Радиосистемы предупреждения столкновений

Одной из особенностей, присущих современной авиационной ситуации, является достаточно высокая плотность воздушного движения, особенно в районах крупных аэропортов. Эта особенность, относящаяся как к военной, так и к гражданской авиации, приводит нередко к возникновению конфликтной обстановки, которая чаще всего характеризуется возможным пересечением самолетных траекторий. При этом, если указанное пересечение прогнозируется на различных и далеко относящихся друг от друга по величине высотах полета, то уровень конфликтности имеет здесь весьма малую величину, и необходимость в принятии каких-либо предупредительных мер практически исчезает. Иное дело, если пересечение маршрутов будет, по предположению, происходить при малой разнице высот или в одной плоскости (наихудший случай) – такое возможное событие приобретает высокий уровень конфликтности, поскольку чревато столкновением самолетов, и расценивается как чрезвычайное происшествие, которого необходимо избегать всеми возможными средствами.

Радиосистемы предупреждения столкновений являются одними из основных средств предотвращения гибельного развития конфликта, поскольку позволяют заранее прояснить сложившуюся воздушную ситуацию и выработать сигнал аварийного предупреждения. Разумеется, бортовые радиосистемы предупреждения столкновений (РСПС) нередко работают в радиоконтакте с наземными службами (контрольными пунктами, навигационными радиомаяками и т.д.), однако, поскольку контролируемое на земном шаре воздушное пространство составляет величину порядка 25%, далее рассматриваются только бортовые РСПС.

Концепция функционирования РСПС в наиболее общем виде состоит в реализации так называемого « -критерия», заключающегося в вычислении (и индикации) текущего значения интервала времени и сравнении его с заранее определенными пороговыми величинами и .

Рассмотрим процесс нахождения более подробно. Для этого воспользуемся геометрической картиной, изображенной на рис. 3.61.

Рис. 3.61. Геометрические величины, характеризующие сближение самолетов

Пусть траектории двух самолетов, движущихся в одной плоскости прямолинейно и с постоянными скоростями, пересекаются в точке О под углом . При этом в начальный момент времени самолет 1 находится в точке , а самолет 2 – в точке . Расстояние между этими точками обозначим , а угол, под которым самолет 2 наблюдается из самолета – как . Тогда в некий следующий момент времени самолет 1, летящий со скоростью , окажется в точке , а самолет 2, перемещающийся со скоростью , – в точке . В общем случае из-за различных скоростей отрезок (расстояние между точками и ) не будет параллелен отрезку . Такова исходная геометрическая ситуация.

Выполним дополнительные построения.

Переместим отрезок параллельно самому себе так, чтобы точка совместилась с точкой – тогда новым положением точки окажется точка . Соединим точки и .

Перенесем вектор к вектору ; тогда разностью этих векторов окажется вектор относительной скорости , ориентированный вдоль отрезка . Разложим вектор на две ортогональные составляющие – скорость сближения (вдоль отрезка ) и скорость .

Также можно записать следующие тригонометрические соотношения:

для скорости сближения

(3.85)

для относительной скорости

(3.86)

для нормальной (ортогональной) составляющей скорости

(3.87)

для расстояния в произвольный момент времени

(3.88)

где .

Время , отсчитываемое от момента времени до минимального (в пределах треугольника ) расстояния между самолетами 1 и 2, будет определяться из уравнения и запишется в окончательном виде как

(3.89)

Если изначально вычисляемую величину рассматривать как минимально время , то полагая , получим:

(3.90)

Формальный анализ этого соотношения говорит о равноправности влияния и на ; однако, исходя из результатов летней практики, можно сделать вывод, что основным компонентом, влияющим на выбор , как интервала времени до наибольшего сближения, является все же величина . Выражение (3.90) можно трактовать и иначе – наиболее опасной является ситуация, когда и, следовательно, . Правда, при малых значениях алгоритм (3.90) обладает весьма небольшой эффективностью, ибо движение самолетов 1 и 2 по почти параллельным траекториям. Тем не менее, величина является основной при формировании -критерия.

Для получения конкретных значений и (пороговых величин ) воспользуемся выражениями для вычисления длительности маневра и в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

(3.91)

и

(3.92)

где – безопасная разность высот самолетов 1 и 2; – скорость самолета, выполняющего маневр; – нормальное ускорение в вертикальной плоскости; – безопасное расстояние в горизонтальной плоскости; – радиус разворота в горизонтальной плоскости.

При этом величина рассчитывается как

(3.93)

где – угол крена; – нормальное ускорение в горизонтальной плоскости.

Если в соотношения (3.91) – (3.93) подставить конкретные величины, взятые из традиционной летней практики, то можно найти соответствующие значения для и . В частности, для гражданской авиации ( м; м; ; ) минимальная длительность маневра составляет 20 с, а с учетом реакции пилота и так называемого интервала запаса оно принимается равным 30 с. Поэтому алгоритм работы РСПС согласно -критерию формулируется следующим образом: если в процессе измерения величина окажется равной значению с, самолетами 1 и 2 должно быть начато формирование взаимно-координированных маневров по уклонению от столкновения, а если – равной с, то маневр должен начать выполняться.

При этом, когда текущее значение меньше, чем , на индикаторном табло пилота должен загореться сигнал, запрещающий горизонтальные маневры, а в запросный (излучаемый) радиосигнал включается информация о степенях свободы защищаемого (от столкновения) самолета: вверх – свободна верхняя зона пространства, вверх-вниз – свободны обе области, прямо 0 обе зоны предупреждения заняты. На указанный запрос сближающийся самолет отвечает радиосигналом, в состав которого включается (соответствующим кодом) рекомендация защищаемому самолету выполнить один из трех маневров – вверх, вниз, прямо. Полученная рекомендация отображается на индикаторе пилота. При на индикатор пилота выдается команда на выполнение маневра. В случае, когда сближающиеся самолеты достигают высоты безопасного расхождения, указанные команды не передаются, а в запросных радиосигналах защищаемого самолета перестают передаваться данные о его степенях свободы.