Способ предупреждения столкновений воздушных судов при полетах в зонах пониженной плотности воздушного движения и отсутствии диспетчерской поддержки Российский патент 2017 года по МПК G01S13/93 G08G5/04 

Область техники

Изобретение относится к радиотехническим методам определения местоположения объектов в воздушном пространстве и может быть использовано для предупреждения столкновений воздушных судов, в первую очередь легких самолетов, имеющих минимум приборного оборудования и находящихся в зонах пониженной плотности воздушного движения без диспетчерской поддержки.

Уровень техники

В условиях полета по приборам при отсутствии оперативной связи с диспетчером экипаж не имеет информации об окружающих самолетах и не защищен от столкновений. Это может являться серьезным ограничением использования самолетов малой авиации в высоких широтах с малой плотностью воздушного движения и слабым перекрытием воздушного пространства средствами связи, наблюдения и диспетчерского обслуживания, даже если эти самолеты оснащены современным навигационным оборудованием.

Известен способ повышения безопасности полетов (см. https://ra.wikipedia.org/wiki/ADS-В), заключающийся в использовании автоматического зависимого наблюдения ADS-B, суть которого состоит в следующем. На борту самолета имеется достоверный источник координат. По специальному радиоканалу информация о координатах и другая полезная информация методом радиовещания доводится до окружающих самолетов. На всех самолетах кроме измерения и вещания координат предусмотрены прием информации от окружающих самолетов и отображение картины воздушной обстановки. Изображение воздушной обстановки предполагает отображение собственного самолета в центре экрана и отображение окружающих не самолетов в проекции сверху. Наличие информации о воздушной обстановке позволяет экипажу избежать столкновений даже при отсутствии диспетчерского наблюдения. Существенные трудности для реализации указанного метода состоят в том, что в настоящее время практически все ВС, которые эксплуатируются в рассматриваемых зонах воздушного пространства, не оснащены аппаратурой, обеспечивающей достоверность информации о координатах места нахождения.

В качестве прототипа выбран способ (см. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Самолетный радиолокационный ответчик), основанный на использовании системы предотвращения столкновений (БСПС) самолетов в воздухе, включающий: оборудование защищаемого ВС аналогом вторичного радиолокатора, не имеющим управляемой диаграммы направленности антенны, определяющим направление на окружающие самолеты (со значительно пониженной точностью) и дальность до них; размещение на окружающих самолетах радиолокационного ответчика, по сигналам которого определяются взаимные координаты в горизонтальной плоскости, а также передается информация о барометрической высоте. На основании этой информации экипаж самолета, оборудованного БСПС, получает картину воздушной обстановки и принимает меры по предотвращению столкновения.

Основным недостатком прототипа является необходимость наличия на борту защищаемого самолета дорогой громоздкой и тяжелой аппаратуры, используемой преимущественно на больших пассажирских самолетах, размещение которой на легких самолетах сопряжено с техническими (вес, габариты) и экономическими трудностями.

Целью предлагаемого технического решения является снижение веса, габаритов и стоимости аппаратуры, устанавливаемой на защищаемом самолете, что делает возможной установку оборудования на малых самолетах и обеспечивает экипажу достаточную информацию о воздушной обстановке для принятия решения по предупреждению возможного столкновения при отсутствии диспетчерского наблюдения в воздушном пространстве с низкой плотностью движения.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного способа является формирование информации, позволяющей обнаружить наличие потенциальной опасности столкновения с другим самолетом, отобразить полученную информацию в наглядной для пилота форме и обеспечить пилоту возможность согласования маневра расхождения с экипажем воздушного судна, представляющего опасность полету.

Поставленная цель достигается тем, что в способе предупреждения столкновений на всех окружающих самолетах установлен радиолокационный ответчик и барометрический высотомер, а на защищаемом самолете дополнительно установлены:

- радиолокационный запросчик (аналогичный входящему в систему предотвращения столкновений);

- приемник ответов (аналогичный входящему в систему предотвращения столкновений и ADS-B-IN);

- вычислитель дальности до ответчика, от которого получен сигнал (аналогичный входящему в систему предотвращения столкновений);

- электронный индикатор для отображения воздушной обстановки (может быть совмещен с навигационным индикатором).

Поскольку в составе предлагаемого радиотехнического оборудования отсутствуют средства определения направления на источник ответного сигнала, получаемая и отображаемая экипажу информация не содержит направление на потенциально опасный самолет, но имеется информация о его высоте и дальности до него. Поэтому потенциально опасный самолет не может быть отображен в виде точки (символа), а должен отображаться в виде окружности с центром в месте отображения защищаемого самолета и радиусом, соответствующим расстоянию между самолетами и дополнительным указанием о разности высот конфликтующих самолетов. Радиус действия такой системы определяется высотой полета и кривизной земной поверхности. Чем больше высота, тем больше радиус действия. При высоте полета 1000 метров радиус действия превышает 150 километров, что оставляет экипажу достаточно времени для дальнейших действий по предотвращению столкновения.

По отображенной на индикаторе воздушной обстановки информации экипаж оценивает ситуацию, связывается по стандартному радиотелефону с потенциально опасным самолетом (необходимая частота для связи известна экипажу) и согласовывает маневр расхождения.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема отображения воздушной обстановки с отметками высоты и целей, представляющих угрозу столкновения, где:

- треугольник в центре обозначает положение защищаемого самолета;

- цифра, размещенная в прямоугольнике на линии окружности, указывает расстояние до конфликтующего самолета;

- цифры в прямоугольниках, расположенных с внешней и внутренней стороны окружностей, означают разность барометрических высот, на которых находятся конфликтующие и защищаемый самолеты (со знаком плюс - выше защищаемого самолета, минус - ниже);

- стрелки на окружностях обозначают направление и скорость движения конфликтующих самолетов относительно защищаемого (вне окружности - удаление, внутрь - сближение).

Отображение взаимного положения воздушных судов осуществляется в виде круга, в центре которого расположен защищаемый самолет, а конфликтующий - на линии окружности с радиусом, соответствующим расстоянию между ВС. На основе дифференцирования измеренной дальности по времени получаем скорость сближения (или расхождения, если производная отрицательна). Полученная скорость отображается в виде радиальных стрелок, длина которых качественно отображает величину скорости, а направление (внутрь или вовне окружности) дает экипажу возможность определить тенденцию изменения расстояния. На этом же экране отображается разность барометрических высот. Выбор точки на окружности, где отображается цифровая информация, не связан с направлением на угрожающий самолет и может осуществляться на основе чисто эргономических соображений. Указанной информации достаточно для выбора маневра расхождения, который согласуется с экипажем встречного самолета.

Потенциально опасный самолет появится на экране, когда дальность достигнет расстояния прямой радиовидимости, поэтому экипаж располагает достаточным временем для установления контакта по стандартной авиационной радиосвязи в диапазоне метровых волн и согласования маневра расхождения.

Таким образом, обеспечивается защита от столкновений при минимальном наборе оборудования и при полете по приборам в условиях отсутствия непрерывной связи с диспетчером.

Осуществление изобретения.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Защищаемый самолет с определенной периодичностью посылает запросы на стандартной частоте сигнала вторичной радиолокации. Каждый окружающий самолет посылает ответ на стандартной частоте ответа вторичной радиолокации, и этот ответ принимается на защищаемом самолете. На основании разницы времени между запросом и ответом с учетом известной физической постоянной - скорости света - определяется расстояние между защищаемым и угрожающим самолетом. На основании результатов двух запросов, сделанных с известным интервалом времени, вычисляется изменение дальности за этот интервал времени, и, разделив изменение дальности на интервал времени между запросами, определяют скорость сближения или удаления самолетов. На основании полученной информации на экране пилота строится картина воздушной обстановки.

В случае получения данных более чем от одного самолета, аналогичная окружность строится для каждого самолета.

При наличии на угрожаемом ВС комплекта оборудования, аналогичного имеющемуся на защищаемом самолете, аппаратура каждого самолета производит запросы, обрабатывает ответы, формирует картину воздушной обстановки, и его экипаж может проявить инициативу по согласованию процесса расхождения.

Предложенный способ может быть реализован при разработке и эксплуатации транспортного самолета, предназначенного для выполнения пассажирских и грузовых перевозок на местных воздушных авиалиниях и в воздушном пространстве класса «G».

Относится к радиотехническим методам определения местоположения объектов в воздушном пространстве и может быть использовано для предупреждения столкновений воздушных судов, в частности легких маневренных самолетов, имеющих минимум приборного оборудования и находящихся в зонах пониженной плотности воздушного движения при отсутствии диспетчерской поддержки. Достигаемый технический результат - формирование информации для обнаружения пилотом наличия потенциальной опасности столкновения с другим самолетом. Указанный результат достигается за счет того, что по измеренному значению дальности до воздушного судна, представляющего опасность полету, формируют зону воздушного пространства, которая отображается на индикаторе воздушной обстановки в виде окружностей с равномерно расположенными на них радиальными стрелками, при этом диаметр отображаемой окружности соответствует расстоянию до воздушного судна, представляющего опасность полету, длина и направление стрелок - скорость и направление движения (сближение/удаление) воздушных судов, подвергающихся опасности столкновения. По заданному значению высотного интервала между эшелонами и разности барометрических высот защищаемого и угрожающего воздушного судна на индикаторе воздушной обстановки отображаются воздушные суда, для которых разность высот или расчетное время до опасного сближения превышает заданный порог. В зависимости от степени опасности изменяется цвет отображения и подаются звуковые сигналы. При нахождении угрожающего воздушного судна в зоне перекрытия и при достижении предварительно установленного значения дальности опасного сближения пилот воздушного судна, которое подвергается опасности столкновения, связывается по стандартному радиотелефону с пилотом угрожающего воздушного судна и согласовывает маневр расхождения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ предупреждения столкновений воздушного судна, находящегося в зонах, в которых отсутствует диспетчерская поддержка, заключающийся в автоматическом обзоре воздушного пространства на основе радиотехнического метода «запрос-ответ», обнаружении воздушного судна, представляющего опасность полету, измерении дальности до указанного воздушного судна, формировании зоны воздушного пространства, отображаемой на индикаторе воздушной обстановки, отличающийся тем, что воздушные суда, представляющие опасность, отображаются на индикаторе воздушной обстановки в виде окружностей с равномерно расположенными на них радиальными стрелками, при этом диаметр отображаемой окружности соответствует расстоянию до воздушного судна, представляющего опасность полету, а направление стрелок - скорости сближения (удаления) воздушных судов, подвергающихся опасности столкновения, информация о разности барометрических высот защищаемого и угрожающего воздушного судна отображается в цифровом виде со знаком «+» при нахождении угрожающего самолета выше защищаемого, со знаком «-» в противном случае.

2. Способ обеспечения безопасности воздушного движения по п. 1, отличающийся тем, что на индикаторе воздушной обстановки отображаются воздушные суда, для которых разность высот или расчетное время до опасного сближения превышает заданный порог.

3. Способ обеспечения безопасности воздушного движения по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в зависимости от степени опасности изменяется цвет отображения и подаются звуковые сигналы.

4. Способ обеспечения безопасности воздушного движения по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, оценив опасность, пилот связывается по стандартному радиотелефону с пилотом угрожающего воздушного судна и согласовывает маневр расхождения.