Рекомендации по усовершенствование и предсказывание сдвига ветра (СВ)
Автор: fenikson2009 • Декабрь 15, 2018 • Курсовая работа • 6,778 Слов (28 Страниц) • 1,451 Просмотры
[pic 1]
Условные сокращения УВД управление воздушным движением СВ сдвиг ветра ИНС инерциальной навигационной системе MBA микропорывы ВОРЛ вторичный обзорный радиолокатор ATN авиационной сети связи AGL над уровнем земли ADS-B радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение уз узлы фут футы км/ч километры в час м/с метры в секунду СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение________________________________________________________6 1. Эффективное прогнозирование сдвига ветра при УВД 1.1 Понятие что такое сдвиг ветра (СВ) ,и о его влияние для авиации______8 1.2 Виды обнаружения такого явления как СВ_________________________13
1.2.2 Воздушное обнаружение СВ___________________________________17 1.3 Роль Система оповещения о сдвиге ветра на малых высотах (LLWAS) и режим S ВОРЛ_________________________________________17 1.3.1 Роль Система оповещения о сдвиге ветра на малых высотах (LLWAS) ________________________________________________18
2. Рекомендации по усовершенствование и предсказывание сдвига ветра (СВ)_____________________________________________________________25 2.1 Основные предложения по совершенствованию обнаружение СВ, с помощью Режима S ВОРЛ__________________________________________27 2.2 Мероприятия по разработке эффективной системы оповещения об СВ__30 Заключение_______________________________________________________35 Список источников литературы______________________________________37
ВВЕДЕНИЕОдной из главных задач, стоящих перед гражданской авиацией, является обеспечение безопасности и регулярности полетов. В этом плане в последнее время актуальной стала задача обеспечения безопасности полетов в условиях СВ - метеорологического явления, отнесенного к категории опасных внешних воздействий в виду ряда катастроф, причиной которых признано исключительно это явление СВ. С 1964 по 1983 г. a в качестве причины по меньшей мере 28 авиационных происшествий/ инцидентов с тяжелыми транспортными воздушными судами, в результате которых в общей сложности погибло свыше 500 и было ранено 200 человек, приводился сдвиг ветра на малых высотах. Возросшая осведомленность среди авиационных кругов в отношении опасного и коварного характера явления сдвига ветра на малых высотах нашло отражение в том факте, что это явление рассматривалось Советом ИКАО как одна из главных технических проблем, стоявших перед авиацией в тот период. [6] Сдвиг ветра – это изменение направления и (или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии. Сдвиг ветра, как правило, возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсий у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах. Особо опасным является резкое изменение ветрового режима в приземном слое вдоль траектории движения самолета, которое может оказаться неожиданным для экипажа. Летательный аппарат пересекает самый нижний слой атмосферы в такое короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости и приемистости двигателей не всегда позволяет своевременно парировать влияние резкого изменения ветра, что явилось в ряде случаев одной из главных причин летных происшествий. В связи с этим в совместных решениях Комиссии по авиационной метеорологии ВМО и ИКАО указывается на необходимость сообщения экипажам подробной информации об изменениях ветра в нижнем слое атмосферы для взлета и захода на посадку. В еще большей степени сдвиг ветра опасен для самолетов сверхлегкого класса, имеющих малую массу, относительно небольшую скорость полета и невысокую тяговооруженность. Бортовое оборудование в авиастроении всегда играло огромную роль. С его совершенствованием увеличивалась простота управления летательным аппаратом и безопасность полетов, сокращалось время на обучение экипажа. В настоящее время все большую часть функций стали брать на себя системы дистанционного управления и бортовые вычислители. Поэтому, разработка алгоритмов бортовой системы обнаружения сдвига ветра является актуальной и может найти свое применение. Целью данной работы является предложение определенной технологи работы диспетчера, и непосредственно усовершенствование технологии работы диспетчера УВД при данном опасном метел явлении как сдвиг ветра.
1.1 Понятие что такое сдвиг ветра (СВ), и о его влияние для авиации Турбулентное состояние атмосферы - состояние, при котором наблюдаются неупорядоченные вихревые движения различных масштабов и различных скоростей. Основной причиной турбулентности являются возникающие в атмосфере контрасты в поле ветра и температуры. При пересечении вихрей воздушное судно подвергается воздействию их вертикальных и горизонтальных составляющих, представляющих собой отдельные порывы, в результате чего нарушается равновесие аэродинамических сил, действующих на воздушное судно. Возникают добавочные ускорения, вызывающие траекторные возмущения, которые могут приводит к опасной потере высоты и, как следствие, к столкновению с земной поверхностью. Резкое изменение скорости или направления ветра или одновременно скорости и направления возможно как в горизонтальном направлении (горизонтальный сдвиг ветра), так и в вертикальном (вертикальный сдвиг ветра). Вертикальным сдвигом называется изменение скорости и (или) направления ветра с изменением высоты полета. Различают сдвиг ветра не только по направлению (вертикальный и горизонтальный), но и по интенсивности (Табл. 1). Таблица 1 Критерии интенсивности сдвига ветра
Продолжение Таблицы 1
Вертикальный сдвиг ветра (включая восходящие и нисходящие потоки), Вертикальный сдвиг ветра (включая восходящие и нисходящие потоки), равный 4-6 м/с и более, в слое 30 м высоты относится к опасным для полетов метеорологическим условием в районе аэродрома. Взлет и заход на посадку летательного аппарата в условиях сильного сдвига ветра запрещаются. В настоящее время нет достаточно надежных способов, как обнаружения, так и прогнозирования сдвигов ветра на глиссаде снижения и взлетной траектории. Сегодня используются данные шаров-пилотов, ветровых приборов, установленных на имеющихся вблизи аэродрома высоких зданиях, на телевизионных мачтах или с помощью специального оборудования (доплеровского радиолокатора и др.), а при отсутствии этих данных в информации необходимо иметь прогностический ветер. Изучается возможность обнаружения сдвигов ветра с помощью лазерной техники. [6] Летный состав во время предполетной подготовки должен учитывать синоптические условия, благоприятные для возникновения сильных сдвигов ветра при взлете и посадке воздушного судна, так как сдвиги ветра относятся к опасным условиям, являются невидимыми и возникают неожиданно. Понятие сдвига ветра на малых высотах в самом широком смысле слова охватывает совокупность перемещений воздуха в нижних слоях атмосферы, от небольших завихрений и порывов, которые могут оказывать воздействие на воздушное судно в виде турбулентности, до мощного перемещения воздушной массы одного слоя относительно соседнего слоя. Широкий диапазон разнообразных явлений, создающих такие потоки воздуха, включает грозы, береговые и морские бризы, струйные течения на малых высотах, горные волны и фронтальные системы. Чтобы найти в данном контексте тот общий знаменатель, который связывает такие разнообразные явления, необходимо разъяснить значение термина “сдвиг ветра”. Наиболее общим определением сдвига ветра является следующее: “изменение скорости и/или направления ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки воздуха”. Из такого разъяснения следует, что любое атмосферное явление или даже любое физическое препятствие на пути преобладающего воздушного потока, приводящее к изменению скорости и/или направления ветра, по существу, является причиной сдвига ветра. Сдвиг ветра присутствует в атмосфере всегда, и это явление часто можно наблюдать. Примерами могут служить слои облачности на разных высотах, движущиеся в разных направлениях; шлейфы дыма, срезанные по высотам и движущиеся в разных направлениях; вращающиеся взвешенные частицы и/или капельки воды в относительно безобидных пылевых вихрях и чрезвычайно опасных водяных смерчах и торнадо; “стеноподобная” передняя кромка пылевых/песчаных бурь и деревья, клонящиеся во всех направлениях под внезапными порывами фронта шквалов. Все эти видимые эффекты свидетельствуют о повсеместном присутствии в атмосфере сдвига ветра и явлений, которые его вызывают. [6] Важность сдвига ветра для авиации заключается в его воздействии на летные характеристики воздушных судов и, как следствие, в потенциально неблагоприятном влиянии на безопасность полетов. Хотя сдвиг ветра может присутствовать в атмосфере на всех высотах, его наличие на самом низком уровне – 500 м (1600 фут) – особенно важно для воздушных судов, про- изводящих посадку и взлет. На этапах начального набора высоты и захода на посадку значения воздушной скорости и относительной высоты воздушного судна близки к критическим, и поэтому воздушное судно особенно восприимчиво к неблагоприятному воздействию сдвига ветра. После привлечения внимания к преобладающему присутствию сдвига ветра в атмосфере и его потенциальной опасности для воздушных судов для рассмотрения данного вопроса в должной перспективе следует подчеркнуть, что, учитывая большое число посадок и взлетов воздушных судов во всем мире, лишь немногие воздушные суда сталкиваются с трудностями, приводящими к авиационному происшествию, и в отношении лишь незначительной доли таких происшествий сдвиг ветра является одним из факторов, способствовавших созданию аварийных условий. Тем не менее, тот факт, что сдвиг ветра в прошлом оказывал влияние на авиационные происшествия, может служить достаточным основанием для того, чтобы все лица, связанные с производством полетов, представляли себе, какие тяжелые последствия может иметь воздействие сдвига ветра на летные характеристики воздушного судна, особенно на этапах посадки и взлета. Простейшим определением ветра является “движение воздуха относительно земной поверхности”. Ветер свободно дует в трехмерном пространстве и, обладая скоростью и направлением, должен рассматриваться как вектор, который можно разложить на три ортогональные составляющие. Относительно земной поверхности это означает, что составляющие имеют направления: север-юг, восток-запад и вверх-вниз. Если же данный вектор берется относительно траектории полета воздушного судна, это означает использование следующих направлений составляющих: встречная/попутная (продольные) составляющие ветра, боковые (поперечные) справа/слева составляющие ветра и восходящая/нисходящая (вертикальные) составляющие (рис.1). [6] [pic 2][pic 3] [pic 4] Рисунок 1. Составляющие ветра в различных системах координат | |||||||||||||||
1.2 Виды обнаружения такого явления как СВ Для обнаружения опасного метеорологического явления “Сдвиг ветра” на малых высотах вблизи аэродромов , в настоящее время используются методы как наземного, так и воздушного наблюдения или прогнозирования. 1.2.1 Наземное обнаружение СВ Сдвиг ветра сам по себе увидеть невозможно, но очень часто могут быть видны результаты его воздействия. [6] Например как:
Не все из этих проявлений сдвига ветра обязательно должны иметь какое-либо значение для воздушных судов при посадке или взлете; оценку необходимо производить в каждом отдельном случае с учетом превалировавших местных условий. Многие проявления бывают видимы как с земли, так и в воздухе. Для обнаружения сдвига ветра используются такие обычные метеорологические приборы, как: Анемометры. Об использовании анемометров для наблюдения и измерения сдвига ветра в горизонтальной плоскости (например, вдоль ВПП) . На многих аэродромах необходима установка нескольких анемометров, чтобы обеспечить получение информации о приземном ветре на таких критически важных участках ВПП, как зона взлета и зона приземления. Такая установка нескольких анемометров обеспечивает прямой источник информации о горизонтальном сдвиге ветра. В ряде государств применяется также установка анемометров с вынесенными датчиками, которые установлены на имеющихся телевизионных мачтах и башнях, расположенных вблизи аэродромов, с целью наблюдения и измерения сдвига ветра в вертикальной плоскости. В Финляндии и Швеции такие установки вместе с располагающимися на башнях температурными датчиками для обнаружения и измерения интенсивности инверсии на малых высотах составляют основу систем предупреждения о сдвиге ветра. [6] Аэростатное зондирование. Другим очевидным источником информации о сдвиге ветра является подъем радиозондов и шаров пилотов. Однако, информация получаемая с данного источника является вторичной, и предоставляет данные о среднем ветре над каким-либо слоем и представляют очень незначительную часть атмосферы в пространстве и времени. Подъем радиозонда также помогает обнаруживать температурные инверсии на малых высотах, которые при определенных условиях указывают на присутствие сдвига ветра. Хотя данные, полученные посредством аэростатного зондирования, являются чрезвычайно полезными в выявлении профильного (вертикального) сдвига ветра, они вряд ли смогут содействовать обнаружению сдвига ветра, связанного с конвективной облачностью (фронты порывов, нисходящие порывы, микропорывы и т. п.). Однако, несмотря на свои ограниченные возможности при непосредственном наблюдении сдвига ветра данные зондирования в значительной степени содействуют прогнозированию условий, благоприятных для возникновения сдвига ветра. Наземный метеорологический радиолокатор. Иногда переднюю кромку фронта порывов, особенно в тех случаях, когда такие фронты порождаются линиями шквалов, можно наблюдать на экране обычных метеорологических локаторов в виде тонкой, но очень четкой дуги или линии. Такой отраженный сигнал часто называют "радиолокационным ангелом", и, хотя появление некоторых из этих сигналов может объясняться присутствием массовых скоплений в воздухе насекомых или стай птиц и т. п., причиной возникновения большинства из них служат значительные градиенты температуры или влажности, приводящие к относительно резким изменениям показателя воздушной рефракции. Вызываемые фронтами порывов отраженные сигналы в виде дуги или линии обозначают переднюю кромку холодного нисходящего потока воздуха и часто сохраняют свои особенности по мере своего перемещения по экрану локатора со скоростью фронта порывов, иногда в течение около часа. К сожалению, не все фронты порывов создают легко распознаваемые "радиолокационные ангелы", поскольку формирование таких сигналов, судя по всему, зависит от сравнительно редкого сочетания переменных отражательных характеристик атмосферы и радиолокатора. Более того, на расстояниях свыше примерно 50 км (31 м. миля) радиолокационный сигнал проходит над весьма пологим фронтом порывов и, следовательно, не может его обнаружить. Если же фронт прослеживается радиолокатором, метеоролог сможет предсказать, каким образом и когда фронт порывов будет воздействовать на соответствующий аэродром. [6] Метеорологические (МЕТ) спутники. Фронты порывов также довольно часто наблюдаются на снимках, сделанных с метеорологических спутников. Наиболее заметным признаком является шквалистое (слоистое) облако, которое часто образуется над носом фронта порывов особенно в случае образования фронтов порывов из линий шквалов. [6] Система оповещения о сдвиге ветра на малых высотах (LLWAS).Первоначальный вариант системы LLWAS включает пять датчиков приземного ветра, расположенных в стратегических точках по периметру аэродрома, датчик приземного ветра в центре летного поля и блоки микропроцессоров и дисплеев, непрерывно контролирующие и сравнивающие разность векторов приземного ветра по данным наблюдения между точками периметра и центра летного поля. Датчики в точках периметра измеряют текущие значения ветра и опрашиваются центральным блоком управления каждые 10 с. Датчик в центре летного поля выдает среднее за две минуты текущее значение приземного ветра в качестве контрольного, с которым сравниваются значения приземного ветра в точках периметра. Дисплеи находятся в помещении органов УВД и постоянно показывают приземный ветер в центре поля и, в зависимости от скорости ветра, фактор порыва. Блок управления непрерывно сравнивает данные ветра по периметру с данными в центре поля и, если разность векторов между ними превышает 15 уз, значения ветра по периметру также отображаются и включается звуковая и визуальная сигнализация. Диспетчер может в любое время вызвать на экран показатели ветра от одного или всех датчиков периметра. Система звукометрического обнаружения и измерения дальности (СОДАР). Система СОДАР аналогична радиолокационной, но в ней используются звуковые волны (1500 Гц) для обнаружения температурных инверсий на малых высотах. Применение доплеровской методики позволяет системе измерять скорость и направление ветра на разных высотах в нижнем слое атмосферы. Используя профили ветра, можно вычислять и отображать информацию о сдвиге ветра на экране дисплея. До недавнего времени эта система имела ограниченные возможности, поскольку ее работа в условиях окружающего шума (например, в аэропортах) и при интенсивности дождя, превышающей установленные пределы, могла ухудшаться. До некоторой степени эти ограничения все еще остаются в силе, но пороговые значения, при которых они начинают влиять на эффективность работы системы, существенно увеличены. Время интеграции данных системой СОДАР до сих пор колебалось в пределах от 10 до 20 мин, что представляет слишком продолжительный период для своевременного предупреждения о конвективном сдвиге ветра. Ожидается, что последние изыскания позволят сократить это время до менее пяти минут. Кроме того, использование трехосной системы СОДАР сделало возможным измерение вертикальной составляющей ветра. Существующее оборудование СОДАР позволяет зондировать атмосферу только непосредственно над точкой наблюдения, хотя в настоящее время ведутся разработки для обеспечения возможности направлять звуковой луч СОДАР под определенным углом, и в случае успеха это может позволить осуществлять непрерывное слежение за всеми тремя составляющими профиля ветра на аэродромах вдоль траекторий начального набора высоты и захода на посадку. Это оборудование особенно приемлемо для наблюдения действующего на широкой площади и имеющего устойчивый характер сдвига ветра, который, например, имеет место при связанных с сильными температурными инверсиями струйных течениях на малых высотах. Система СОДАР эксплуатируется на аэродромах в ряде районов мира, включая Гонконг (Китай), Данию, Канаду, Францию и Швецию. 1.2.2 Воздушное обнаружение СВ Воздушное обнаружение о присутствии сдвига ветра можно узнать по показаниям таких приборов, как указатель воздушной скорости, вариометр и высотомер, которые устанавливаются на борту всех воздушных судов. А на воздушных судах, оборудованных указанными ниже приборами, – также можно определить по показаниям авиагоризонта, планового индикатора обстановки системы предупреждения о близости земли (указывающем на чрезмерную вертикальную скорость снижения, указывается на потерю высоты после взлета и на полет ниже глиссады) , по срабатыванию системы предупреждения о сваливании (показателем этого является тряска ручки управления), по считыванию данных о путевой скорости, скорости и направления ветра в инерциальной навигационной системе (ИНС).
1.3.1Роль Система оповещения о сдвиге ветра на малых высотах (LLWAS) Система LLWAS была разработана и внедрена после ряда авиационных происшествий, имевших место в середине 70-х гг., и впоследствии установлена на более чем 100 аэродромах Соединенных Штатов Америки. Вначале она предназначалась для обнаружения фронтов порывов при пересечении ими периметра аэродрома, и в этом отношении система функционировала достаточно удовлетворительно, хотя были проблемы с уровнем ложных сигналов тревоги (избыточное число предупреждений). Однако в процессе дальнейших исследований сдвига ветра на малых высотах, связанного с конвективными облаками, стало очевидным, что фронты порывов представляют лишь часть проблемы: главной проблемой являются скорее предвестники фронта порывов, образующиеся над поверхностью земли, т. е. нисходящие порывы и микропорывы, нежели сам фронт. [6] В этом отношении система LLWAS имеет ограниченные возможности, поскольку может обнаруживать горизонтальный сдвиг ветра только на уровне земли, что мешает обнаружению сдвига ветра вдоль посадочной глиссады или траектории взлета. При первоначальной разрешающей способности системы в пространстве и времени микропорывы могут иметь место между двумя датчиками периметра, не затрагивая ни один из них. Для решения этих проблем в систему LLWAS были внесены три крупных усовершенствования, которые значительно повысили ее эксплуатационную эффективность, снизили частоту ложных сигналов тревоги и упростили ее техническое обслуживание. Повышение эффективности наблюдения было в основном достигнуто за счет расширения зоны действия системы до 5,5 км (3 м. мили) вокруг таких критических участков, как зоны подхода к ВПП и коридоры взлета, а также обеспечения улучшенных возможностей для обнаружения микропорывов. Расширение зоны действия автоматически означало увеличение числа датчиков с первоначальных пяти вплоть до 32 в международном аэропорту Денвера. Для более эффективного обнаружения микропорывов потребовалась разработка нового алгоритма, с помощью которого рассчитывается дивергенция в треугольниках, образованных тремя датчиками, и на гранях треугольника между этими датчиками. На основе полученных результатов определяются составляющие ветра вдоль направлений ВПП и рассчитываются данные усиления/ослабления встречного/попутного ветра. Расчет типов дивергенций во всей системе позволил обнаруживать положительную дивергенцию, создаваемую микропорывами при достижении ими уровня земли, и отрицательную дивергенцию (конвергенцию) вдоль и впереди фронтов порывов, пересекающих аэродром. Эта информация преобразуется в предупреждения о сдвиге ветра, передаваемые пилотам. Пилота не интересует сама дивергенция, поэтому предупреждения от диспетчера содержат расчетные данные об усилении/ослаблении встречного ветра. Такие сдвиги рассчитываются для 4-х километрового участка траектории полета при ослаблении встречного ветра более чем на 30 км/ч (15 уз), но не более чем на 60 км/ч (30 уз), и указываются как “сдвиг ветра с ослаблением”. Ослабление встречного ветра более чем на 60 км/ч (30 уз) на участке в 4 км указывается как микропорыв. Сдвиги на участке длиной более номинальных 4-х км считаются менее опасными, поскольку они менее внезапные. Усиление встречного ветра на 30 км/ч (15 уз) или более на участке в 4 км указываются как “сдвиг ветра с усилением”. [9] Качество выходных данных алгоритмов в основном зависит от выбранных пороговых сдвигов ветра, а также от качества данных, поступающих от датчиков. Что касается последнего аспекта, то ложные сигналы тревоги имеют здесь критически важное значение, особенно когда они приводят к выдаче предупреждения о микропорывах, что, в свою очередь, вынуждает пилота принимать важные оперативные решения. Высокий уровень ложных сигналов тревоги подрывает также доверие к данной системе со стороны пилотов и диспетчеров УВД. Вопрос о ложных сигналах тревоги является достаточно сложным и, в определенной степени, зависит от каждого конкретного аэродрома. Причинами таких сигналов могут быть порывистый ветер, неоптимальное расположение анемометра, например, в закрытом от некоторых направлений месте (что может быть известным фактом, но изменение места установки не представляется возможным), анемометры, дающие заниженные/завышенные показания, или даже неисправные, но продолжающие вводить ошибочные данные в систему. Все эти факторы тщательно отслеживаются. При усовершенствовании приходилось сталкиваться с многочисленными ограничениями, включая доступ к земельному участку, энергоснабжение, форма собственности аэродрома и т. д., и иногда идеальное местоположение оказывалось невозможным для использования. Первоначально на каждом аэродроме предполагалось установить по 5 или 6 анемометров однако в последней программе по улучшению сети LLWAS предусмотрено увеличить их число, чтобы охватить зону в 5,5 км (3 м.мили) за пределами ВПП, что представляет собой крупномасштабную задачу в сфере планирования. Помимо установки дополнительных анемометров эта программа включает проведение анализа местоположения и высоты анемометров из числа тех, которые были установлены на более раннем этапе, и, при необходимости, изменение места их установки или подъем на большую высоту. Согласно оценкам усовершенствование сети LLWAS на всех соответствующих аэродромах потребует изменения местоположения, замены или дополнительной установки 200 мачт с анемометрами. Указанные усовершенствования не ограничатся лишь вопросами размещения или установки дополнительного числа анемометров. Как упоминалось выше, привычные анемометры с мельничкой будут заменены новыми техническими средствами, такими, как акустические анемометры. Будучи стационарными приборами, эти новые датчики более надежны и удобнее в техническом обслуживании. Отображение выходных данных в диспетчерских УВД также совершенствуется до уровня терминальных дисплеев с ленточной индикацией данных, что позволяет вместо прежних оповещений по секторам обеспечить оповещения о сдвиге ветра и микропорывах (MBA). Я считаю, что данная система являлась эффективной и современной для своего времени, но даже с учетом всех усовершенствований системы LLWAS не достаточно для современного уровня полетов. А так же данная система имеет множество трудностей с ее установкой и настройкой для работы. 1.3.1 Режим S ВОРЛ и его виды Вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ) является существенным элементом большинства систем управления воздушным движением (УВД), используемым для целей наблюдения. Одним из важных этапов его модернизации стала стандартизация систем режима S в 1985 году. Режим S обеспечивает возможность передачи данных по линии связи, что необходимо для работы в авиационной сети связи (ATN). Вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ) реализует наземную концепцию наблюдения за воздушными судами, оснащенными приемоответчиками, и обеспечивает связь по линии передачи данных между наземными станциями и воздушными судами, когда и те и другие оснащены соответствующим оборудованием режима S. [7] ВОРЛ состоит из двух основных элементов: станции-запросчика ВОРЛ, обычно находящейся на земле, и бортового приемоответчика ВОРЛ. [9] Когда воздушные суда находятся в растворе луча антенны наземной станции, ее запросы вызывают ответы приемоответчиков. Система имеет четыре режима запроса/ответа: режим А, режим С, режим S и комбинированный режим (межрежимный запрос/ответ). Наземные станции являются либо станциями режима А/С, которые могут запрашивать и получать ответы только в режиме А/С, либо станциями режима S, которые могут запрашивать и получать ответы во всех режимах. Существуют два типа приемоответчиков: приемоответчики режима А/С, которые могут отвечать только на запросы в режимах А, С и на межрежимные запросы, а также приемоответчики режима S, которые могут предоставлять ответы во всех режимах. Использование упомянутых режимов для запросов и ответов, иллюстрируется на рис. 2 [pic 5][pic 6][pic 7] Рисунок 2. Совместимость режима А/С и режима S ВОРЛ
а) Обслуживание в режиме А/С: наблюдение по дальности и азимуту, 4096 кодов опознавания, информация о высоте; b) Обслуживание в режиме S: обслуживание в пол- ном объеме в режиме А/С, избирательный запрос, специальные услуги режима S, двухсторонняя передача данных в полном объеме, как по линии связи "вверх", так и по линии связи "вниз".
Ответы на запросы во всех режимах могут быть использованы для определения местоположения воздушного судна путем измерения дальности и азимута источника ответа. [8] Таблица 2Уровень обслуживания в зависимости от типа наземной станции и приемоответчика
На данный момент ВОРЛ обеспечивают следующие конкретные функции: Режим А. Запрос в режиме А вызывает ответ в режиме А, который обеспечивает следующее:
Режим С. Запрос в режиме С вызывает ответ в режиме С. Все приемоответчики должны отвечать на запросы в режиме С. В ответах будет содержаться закодированная информация о барометрической высоте. Источник данных о барометрической высоте будет представлять собой аналоговое или цифровое устройство, и информация о высоте представляется из этого источника нескорректированной непосредственно в приемоответчик. Цифровая информация о высоте автоматически формируется аналого-цифровым преобразователем, соединенным с бортовым источником данных о барометрической высоте, приведенных к установке стандартного давления в 1013,25 гектопаскаля. Если по какой-либо причине приемоответчик не может загружать данные для передачи сообщения о высоте, ответ будет состоять только из кадрирующих импульсов. Если имеются соответствующие средства декодирования и индикации, может быть отображена высота воздушных судов, передающих информацию о высоте; Режим S. Запросы в режиме S (линия связи "вверх") могут быть адресованы отдельному воздушному судну. Это позволяет передавать закодированную информацию приемоответчику, оснащенному для работы с линией передачи данных. Ответ в режиме S (линия связи "вниз") может содержать опознавательный индекс воздушного судна, информацию о его высоте или другие данные, в зависимости от того, что запрашивается наземной станцией, и от оснащенности воздушного судна. Защита запросов и ответов в режиме S обеспечивается с помощью распознающей схемы обнаружения/исправления ошибок, которая придает передаваемой информации высокий уровень надежности. Приемоответчики режима S могут передавать данные о барометрической высоте через приращения в 100 или 25 фут. Кодирующие устройства данных о барометрической высоте будут выдавать высоту, по крайней мере, через приращения в 100 фут. Однако возможности наземных и бортовых систем наблюдения значительно улучшаются, если данные о барометрической высоте передаются через приращения в 25 фут. Большинство источников барометрической высоты могут выдавать данные через приращения в 25 фут или менее. В этой связи такие источники данных о высоте следует использовать, по крайней мере, при установке нового оборудования. Однако применение источника данных о барометрической высоте с шагом квантования более 25 фут, соединенного с приемоответчиком, использующим форматы для приращений в 25 фут, усугубит ситуацию. Сообщения о высоте не должны передаваться через приращения в 25 фут, если источник барометрической высоты не может обеспечить квантование с шагом 25 фут или менее. Если информация о барометрической высоте непосредственно поступает из источника данных о высоте в приемоответчик, то тогда этот приемоответчик будет выбирать соответствующее квантование для передачи данных о высоте. Если цифровая информация о высоте поступает через бортовую шину данных, комплект данных должен также содержать информацию о соответствующем квантовании, используемом при передаче данных о высоте; и Комбинированный режим (межрежимный запрос/ ответ). Межрежимные запросы общего вызова в режиме А или С позволяют наземной станции ре- жима S осуществлять запрос приемоответчиков ре- жимах А/С в режимах А или С; при этом приемоответчики режима S не отвечают. Запрос общего вы- зова в режиме А/С/S приводит к тому, что приемоответчики режима S направляют ответы в режиме S с указанием своих дискретных адресов режима S. Приемоответчики режима А/С направляют ответы в режимах А или С в соответствии с запросом. 2. Рекомендации по усовершенствование и предсказывание СВ В данной дипломной работе я предлагаю использовать ВОРЛ режима S, для выявления и ускорения передачи данных о таком опасном метеорологическом явление как сдвиг ветра. Так же как и первичный радиолокатор, вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ) обеспечивает получение информации кругового обзора (дальность и азимут). Информация в режиме S, может получить от приемоответчика режима S часть или всю нижеуказанную информацию:
Данный приемоответчик имеет большую вероятность обнаружения, благодаря использованию приемоответчиков зависимость уровней принимаемых сигналов от дальности определяется как 1/, а не 1/, как у первичного радиолокатора. Поэтому система ВОРЛ способна достичь высокой вероятности обнаружения (например, свыше 95%) даже на большой дальности с использованием передатчиков относительно небольшой мощности и простых приемников. Возможности работы на большой дальности определяются характеристиками запросчика/приемника наземной станции и приемоответчика, а не размером или формой воздушного судна. Использование в ВОРЛ разных частот для запроса и ответа исключает появление ложных целей, возникающих в системах первичного радиолокатора в результате переотражений от рельефа, отражений от метеообразований и из-за "призраков". Передача ответов на боковых лепестках предотвращается с помощью схемы подавления боковых лепестков (SLS) в приемоответчиках. Дополнительная защита может быть обеспечена подавлением боковых лепестков в приемнике (RSLS) в наземной системе. Запросы и ответы, получаемые через переотражатели, могут вызывать появление ложных целей в системах ВОРЛ режима A/C. Для сведения данной проблемы к минимуму может быть использован ряд методов. При полном обеспечении режима S ВОРЛ не должно быть устойчивых ложных целей. Это связано с тем, что избирательный запрос будет передаваться только тогда, когда воздушное судно находится в направленном луче, и не будет передаваться в том случае, когда воздушное судно находится в отраженном луче антенны.[pic 8][pic 9] 2.1 Основные предложения по совершенствованию обнаружение СВ, с помощью Режима S ВОРЛ Режим S обеспечивает селективное адресование воздушных судов однозначно идентифицирующее каждое воздушное судно, и двусторонней линии передачи данных для обмена информацией между наземной станцией и воздушным судном. Линия передачи данных режима S позволяет получать с борта воздушного судна дополнительную информацию, включая данные о воздушной скорости, курсе, наземной скорости, путевом угле, скорости изменения путевого угла, вертикальной скорости и угле крена. Такие данные с борта воздушного судна можно использовать для улучшения функции слежения за воздушным судном и уменьшения объема радиосвязи для получения данных. Наблюдение играет важную роль в системе воздушных перевозок. От способности точно определять, отслеживать и обновлять информацию о местоположении воздушных судов прямо зависит минимальное расстояние, которое должно выдерживаться между воздушными судами (т. е. нормы эшелонирования), и следовательно, эффективность использования участка воздушного пространства. А также по определенным характеристикам и с помощью определенных приборов можно определять метеорологические данные, которые могут помочь в выявление опасных метеорологических явлений. На данный момент режим S имеет конструкцию линий обеспечивающую передачу сообщений в виде "земля – воздух", "воздух – воздух", "воздух – земля" и наземные передачи. Сообщения "земля – воздух" могут включать информацию общего характера, например статус служб УВД на конкретном аэродроме или сводка опасных метеорологических условий. Сообщения "воздух – земля" могут быть инициированы бортовой или наземной станцией. Передача инициируемого наземной станцией сообщения обеспечивает эффективное считывание технической информации с борта воздушного судна. Режим S также включает ряд уникальных возможностей линии передачи данных, которые называются услугами режима S. К примеру, радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение (ADS-B), ADS-B представляет собой радиовещательную передачу с борта воздушного судна данных о его местоположении (широте и долготе), абсолютной высоте, скорости, опознавательном индексе и другой информации, полученной от бортовых систем. Каждое сообщение о местоположении ADS-B включает указание на качество данных, позволяющее пользователям определить, обеспечивает ли качество информации поддержку предполагаемой функции. Поскольку сообщения ADS-B передаются в радиовещательном режиме, их может получать и обрабатывать любой подходящий приемник. Поэтому функция ADS-B поддерживает как наземные, так и бортовые виды применения наблюдения. Для авиационного наблюдения устанавливаются наземные станции, предназначенные для получения и обработки сообщений ADS-B. При бортовом применении воздушные суда, оборудованные приемниками ADS-B, могут обрабатывать сообщения от других воздушных судов для определения воздушной обстановки. Разрабатываются другие, более совершенные средства ASA(ASA бортовая функция наблюдения), которые, как ожидается, окажут серьезное влияние на формы организации воздушного движения. На рис. 3 приведена блок-схема ADS-B. [8] | |||||||||||||||
[pic 10][pic 11][pic 12] [pic 13][pic 14][pic 15][pic 16] [pic 17] Рис. 3. ADS-BКак я понял, средства 1090 ES разрабатывались в качестве составной части системы режима S. Стандартная длина самогенерируемого сигнала режима S, передаваемого с целью обнаружения, составляет 56 бит. Сигнал 1090 МГц ES содержит дополнительный 56-битный блок данных с информацией ADS-B. Длительность каждого сообщения ES составляет 120 мкс (8 мкс преамбулы и 12 мкс данных). Сигналы передаются на частоте 1090 МГц при скорости передачи данных 1 Мбит/с. Информация ADS-B передается в виде отдельных сообщений, каждое из которых содержит соответствующий набор данных (например, местоположение и барометрическая высота воздушного судна, местоположение на поверхности, скорость, опознавательный индекс и тип воздушного судна, данные об аварийной обстановке, метеоусловия). Данные о местоположении и скорости передаются два раза в секунду. Опознавательный индекс воздушного судна передается каждые 5 с. Передача сообщений ES средствами ADS-B является функцией многих приемоответчиков режима S, хотя эту технологию могут также использовать и приемоответчики, не относящиеся к режиму S. 2.2 Мероприятия по разработке эффективной системы оповещения об СВ Режим S обеспечивает селективное адресование воздушных судов за счет использования 24-битнного адреса, однозначно идентифицирующее каждое воздушное судно, и двусторонней линии передачи данных для обмена информацией между наземной станцией и воздушным судном. Линия передачи данных режима S а именно, радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение (ADS-B) позволяет получать с борта воздушного судна дополнительную информацию, включая данные о воздушной скорости, курсе, наземной скорости, путевом угле, скорости изменения путевого угла, вертикальной скорости и угле крена. Такие данные с борта воздушного судна можно использовать для улучшения функции слежения за метеоялениями и для получения данных. Представим, если все средства направленные на обнаружения такого опасного метеоявления как сдвиг ветра. [8] То, данные о воздушной скорости ВС, наземной скорости, скорости изменения путевого угла и вертикальной скорости. Поступаемся с помощью вторичного обзорного радиолокатора в режиме S можно использовать для вычислений и, в последствии для выявления данного метеорологического явления. Интенсивность сдвига рассчитывается путем деления величины разности между векторами в двух точках на расстояние между ними с использованием одних и тех же единиц измерения. Расчет сдвига может быть выполнен графически с использованием треугольника скоростей или путем вычитания составляющих двух векторов ветра вручную, при помощи ЭВМ или с помощью тригонометрических методов. Рассмотрим, например, ветер 1V a 240о/60 км/ч (30 уз) в точке A на высоте 300 м (1000 фут) над уровнем земли (AGL) изменяющийся на V 220о/20 км/ч (10 уз) в точке B на высоте 150 м (500фут) AGL. На рис. 4 a) и b) вектор сдвига ветра вычисляется графически путем вычитания двух векторов ветра ( 2 V – 1 V ) или ( 1 V – 2 V ); показано также его соотношение с "результирующим" вектором ветра, который получается от сложения двух векторов ветра ( 1 V + 2 V ). Результант может действовать только в одном направлении, потому что ( 1 V + 2 V ) = ( 2 V + 1 V ), но разность векторов может действовать в одном из двух противоположных направлений (с одной и той же скоростью) в зависимости от того, какой из векторов вычитается (другими словами, в зависимости от того, в какую сторону движется наблюдатель: от точки А к точке В или от точки В к точке А). Это объясняется тем, что ( 2 V – 1 V ) ≠( 1 V – 2 V ), за исключением ординарного случая, когда 1 V = 2 V , то есть когда сдвига нет. [6] [pic 18] Рис. 4 Расчет сдвига ветра Таким образом, благодаря данным расчетам мы имеем возможность узнать об опасном метеоявлении и заблаговременно предотвратить попадание ВС в опасную область сдвига ветра. Заключение В заключение работы необходимо сделать следующие выводы. Сдвиг ветра существовал всегда, хотя мы его не всегда замечали. После целого ряда авиационных происшествий с человеческими жертвами его потенциально смертельный характер стал более очевидным. Статистические данные показывают, что с 1964 по 1983 г. a в качестве причины, по меньшей мере 28 авиационных происшествий/ инцидентов с тяжелыми транспортными воздушными судами, в результате которых в общей сложности погибло свыше 500 и было ранено 200 человек, приводился сдвиг ветра на малых высотах. Сдвиг ветра наблюдается преимущественно в ночное время и при интенсивной грозовой активности, ветра – шторм или шквал, вызывая значительную турбулентность, а иногда обледенение и град. Наиболее опасная форма сдвига ветра – шторм или шквал, образующийся главным образом в результате взаимодействия с поверхностью земли и бокового растекания мощного нисходящего ветрового потока. А так как главной задачей, перед гражданской авиацией, является обеспечение безопасности и регулярности полетов. В этом плане в последнее время актуальной стала задача обеспечения безопасности полетов в условиях сдвига ветра, что является метеорологическим явлением, отнесенного к категории опасных внешних воздействий в виду ряда катастроф, причиной которых признано исключительно это явление СВ. [3] При попадание ВС в зону сдвига ветра диспетчер УВД можем наблюдать изменения его летных показателей, к примеру :
Дабы избежать такого инцидента а еще хуже происшествия при развитии событий целесообразно использовать ВОРЛ режима S, для выявления и ускорения передачи данных о таком опасном метеорологическом явление как сдвиг ветра. И таким образом можно понять что данный способ обнаружения СВ является эффективнее и гораздо экономичнее по сравнению с нынешними способами обнаружения данного метеоявления. При расширении возможностей обнаружения в области метеорологии режима S и оснащение дополнительным оборудованием в виде определенной вычислительной машины которая запрограммирована на расчет данных получаемых с борта ВС с помощью режима S, в последствие выявляют наличие СВ. И затем, имеющаяся информацию о наличии СВ может повысить эффективность работы диспетчера УВД для предоставления более безопасного ОВД. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
| |||||||||||||||
...