sinβ₂-V₁*sinβ₁ приращений проекций скоростей каждого воздушного объекта относительно летательного аппарата;

определяют для каждого момента t_o измерений текущее значение $$t_{\min }=-({\Delta }_x*\Delta V_x+{\Delta }_y*\Delta V_y)/(\Delta V_x^2+\Delta V_y^2)$$ минимально возможного времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом;

определяют для каждого момента t_o измерений текущее значение $$D_{\min }=\sqrt{\frac{{(\Delta x*\Delta V_y-\Delta y*\Delta V_x)}^2}{\Delta V_x^2+\Delta V_y^2}}$$ минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом;

сравнивают текущие значения D_min минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом с соответствующим значением D_доп допустимой дистанции;

если некоторое текущее значение D_min минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и некоторым воздушным объектом не превысит соответствующее значение D_доп допустимой дистанции, то сравнивают соответствующее текущее значение t_min минимально возможного времени сближения летательного аппарата с соответствующим воздушным объектом со значением t_доп соответствующего допустимого времени сближения;

если некоторое текущее значение t_min минимального времени сближения летательного аппарата с некоторым воздушным объектом не превысит значение t_доп соответствующего допустимого времени сближения, то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата с соответствующим воздушным объектом.

Предлагаемый способ выявления на пункте управления, работающего в геодезической системе координат В и L на сфере, опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами предусматривает выполнение следующих операций:

измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты t_o измерений с установленной периодичностью значения B_o1 и L_o1 координат, значение V₁ скорости движения и значение β₁ курса движения летательного аппарата в зоне ответственности пункта управления;

измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты t_o измерений с установленной периодичностью значения B_o2 и L_o2 координат, значение V₂ скорости движения и значение β₂ курса движения каждого воздушного объекта в зоне ответственности пункта управления;

определяют для каждого момента t_o измерений текущие значения ΔB₀=В_о2-B_o1 и ΔL₀=L_o2-L_o1 приращений координат каждого воздушного объекта относительно летательного аппарата;

определяют для каждого момента t_o измерений текущие значения ΔV_B=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁ и ΔV_L=V₂*sinβ₂/cosB_o2-V₁*sinβ₁/cosB₀₁ приращений проекций скоростей каждого воздушного объекта относительно летательного аппарата;

определяют для каждого момента t_o измерений текущее значение t_min=-(ΔB₀*ΔV_B/R+ΔL₀*ΔV_L*cosW/R)/(ΔV_B/R+ΔV_L*cosW/R) минимально возможного времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом (W=(B_o1+L_o1)/2 - средняя широта между летательным аппаратом и соответствующим воздушным объектом; R - радиус Земли с учетом высоты полета летательного аппарата);

определяют для каждого момента t_o измерений текущее значение $$D_{\min }=\sqrt{\frac{{(\Delta B_0*\Delta V_L-\Delta L_0*\Delta V_B)}^2*{\cos }^{2}W}{(\Delta V_B^2+\Delta V_L^2*{\cos }^{2}W)*R^2}}$$ минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом;

сравнивают текущие значения D_min минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом с соответствующим значением D_доп допустимой дистанции;

если некоторое текущее значение D_min минимально возможной дистанции между летательным аппаратом и некоторым воздушным объектом не превысит соответствующее значение D_доп допустимой дистанции, то сравнивают соответствующее текущее значение t_min минимально возможного времени сближения летательного аппарата с соответствующим воздушным объектом со значением t_доп соответствующего допустимого времени сближения;

если некоторое текущее значение t_min минимального времени сближения летательного аппарата с некоторым воздушным объектом не превысит значение t_доп соответствующего допустимого времени сближения, то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата с соответствующим воздушным объектом.

При использовании предлагаемого способа выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами обеспечивается принятие решения в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью на основе сравнения минимально возможных дистанций и минимально возможных времен сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом в зоне ответственности пункта управления с соответствующими значениями допустимых дистанций и значениями допустимых времен сближения (проверке подлежат все пары летательных аппаратов и воздушных объектов, находящиеся в зоне ответственности пункта управления), что и обеспечивает повышение надежности принятия решения о возникновении опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами.

Литература

1. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации. - М.: Военное издательство, 1999, с.36, 37.

2. SU 1300534 A1, (Предприятие П/Я В-2749), 30.03.1987.

3. RU 2134911 C1, (Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова), 20.08.1999.

4. Авиация ПВО России и научно-технический прогресс: боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра. / под. ред Е.А. Федосова. - М.: Дрофа, 2005, с.410-415.

На пункте управления воздушным движением измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью значения координат, скорости и курса движения летательного аппарата и каждого воздушного объекта, находящихся в его зоне ответственности. Для каждого момента измерений определяют текущие значения минимального времени сближения и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом. Сравнивают текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом с значениями допустимых дистанций. Если текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и воздушными объектами не превышают значения допустимых дистанций, то сравнивают текущие значения минимальных времен сближения летательного аппарата с воздушными объектами с значениями допустимых времен сближения. Если текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с воздушными объектами не превышают значения допустимых времен сближения, то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами. Повышается надежность выявления опасных сближений летательного аппарата с воздушными объектами.

Способ выявления на пункте управления опасного сближения летательного аппарата с воздушными объектами, заключающийся в том, что измеряют с помощью радиолокационных средств в последовательные моменты измерений с установленной периодичностью значения координат и скорости находящихся в зоне ответственности пункта управления летательного аппарата и каждого воздушного объекта, отличающийся тем, что для каждого момента измерений определяют текущие значения минимального времени сближения и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом, сравнивают измеренные текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом с соответствующими значениями допустимых минимальных дистанций, если некоторые текущие значения минимальных дистанций между летательным аппаратом и некоторыми воздушными объектами не превышают соответствующие значения допустимых минимальных дистанций, то сравнивают соответствующие текущие значения времен сближения летательного аппарата с соответствующими воздушными объектами с соответствующими значениями допустимых времен сближения, если некоторые текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с некоторыми воздушными объектами не превышают соответствующие значения допустимых времен сближения, то принимают решение о возникновении опасного сближения летательного аппарата с соответствующими воздушными объектами, при этом координаты летательного аппарата и воздушных объектов измеряют в прямоугольной топоцентрической системе координат X и У или в геодезической системе координат В и L на сфере, причем при измерении координат летательного аппарата и воздушных объектов в прямоугольной топоцентрической системе координат X и У текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом определяют по формулам

где Δх=X_o2-X_o1; Δy=Y_o2-Y_o1 - приращения начальных координат воздушного объекта относительно летательного аппарата;
X_o1, Y_o1 и X_o2, Υ_o2 - начальные координаты летательного аппарата и воздушного объекта;
ΔV_x=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁; ΔV_y=V₂*sinβ₂-V₁*sinβ₁ - приращения проекций скоростей воздушного объекта относительно летательного аппарата;
V₁ и V₂ - скорости движения летательного аппарата и воздушного объекта;
β₁ и β₂ - курсы движения летательного аппарата и воздушного объекта;
кроме того, при измерении координат летательного аппарата и воздушных объектов в геодезической системе координат В и L на сфере текущие значения минимального времени сближения летательного аппарата с каждым воздушным объектом и минимальной дистанции между летательным аппаратом и каждым воздушным объектом определяют по формулам
t_min= -(ΔB₀*ΔV_B/R+ΔL₀*ΔV_L*cosW/R)/(ΔV_B/R+ΔV_L*cosW/R),

где ΔB₀=B_o2-B_o1; ΔL₀=L_o2-L_o1 - приращения начальных координат воздушного объекта относительно летательного аппарата;
B_o1, L_o1 и B_o2, L_o2 - начальные координаты летательного аппарата и воздушного объекта; ΔV_B=V₂*cosβ₂-V₁*cosβ₁; ΔV_L=V₂*sinβ₂/cosB_o2-V₁*sinβ₁/cosB_o1 - приращения проекций скоростей воздушного объекта относительно летательного аппарата;
V₁ и V₂ - скорости движения летательного аппарата и воздушного объекта;
β₁ и β₂ - курсы движения летательного аппарата и воздушного объекта.
W=(B_o1+L_o1)/2 - средняя широта между летательным аппаратом и воздушным объектом;
R - радиус сферы.