Разработка методов повышения качества функционирования авиационных радиоканалов информационного обеспечения УВД

Тенденция постоянного роста интенсивности воздушного движения предполагает необходимость постоянного совершенствования системы управления воздушным движением (УВД) с целью увеличения пропускной способности элементов УВД при безусловном выполнении требований к уровню безопасности полетов.

Основным фактором, ограничивающим пропускную спо собность являются возможности диспетчера оператора, который в обозримом будущем остается центральным звеном системы управления воздушным движением. В этих условиях большое значение имеет организация информационного обеспечения полетов, в частности, качество функционирования и надежность каналов авиационной командной связи, по которым передается речевая информация, достоверность и своевременность доведения которой до экипажей воздушных судов и диспетчеров службы движения в наибольшей степени влияет на достигаемый уровень безопасности полетов.

Авиационная радиосвязь является одним из основных звеньев комплекса радиоэлектронных средств (РЭС) управления воздушным движением. С целью обеспечения требуемого уровня безопасности и регулярности полетов действия экипажей и диспетчеров направлены на поддержание непрерывного соответствия воздушной обстановки принятой организации УВД.

Постоянно увеличивающаяся интенсивность воздушного движения сопровождается усложнением задач по его управ лению и ведет к росту объема оперативной информации о воздушной обстановке, получаемой с помощью связных РЭС экипажами воздушных судов и диспетчерами службы движения. В этих условиях все большую актуальность приобретают вопросы обеспечения требуемого качества функционирования средств авиационной радиосвязи.

С целью обеспечения требуемого качества функционирования РЭС связи в процессе их эксплуатации проводится определенный объем упорядоченных по месту и времени восстановительных работ, в результате проведения которых параметры радиосредств поддерживаются в заданных пределах. То есть принято считать, что качество функционирования радиосредств полностью определяется их техническим состоянием. Однако опыт эксплуатации авиационных РЭС показывает, что такой подход не позволяет решить задачу обеспечения их требуемого качества функционирования в реальных условиях эксплуатации. Эта задача может быть решена в том случае, если критерий качества функционирования выбирается из условий выполнения возложенных на РЭС функциональных задач.

Исходя из назначения, качество функционирования связных РЭС должно оцениваться достоверностью и своевременностью получаемой информации, которые определяется всеми звеньями радиоканала. То есть качество функционирования определяется не только техническим состоянием средств связи, но и характеристиками воздействующих помех, что является характерной особенностью радиоэлектронных средств. На возможность нарушения работоспособности РЭС вследствие влияния помех указывается в ряде литературных источников /104,106,107,108/. Применяемая в настоящее время программа эксплуатации не учитывает влияние помех на качество функционирования радиосредств. Поэтому гаранта руется не заданное качество функционирования, а некоторое состояние РЭС, в котором оно функционирует с требуемым качеством при отсутствии помех.

Обеспечение требований безопасности и регулярности полетов в условиях увеличивающейся интенсивности воздушного движения связано с увеличением оснащенности зон УВД радиоэлектронными средствами обеспечения полетов. Специфика размещения РЭС гражданской авиации в пределах ограни ченной территории (аэропорт, зона УВД и т. п.), наличие неосновных каналов приема и неосновных излучений передающих устройств приводит к увеличению числа и уровней воздействующих помех и повышению вероятности их прохождения на выход радиоприемных устройств, что, в конечном счете, ухудшает качество функционирования средств радиосвязи.

Снижение качества функционирования ниже допустимого уровня под воздействием помех приводит к невозможности выполнения поставленных перед РЭС задач и в соответствии с /100/ является отказом. Это подтверждается и практикой. Качество функционирования средств связи в процессе их использования оценивается операторами субъективно, а его снижение ниже допустимого фиксируется как отказ. При этом причина отказа не всегда может быть установлена и радиосредство в дальнейшем не используется. Однако, отказы РЭС за счет влияния помех являются в подавляющем большинстве случаев самоустраняющимися. То есть по прекращению действия помехи РЭС является работоспособным. Ввиду того, что процесс использования средств радиосвязи и инструментальный контроль их работоспособности разнесены во времени фиксация отказа при воздействии помех не подтверждается инструментальной проверкой. Следствием этого является недопустимо большое число неподтвержденных отказов средств авиационной радиосвязи. Так, например, в таблице В.1 приведены данные о неподтвержденных отказах связного оборудования самолета ТУ-154 /109/, а таблица В.2 отражает тенденцию их роста. Большое число неподтвержденных отказов приводит к увеличению расходов, связанных с необоснованными восстановительными работами, и снижение эффективности процесса технической эксплуатации. Разработка новых методов технической эксплуатации с целью обеспечения требуемого качества функционирования средств радиосвязи основывается на глубоком знании характеристик их надежности, четкой организации и совершенствовании методов объективного контроля технического состояния и качества функционирования средств радиосвязи.

Методы расчета показателей надежности по отказам, вызванным изменением технического состояния радиосредств широко освещены в литературе /104,99/. Однако, как следует из изложенного ранее, для оценки показателей надежности в реальных условиях эксплуатации необходимо учитывать и отказы, обусловленные влиянием помех.

В настоящее время до 30% каналов авиационной командной связи функционирует в «сложной» электромагнитной обстановке, характеризующейся возможностью нарушения работоспособности канала вследствие воздействия помех.

Характерно, что наиболее эффективный метод повышения надежности — резервирование, по отношению к отказам, обусловленным воздействием помех, неприемлем. Помехой поражается как основное, так и резервное радиосредство.

Несмотря на то, что возможность влияния непреднамеренных помех на качество функционирования каналов авиационной командной связи не вызывает сомнений, при рассмотрении вопросов технической эксплуатации средств связи, отказы, обусловленные их воздействием, не принимаются во внимание. Это приводит, с одной стороны к низкой эффективности реализуемых мероприятий, с другой — к тому, что реализуемая пропускная способность зон УВД оказывается ниже обоснованной теоретически, что, в свою очередь, либо влечет за собой необходимость снижения интенсивности воздушного движения, либо приводит к снижению уровня безопасности воздушного движения.

Исходя из этого, поставленная в диссертационной работе задача обоснования требований к качеству информационного обеспечения воздушных судов, исходя из обеспечения безопасности полетов, а также разработки методов их обеспечения в сложной электромагнитной обстановке при минимальных затратах, является актуальной.

С целью решения указанной проблемы, в диссертационной работе последовательно поставлены, формализованы и решены следующие основные задачи, решение которых и является основными вопросами, выносимыми на защиту: обоснование критерия качества функционирования каналов авиационной связи, отражающего влияние обоих существенных факторов эксплуатации: аппаратурной надежности радиосредств и воздействие непреднамеренных помех, а также влияние качества функционирования канала на эффективность непосредственного УВД;

— модель, описывающая процесс изменения качества функционирования средств авиационной командной связи при воздействии помех в зависимости от характеристик воздействующих помех и технического состояния этих средств;

— разработка методики комплексной оценки показателей надежности и эффективности функционирования средств авиационной радиосвязи, учитывающей влияние воздействующих помех и технического состояния радиосредств;

— разработка аналитических моделей взаимосвязи качества функционирования и надежности канала авиационной командной связи с пропускной способностью зоны УВД;

— разработка алгоритмов оптимизации сетей авиационной наземной связи, минимизирующих задержку командной информации в сети;

— обоснование требований к стационарным показателям надежности каналов авиационной командной связи, гарантирующих требуемый уровень безопасности полетов в конкретных зонах УВДразработка методов распределения требований к надежности канала по составляющим, соответственно аппаратурной и надежности по отказам, обусловленным воздействием помех и мероприятий, реализующих указанные требования при минимальных затратах.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЯТОГО РАЗДЕЛА.

1. Сформулированы ограничения на коэффициент готовности канала, являющийся основным показателем надежности восстанавливаемых систем, исходя из совместного обеспечения нормированных значений риска столкновений воздушных судов и коэффициента загрузки диспетчера службы движения. Получены допустимые значения коэффициента готовности канала для сорока конкретных зон УВД.

2. Предложен подход к нормированию допустимого времени восстановления канала и определены значения указанного интервала для ряда конкретных зон УВД.

3. Разработан метод учета степени автоматизации УВД при обосновании требований к надежности каналов авиационной командной связи, на основе определения степени уменьшения интенсивности обращения диспетчера к радиоканалу.

4. Получены коэффициенты уменьшения интенсивности обращения диспетчера к радиоканалу для наиболее распространенных систем автоматизации управления воздушным движением для ряда зон УВД и определены требования к коэффициенту готовности канала при использовании систем с различным уровнем автоматизации.

5. Рассмотрены основные методы обеспечения надежности канала по отношению к аппаратурным отказам, обусловленным воздействием помех. Приведены рекомендации по использованию конкретных методов.

6. Сформулированы условия целесообразности применения различных методов резервирования каналообра-зующей аппаратуры в зависимости от ограничений на коэффициент готовности и время восстановления канала.