Использование кластерных структур в системах отображения воздушной обстановки

Описываемая в  настоящем руководстве система  в базовой конфигурации состоит  из установленных на самолете антенн, блока вычислителя, ответчика режима-S и установленных в кабине экипажа  индикаторов и пульта управления. На приведенном ниже Рис. 2-1 представлена схема построения системы.

На вычислительный блок системы от соответствующих  приборов самолета поступают данные о радиовысоте, барометрической  высоте, пребывании самолета в воздухе  или на земле, а также о выпущенном или убранном шасси, а также от сигнализатора высоты/блока управления или пульта управления режимами (как вариант ARINC 429).

Как правило, вычислительный блок установлен в приборном отсеке с электронной аппаратурой. Этот блок запрашивает ответчики других самолетов, вычисляет их место расположения, отслеживает их траекторию, передает различные предупреждения и рекомендации на дисплеи VSI/TRA или другие индикаторы, а также передает речевые сообщения пилоту через расположенную в кабине самолета систему звукового оповещения.

Система включает в себя, по меньшей мере, один, или обычно два, ответчика режима-S, который установлен в приборном отсеке для электронной аппаратуры. Этот ответчик отвечает на запросы, поступающие в режиме-А, режиме-С и режиме-S от радиолокационных систем службы управления воздушным движением, а также от других самолетов, оборудованных подобной системой.

Каждый самолет, оснащенный ответчиком режима-S, имеет  свой собственный уникальный адрес, который позволяет ему напрямую обмениваться данными с совместимыми системами. Этот адрес присваивает  конкретному самолету ИКАО (Международная организация гражданской авиации).

Рисунок 2

Базовая схема системы отображения воздушной  обстановки

Такой адрес на постоянное время заносится  в запоминающее устройство каждого  установленного на борту ответчика  режима-S. Такие возможности в отношении адресации позволяют системе напрямую связываться с конфликтующими самолетами, оснащенными ответчиками режима-S, с которыми ей необходимо скоординировать маневры с целью разрешения потенциальных конфликтов.

Этот  адрес ИКАО не зависит от идентификационных кодов «4096», которые присваиваются рейсу службой управления воздушным движением во время полета.

Ответчик  режима-S также передает данные от датчика  барометрической высоты и с пульта управления в вычислительный блок системы TCAS.

У каждого пилота на месте, где обычно устанавливается указатель вертикальной скорости, установлен дисплей VSI/ TRA [указатель вертикальной скорости (VSI) с дисплеем предупреждений о воздушной обстановке и рекомендаций по устранению конфликтной ситуации (TRA)] для вывода информации TCAS. Этот дисплей интегрирован в систему электронных полетных приборов (Electronic Flight Instrument System).

В аналоговой системе, модуль преобразования барометрических  данных (Pressure Transducer Module), соединенный  с тем же источником статического давления, что и высотомер, передает на дисплей VS1/TRA электрический сигнал скорости изменения высоты, если компьютер полетных данных не может обеспечить сигнал в необходимом формате.

Пульт управления ответчика режима-S/TCAS, как  правило, расположен на центральном пульте. Летчик пользуется пультом управления для установки режима работы TCAS и ответчика режима-S, для установки кодов ответа на запросы радиолокатора службы УВД, а также для проверки работы системы.

На всех самолетах, оборудованных системой TCAS 2000, установлена одна направленная антенна сверху фюзеляжа самолета и одна антенна (направленная или ненаправленная) - снизу. Для ответчика режима-S также необходима верхняя и нижняя ненаправленные антенны. Таким образом, для должного функционирования системы TCAS необходимо всего 4 антенны. Коаксиальный антенный переключатель может быть использован для обеспечения антеннами второго ответчика.

Дополнительная  описательная информация представлена в документе под названием  «Описание системы TCAS 2000 и руководство по монтажу».

Система воздушной навигации формирует  вокруг самолета некий участок воздушного пространства, именуемый «зоной столкновения». Размеры этой зоны меняются в зависимости  от высоты полета. Система TCAS 2000 обеспечивает защиту этой зоны от вторжения в нее другого самолета исходя из их скорости сближения, как по расстоянию, так и по высоте.

Система TCAS 2000 непрерывно наблюдает за воздушным  пространством вокруг самолета и  следит за сигналами ответчиков других самолетов. Путем отслеживания этих ответов составляется прогноз траектории полета каждого обнаруженного самолета, основанный на данных отслеживания.

При дополнительной установке и использовании прибора  сигнализации тревоги по высоте или  другого устройства, подающего входной сигнал по высоте (ARINC 429), движение оборудованного самолета координируется с большей точностью с целью избежать потенциальной конфликтной ситуации. В данном случае, консультативное сообщение по устранению конфликтной ситуации (RA) не сводится к смягченной команде "выравнить ВС в линию горизонта" в тот момент, когда самолет достиг заданную высоту. 

Для расчета  скорости сближения и времени  полета до точки наибольшего сближения  система использует математическую формулу. Рекомендация по устранению конфликтной ситуации, при исполнении которой увеличивается разделение между самолетами, выдается для любого самолета, прогноз траектории которого показывает вероятность вторжения в зону столкновения, окружающую самолет, оборудованный системой TCAS 2000.

Говоря более точно, система TCAS 2000 формирует два объемных участка воздушного пространства вокруг своего самолета, именуемые «зоной предупреждения» (Warning Area) и «зоной повышенного внимания» (Caution Area).

Система TCAS 2000 работает по принципу вычисления времени, т. е., другими словами, вне зависимости от взаимной геометрии траекторий конфликтующих самолетов в данный момент времени предупреждения о воздушной обстановке (ТА) и рекомендации по устранению конфликтной ситуации (RA) выдаются экипажу приблизительно с одним и тем же запасом по времени. Система автоматически корректирует размеры зоны повышенного внимания и зоны предупреждения с учетом скорости сближения и относительного пеленга конфликтующего самолета.

Периметр  зоны повышенного внимания находится в 20-48 секундах полета от рассчитанного системой TCAS 2000 времени вторжения конфликтующего самолета в зону столкновения. Периметр зоны предупреждения находится в 15-35 секундах полета от времени вторжения в зону столкновения. Возможные вариации по времени основываются на значениях логических параметров.

Если  самолет действительно вошел  в зону повышенного внимания, то система TCAS 2000 воспринимает его как  конфликтующий самолет и выдает предупреждение о воздушной обстановке. Это сообщение состоит как  из голосового предупреждения, так и визуального сигнала, указывающего дальность и относительный пеленг конфликтующего самолета, которые помогают экипажу в выполнении визуального поиска и идентификации данного самолета.

ПРИМЕЧАНИЕ: Не рекомендуется выполнять маневры ухода от столкновения, основываясь только на предупреждениях о воздушной обстановке.

Если  конфликтующий самолет входит в  зону предупреждения, то система TCAS 2000 выдает рекомендацию по устранению конфликтной  ситуации (RA), которая может быть либо корректирующей, либо превентивной.

Отображаемая  на дисплее рекомендация либо а) изменяется на рекомендацию по переходу в набор  или снижение с указанием рекомендуемой  вертикальной скорости, либо б) изменяется на предостережение экипажа о  том, чтобы не изменять текущую вертикальную скорость. Одновременно подается голосовая команда.

Зоны  столкновения, предупреждения и повышенного  внимания определяют объем воздушного пространства вокруг самолета, оборудованного системой. Форма, горизонтальные и вертикальные размеры зон являются функцией дальности и скорости сближения конфликтующего самолета. 

Рисунок 3

Зоны  предупреждения и повышенного внимания системы воздушной навигации. 

5. Сообщения системы

Система выдает рекомендации по устранению конфликтной  ситуации (RA) и предупреждения о воздушной обстановке (ТА) в том случае, если конфликтующий самолет оборудован ответчиком УВД (служба управления воздушным движением), обеспечивающим передачу ответных сигналов в режиме-S или режиме-С. Передаваемая этими сигналами информация о высоте полета используется системой при расчетах рекомендаций по устранению конфликтной ситуации.

Для конфликтующего самолета, у которого не включена функция  сообщения о высоте полета, система  может выдавать только предупреждения о воздушной обстановке.

Сообщения ТА и RA обновляются один раз в  секунду и в реальном масштабе времени обеспечивают экипаж рекомендациями и информацией о положении  конфликтующего самолета. Положение  конфликтующего самолета по отношению  к собственному самолету отображается на дисплее VSI/TRA, что помогает экипажу в осуществлении визуального поиска и реализации принципа «увидеть и избежать».

После того как система составляет прогноз  о достижении приемлемого разделения между самолетами, выдается речевое  сообщение «CLEAR OF CONFLICT» (конфликт устранен), подтверждающее, что конфликтной ситуации более не существует. Летный экипаж должен возвратиться к исходному профилю полета, установленному службой УВД. 

6. Прочие  системы ответчиков

Система TCAS 2000 отвечает стандартам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) для ответчиков радиолокационной системы УВД. модели A, C и S. Радиолокаторы наземной службы управления воздушным движением, которые установлены вдоль международных воздушных маршрутов в странах, являющихся членами ИКАО, как правило, соответствуют стандартам ИКАО.

В некоторых  странах на внутренних маршрутах  могут применяться радиолокаторы  наземной службы управления воздушным  движением, которые не отвечают стандартам ИКАО. Это относится, например, к  радиолокаторам в России, Узбекистане, Украине и других станах Содружества Независимых Государств (СНГ).

Система TCAS 2000 в процессе эксплуатации в  состоянии обнаружить только те самолеты, на которых функционируют ответчики, отвечающие стандарту ИКАО. ВС, эксплуатирующие  ответчики не соответствующие стандартам ИКАО, не будут обнаружены системой ТСAS 2000. При полете в любом воздушном пространстве экипаж самолета должен непрерывно внимательно следить за воздушной обстановкой и находиться настороже.

Рисунок 4. Защита  и услуги, обеспечиваемые системой воздушной навигации. 

1.7 Предупреждения о воздушной обстановке и рекомендации по устранению конфликтной ситуации.

Предупреждение  о воздушной обстановке (ТА) выдается при обнаружении конфликтующего самолета, для которого прогнозируется, что ему потребуется 20-48 секунд для вхождения в защищаемую системой зону столкновения.

Фактическое расстояние в момент выдачи предупреждения варьируется по той причине, что  оно зависит от скорости сближения  и высоты полета конфликтующего самолета. Речевое сообщение ТА выдается словами «TRAFFIC, TRAFFIC» (воздушный объект, воздушный объект). Отметка такого самолета появляется на дисплее VSI/TRA в виде сплошного кружка ЯНТАРНОГО цвета, располагающегося в месте, точно отображающем дальность и пеленг относительно самолета, оборудованного системой TCAS 2000.

В прилегающем  поле данных указывается высотное разделение, сообщается, находится ли конфликтующий  самолет выше или ниже самолета, оборудованного системой TCAS 2000, а также  изображается стрелка, направленная вверх или вниз и показывающая направление вертикальной скорости вторгающегося самолета в том случае, если она превышает 500 футов в минуту.

Рекомендация  по устранению конфликтной ситуации (RA) выдается в отношении конфликтующего самолета, для которого прогнозируется, что ему потребуется 15-35 секунд для  входа в защищаемую системой зону столкновения. Фактическое расстояние в момент выдачи этой рекомендации варьируется по той причине, что оно зависит от скорости сближения и высоты полета конфликтующего самолета.

Если  конфликтующий самолет входит в  зону предупреждения, то системой выдается рекомендация RA, которая отображается на дисплее VSI/TRA в виде КРАСНОЙ дуги запрещенных и ЗЕЛЕНОЙ дуги заданных вертикальных скоростей и сопровождается голосовым сообщением. Отметка конфликтующего самолета отображается на дисплее VSI/ TRA в виде сплошного квадрата КРАСНОГО цвета, располагающегося в месте, точно отображающем дальность и пеленг относительно самолета, оборудованного системой.