Исследование возможности повышения эффективности обновления аэронавигационных данных системы управления полетом самолета AIRBUS А310

Полный текст

Введение

На данный момент аэронавигационные базы данных площадного типа в системах FMS обновляются на земле при обжатых стойках шасси и имеют ряд недостатков, таких как простой воздушного судна в случае отсутствия специалиста и нахождения воздушного судна вне базового аэропорта дислокации, отсутствия загрузчиков баз данных. Все это влияет на регулярность полетов, следовательно, и экономическую составляющую по критерию своевременного выполнения рейсов [1].

Чтобы решить данную проблему, необходимо проанализировать и найти новые технические и технологические пути решения с целью своевременного, достоверного, безотказного обновления аэронавигационных баз данных в рассматриваемой системе FMS [2]. Для этого необходимо провести:

Предложения по решению задачи

Для решения задач оперативного планирования движения воздушного судна, а также получения новой информации об изменениях в аэронавигационных данных или полете в момент смены аэронавигационного информационного регулирования и управления, каждые 28 дней ровно в 0:00 часов по UTC необходимо получать обновленную информацию навигационных данных. Помимо практической необходимости оперативного снабжения бортовых систем самолета обновляемой информацией, существует возможность возникновения сбоев или ошибок в базе данных DATA X [3; 4]. Оперативное обновление навигационной информации является необходимым параметром поддержания приемлемого уровня безопасности полетов.

С целью повышения производительности бортовых информационных систем, работающих с базами данных, разработана система передачи данных, позволяющая производить оперативное информационное обеспечение бортовых систем.

Рассмотрим основные компоненты системы, включающие наземный сегмент (рис. 1) и бортовой сегмент (рис. 2).

 

Рис. 1. Наземный сегмент

Fig. 1. Ground segment

 

Рис. 2. Бортовой сегмент

Fig. 2. Onboard segment

 

Для обновления аэронавигационной базы данных на воздушных судах, в данном случае мы рассматриваем AIRBUS-310, используется ноутбук, имеющий последовательный com-вход стандарта RS-232, который передает в систему FMA аэронавигационные данные в авиационном формате. Ноутбук на борту воздушного судна в процессе обновления базы данных на земле системы FMS является основным рабочим устройством, обеспечивающий контроль системы в целом [5; 6].

Под спутниковым терминалом в данном случае мы будем понимать передающее устройство для систем спутниковой связи, обеспечивающее ноутбук радиосвязью на земле с бортовым оборудованием.

Линия передачи данных в системе подразумевает спутниковую связь, работающую через межсетевой интерфейс для создания информационного узла спутниковой системы связи или через передающую антенну. Полагается, что будет актуально три типа обновления в систему базы данных FMS: периодические, предполетные и оперативные.

Типы обновляемых баз данных

Первый тип обновления бортовой базы данных – периодическое обновление – представляет собой загрузку базы данных через определенные промежутки времени по мере необходимости международной организацией гражданской авиации. Для навигационной базы данных частота, необходимая для ее перезагрузки в бортовую систему, составляет один раз в цикл AIRAC (28 дней). Для баз данных могут устанавливать свое собственное время обновления, но не реже одного раза в шесть месяцев. В этом случае вся база данных в бортовом комплексе заменяется обновленной базой [7].

Второй тип обновления – предполетное обновление – предусматривает загрузку данных непосредственно перед полетом и только полетных данных, необходимых для этого полета.

Третий тип обновление навигационной информации – в любой момент времени и в любом месте (в случае внештатных ситуаций, например, при переустановке системы FMS или потере базы данных).

В отличие от первого и третьего типа обновления, который предварительно предусматривает полную замену базы данных в соответствии с требованиями ИКАО строго в определенный период, второй тип предназначен для быстрой загрузки данных, актуальных на данный момент, например, основной маршрут полета (полетный план), другой маршрут, регион полета, другая навигационная информация, необходимая в данный момент [8].

Авиационный спутниковый терминал представляет собой спутниковый радиомодем, который устанавливается на борту воздушного судна.

Способы обновления базы данных

Бортовой процессор связи представляет собой специальный блочный компьютер, выдерживающий перегрузки для успешной работы на борту самолета.

Эта система обновления базы данных может использоваться двумя способами.

Первый режим заключается в отправке обновленных навигационных данных в бортовую систему воздушного судна по запросу наземной аэронавигационной службы обеспечения полетов при поступлении новых данных [9].

На главном компьютере оператор выполняет чтение файла базы данных непосредственно с сайта разработчика базы данных. С помощью специальных приложений база данных отбирается на региональном уровне, после чего перечисленный файл преобразуется в формат бортовой системы. После этого он устанавливает связь с бортовым процессором, который работает в режиме ожидания связи с использованием наземных и авиационных абонентских терминалов. Бортовой процессор связи переключается в командный режим наземного компьютера. По команде главного компьютера выполняется закодированная отправка базы данных с контрольными суммами непосредственно в процессор связи. Процессор связывания отправляет обратно контрольные суммы для оценки точности. Если все в норме, то программа загрузки базы данных включена в бортовую систему FMS. В случае возникновения ошибки, система передает информацию на наземный сегмент и процесс передачи данных происходит повторно в автоматическом режиме. В то же время после трех неудачных попыток сообщение об ошибке канала связи отправляется на наземный компьютер и соединение прерывается.

Второй режим – это отправка базы данных на борт воздушного судна по требованию экипажа с борта, если система базы данных потеряна или перестраивается после ремонтных работ и работает только в автоматическом режиме.

В этом режиме главный компьютер работает в режиме ожидания, а бортовой процессор привязки переходит в режим запроса экипажем воздушного судна. В дальнейшем процесс передачи и загрузки аналогичен предыдущему.

Для решения задачи обеспечения передачи обновлений предлагается использовать системы спутниковой связи. На данный момент актуальны четыре наиболее подходящих системы: Гонец, Globalstar, Inmarsat, Iridium [10; 11].

С учетом известных систем, передающих цифровые данные, были смоделированы следующие скорости передачи данных, которые выражены в битах / с для различных радиостанций:

Поскольку в настоящее время спутниковая система Iridium обладает наибольшим потенциалом, дальнейшая работа позволит рассчитать среднее время передачи. Предлагается использовать следующую модификацию, так как она адаптирована для использования в авиационной сфере [12;13].

Расчет среднего времени передачи 340 байт с использованием CCC Iridium NEXT:

M = 340 байт = 2,72 Кбит / с (максимальный объем передаваемых данных);

V = 128–512 Кбит / с (средняя скорость передачи данных через соединение SBD);

N = 1,5 c (среднее время установления соединения для исходящего вызова).

 

$T=\frac{N+M}{V}$ – общее время передачи пакетов данных,                           (1)

 

$T=\frac{1.5+2.72}{150t}=151$s.                                                                                 (2)

Надежность передачи данных

При передаче радиотелефонной информации в сети Iridium вероятность ошибки на бит не превышает 0,001, при передаче цифровой информации – 0,000001 [14–15].

Следовательно, вероятность потери одного бита информации при передаче одного пакета данных размером 340 байт = 2,72 Кбит / с будет выглядеть следующим образом:

$P_1=\mathrm{2,72}\times 103\times {10}^{-6}=\mathrm{0,00272}$.                                                          (3)

В случае неудачной попытки передачи данных устройство повторяет попытки передачи данных до трех раз, и в этом случае вероятность ошибки в течение одного рабочего сеанса уменьшается.

Система Iridium обладает высокой скоростью передачи данных и низкой вероятностью ошибок [16].

Заключение

Можно сделать вывод, что, проанализировав действующие спутниковые системы связи, а также бортовые системы передачи данных, был предложен вариант обновления аэронавигационных баз данных, передающей всю необходимую информацию в непрерывном режиме и полном объеме, который требует экспериментальной проверки.

Об авторах

Рево Авхадиевич Акзигитов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Автор, ответственный за переписку.
Email: akzigitov-r@mail.ru

старший преподаватель

Россия, 660037, Красноярск, проспект имени газеты «Красноярский Рабочий», 31

Данил Владимирович Дмитриев

Бэйханский университет

Email: gerundiy48@gmail.com

магистрант

Китайская республика, 100191, Пекин, ул. Сюэюан, 37

Евгений Валерьевич Кузнецов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Email: kuznetsoff@sibsau.ru

кандидат технических наук, доцент, директор института

Россия, 660037, Красноярск, проспект имени газеты «Красноярский Рабочий», 31

Александр Степанович Тимохович

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Email: timohovichas@sibsau.ru

кандидат педагогических наук, доцент, заведующий кафедрой ПНК

Россия, 660037, Красноярск, проспект имени газеты «Красноярский Рабочий», 31

Список литературы

Дополнительные файлы