Доклад № 11

КОМПЛЕСНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ
СИСТЕМА СБОРА И ДОВЕДЕНИЯ ДО
АВИАЦИОННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
ИНФОРМАЦИИ О МОНИТОРИНГЕ
СИГНАЛОВ GNSS (КАС СиДИМ).
1
1.Постановка задачи.
1.1.Современный уровень спутниковых технологий
в практике самолетовождения создает
информационную основу существенного повышения
безопасности и эффективности применения
воздушного транспорта.
Навигационные решения, полученные по данным
(GNSS) и функциональных дополнений (GBAS),
обеспечивают выполнение требуемых
навигационных характеристик (RNP), установленных
ICAO для всех этапов полета: 3-D/4D-навигацию,
RNAV, PRNAV, SID, STAR, неточный (NPA) и точный
заход на посадку (включая CAT I,II,III ICAO)).
Бортовое оборудование спутниковой навигации
(БОСН) и бортовые спутниковые системы посадки,
удовлетворяющие требованиям RNP, должны
рассматриваться как основное средство
самолетовождения и посадки.
2
1.2
Виды мониторинга GNSS
Общие основные требования к функциям и
характеристикам GNSS, БОСН и GBAS
определены в документах SARPs ICAO, где
предусмотрена функция мониторинга
состояния GNSS и GBAS и функция
доведение результатов мониторинга до
конечных пользователей (Приложение 10
ICAO, том 1, Добавление D, п.9.1.3,
Приложение 15, п.8.1, Doc 8071 ICAO
п.1.4.5.3).
3
ВИДЫ ЛОКАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА GNSS
Внешний
мониторинг
GNSS
ГЛОНАСС
GPS
Внутренний
мониторинг
НКА
Мониторинг
в мобильных
средствах
(МЛКС)
Мониторинг в
функциональных
дополнениях
Мониторинг
по докладам
экипажей ВС.
Мониторинг в
авиационных
локальных
функциональных
дополнениях
(GBAS – ЛККС, ЛКС).
ГЛОБАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ GNSS ДЛЯ
АВИАЦИОННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
КАС СиДИМ
Функция мониторинга качества спутникового
навигационного сигнала и отображения результатов
мониторинга, реализованная в ЛККС-А-2000
разработки ООО «НППФ Спектр», была
сертифицирована Межгосударственным
Авиационным Комитетом с выдачей дополнения №2
от 22.12.2008 года.
4
5
1.4.Обоснование необходимости создания
глобальной системы мониторинга и
оповещения авиационных пользователей.
1.4.1.Все рассмотренные виды мониторинга
направлены на оценку состояния навигационных
спутников и параметров их положения.
Выходная информация этих видов мониторинга
не учитывает требований авиационных
потребителей спутниковых данных,
заинтересованных в получении качественных
навигационных решений.
Пользователь, обладающий высокоточным
инструментом, должен также иметь,
подтверждение возможности контролируемого
применения этого инструмента.
6
1.4.2. В функциональных дополнениях GBAS в
качестве одной из основных функций
предусмотрена функция мониторинга качества
радионавигационного сигнала наблюдаемых
навигационных спутников, которая служит
основой для принятия решения о возможности
или запрете выполнения конкретной типовой
полетной операции с применением данных
навигационных спутников и функциональных
дополнений как в реальном времени, так и на
прогнозном временном интервале.
7
1.4.3. Основные виды мониторинга, в том числе
выполняемые наземными функциональными
дополнениями (GBAS), являются или
неполными, или относятся к локальным зонам.
Этого не достаточно для авиационных
пользователей, обеспечивающих и
осуществляющих применение ВС различных
типов в глобальном воздушном пространстве.
8
1.4.4.В целях обеспечения авиационных
пользователей данными о состоянии
навигационных спутниковых группировок
ГЛОНАСС и GPS и функциональных
дополнений и формирования проектов NOTAM
ГЛОНАСС, NOTAM GPS по России было
принято решение о разработке комплексной
автоматизированной системы сбора и доведения
до авиационных пользователей в воздушном
пространстве Российской Федерации
информации о состоянии орбитальных
группировок глобальной навигационной
спутниковой системы и средств функциональных
дополнений (КАС СиДИМ),которая должна
рассматриваться как основной отечественный
источник информации, связанной с
использованием спутниковых технологий для
самолетовождения.
9
2. Назначение, задачи и область применения
КАС СиДИМ
Мониторинг состояния орбитальных
группировок GNSS или контроль качества
навигационных радиосигналов спутников как
базис для принятия решения о допустимости или
запрете использования данных навигационного
решения, полученного на базе информации от
навигационных спутников и функциональных
дополнений, для выполнения конкретной типовой
полетной операции в контролируемом регионе.
Нормативные требования к характеристикам
сигналов в пространстве, которые установлены
действующим нормативным документом ICAO «Стандарты и рекомендуемая практика
(SARPS)» Приложение 10 ICAO, том 1,
Добавление D, п.9.1.3, Приложение 15, п.8.1 и Doc
8071 ICAO п.1.4.5.3).
10
-Мониторинг состояния функциональных
дополнений, под которым подразумевается
контроль целостности линии передачи данных
«система мониторинга – пользователь» и
целостности передаваемых по этой линии
данных, а также автоматический контроль
работоспособности аппаратных и программных
средств КАС СиДИМ.
11
2.2.1.2.Решение этих задач базируется на
выполнении следующих функций:
- сбор, регистрация, обработка и хранение
информации о состоянии радионавигационных
полей глобальных спутниковых навигационных
систем ГЛОНАСС и GРS над территорией РФ;
-
контроль
целостности
спутниковых
навигационных сигналов рабочих созвездий в
районах установки локальных контрольных
станций
(ЛКС),
контрольных
мобильных
станций
(МЛКС),
локальных
локальных
контрольно-корректирующих станций (ЛККС);
-формирование
информации
о
текущей
и
состоянии
прогнозной
радиосигналов
орбитальных группировок ГЛОНАСС и GPS в
зонах
мониторинга
допустимости
и
использования
определение
спутниковой
12
информации
операций
для
выполнения
воздушным
типовых
судном
как
при
автономном, так и при дифференциальном
режиме работы бортового оборудования СНС;
- передача сформированной информации на
средства отображения операторов служб ОВД
для принятия решения о возможности/запрете
выполнения
операции
воздушными
с
судами
использованием
типовой
спутниковой
информации, а также в службу АТИС и в виде
проектов
NOTAM
спутниковых
администрацию
(NOTAM
систем)
для
NOTAM
глобальных
передачи
по
в
выделенным
каналам связи и другим потребителям;
-контроль
целостности,
точности,
непрерывности и готовности навигационных
определений по спутниковым группировкам
ГЛОНАСС+GPS и GPS в
соответствии
с
требованиями ICAO в зоне действия ЛКС;
13
- формирование прогнозной информации на
заданном
интервале
времени
с
учетом
полученной в реальном времени информации и
данных NANU, NAGU, NOTAM о допустимости
использования спутниковой информации для
выполнения типовых операций воздушными
судами
как
при
автономном,
так
и
при
дифференциальном режиме работы бортового
оборудования СНС;
- сбор информации об аномалиях и помехах в
сигналах ГЛОНАСС и GPS, полученной по
результатам
оперативного
мониторинга
сигналов глобальной спутниковой системы и
донесений экипажей;
- отображение на удаленных консолях и/или
мониторах
диспетчеров
ОВД
текущей
и
прогнозной информации о текущем состоянии
группировок ГЛОНАСС и GPS и информации о
допустимости выполнения типовых операций
14
воздушным судном с использованием данных
спутниковых систем в зоне действия ЛКС как
при автономном, так и при дифференциальном
режиме работы бортового оборудования СНС;
- выдача запрета на выполнение типовой
операции
по
информации
спутниковых
навигационных систем при несоответствии, по
данным оперативного мониторинга, качества
сигналов группировок ГЛОНАСС+GPS или
только
GPS
уровню,
обеспечения
необходимому
требуемых
для
навигационных
характеристик;
- формирование проекта NOTAM в случае
невозможности
выполнения
требований
к
характеристикам типовой операции, в том числе
в
связи
с
отрицательными
результатами
оперативного мониторинга и недопустимыми
аномалиями и помехами в сигналах ГЛОНАСС и
GPS
как
при
автономном,
так
и
при
15
дифференциальном режимах работы аппаратуры
потребителей,
формирование
и
выдачу
информации службам АТИС;
- проведение апостериорного анализа состояния
сигналов
орбитальных
группировок
и
радионавигационных полей ГЛОНАСС и GPS по
зарегистрированным результатам оперативного
мониторинга;
- регистрация и хранение входных и выходных
данных в соответствии с требованиями ИКАО к
GBAS
(номера
спутников,
отношение
сигнал/шум по каждому из спутников рабочего
созвездия, «сырая» информация и др.);
данных,
-отображение
СиДИМ
и
составляющими,
формируемых
её
в
функциональными
том
техническом
состоянии
аппаратуры
системы,
КАС
числе
данных
о
и
режимах
работы
на
рабочих
местах
инженеров ЭРТОС.
16
-обеспечение
доступа
зарегистрированных
пользователей к данным реального времени и к
информации базы КАС СиДИМ.
17
2.3.1.GNSS предоставляет информационное
обеспечение глобального характера,
охватывающее воздушное пространство всей
Земли. Авиационных пользователей,
выполняющих полеты по всему миру,
интересует как глобальная информация,
необходимая для организации полетов, так и
локальная, необходимая каждому конкретному
воздушному судну в процессе выполнения
полетной процедуры с учетом его
местонахождения. Поэтому система сбора и
распространения информации мониторинга за
состоянием орбитальных группировок и
функциональных дополнений должна
охватывать глобальное воздушное пространство.
18
2.3.2.Областью применения системы КАС
СиДИМ (по определению) должна быть
территория, охватывающая регионы
управляемого воздушного пространства России, в
которых требуется информационная поддержка
операций воздушных судов, выполняемых с
использованием спутниковой навигационной
информации и данных от функциональных
дополнений.
19
2.3.3. Архитектура КАС СиДИМ должна
базируется на принципах комплексного
использования сети локальных контрольнокорректирующих стаций (ЛККС), размещаемых
на аэродромах с целью обеспечения точных
заходов на посадку и категорированной посадки с
использованием дифференциальных данных и
данных мониторинга, и локальных контрольных
станций (ЛКС), дополняющих аэродромные
ЛККС с целью обеспечения заданного
перекрытия,
которые совместно с Главным
центром мониторинга должны обеспечивать
информационное перекрытие заданных областей
как управляемого воздушного пространства
(аэродромные зоны, авиатрассы и авиалинии,
районы регулярного применения авиации
специального назначения), так и неуправляемого
воздушного пространства.
20
2.3.7.В основу идеологии обеспечения сплошного
поля перекрытия территории РФ станциями
мониторинга GNSS положены следующие
основные принципы:
I.
Приоритеты оснащения:
- международные аэродромы,
- международные воздушные трассы,
- местные аэропорты,
- местные воздушные линии.
Установка станций мониторинга ЛКС/ЛККС
должна быть осуществлена в первую очередь в
международных аэропортах для одновременного
обеспечения функции мониторинга и регистрации
сигналов GNSS в аэродромной зоне и выполнения
неточного захода на посадку (NPA).
Во вторую очередь – в региональных
аэропортах одновременного обеспечения функции
мониторинга и регистрации сигналов GNSS в
21
аэродромной зоне и выполнения неточного захода
на посадку (NPA).
В третью очередь – в точках стояния трассовых
маяков и необорудованных точках трасс для
обеспечения целостности GNSS при выполнении
полетов по трассам .
II. Радиус зоны обслуживания ЛКС
III. Сплошное
перекрытие
зон
аэродрома;
международных воздушных трасс; местных
воздушных линий.
22
3.Техническая реализация.
3.1. КАС СиДИМ является программноаппаратным комплексом, в состав которого для
выполнения требований по назначению и
конкретных функциональных требований входят
следующие функционально - законченные
подсистемы:
-
Главный центр КАС СиДИМ (ГЦ КАС
СиДИМ);
- Центр коммутации и хранения КАС СиДИМ
(ЦКХ КАС СиДИМ)
- ЛКС;
-
автоматизированные
рабочие
места
диспетчеров ОВД и сменного инженера ЭРТОС
(КАРМ КАС СиДИМ);
- МЛКС,
- линии связи подсистем и коммутационносвязное оборудование.
23
24
25
26
Пример NOTAM: Допустимость операций
автономного режима
Сообщения о допустимости операций автономного
режима предназначены для ВС,выполняющих
навигацию по трассе, в зоне аэропорта, а также
неточный заход на посадку (NPA) без /или
использованием использования функциональных
дополнений.Сообщение формируется по данным,
локальныхстанцией, установленных в конкретной
зоне обслуживания. При обнаружении
невозможности выполнения одной из операций в
течение 15 минут, формируется NOTAM вида
C003/09 NOTAMN
Q)UWWW/QINAU/I/BO/A/000/999/5330E05008E050
A)UWWW
B)0906292047 C)0906300000 EST
E)GNSS NPA UNAVBL
06292047 TIL UFN
27
28
29
4.Результаты исследований и макетных
разработок и испытаний.
4.1. В процессе создания макетного образца КАС
СиДИМ были разработаны:
 Технические требования на постобработку
информации
мониторинга,
формируемой
ЛКС, МЛКС, ЛККС.
 Принципы
и
техническая
реализация
процесса сбора, регистрации, хранения и
постобработки
информации
мониторинга,
формируемой ЛКС, МЛКС, ЛККС.
 Методология
постобработки
информации
мониторинга, формируемой ЛКС, МЛКС,
ЛККС
с
целью
получения
обобщенных
данных мониторинга состояния спутниковых
группировок GNSS и формируемых ими
радионавигационных сигналов в функции
времени и места.
30
 Методология
постобработки
информации
мониторинга, формируемой ЛКС, МЛКС,
ЛККС с целью получения оценки качества
прогнозирования путем сравнения данных
прогноза
с
фактическими
(зарегистрированными)
показателями
функции времени и места.
 Форматы отображения данных мониторинга
реального времени и обобщенных данных
постобработки в функции времени и места.
По
результатам
испытаний
макетного
образца КАС СиДИМ были:
 Уточненены и отработаны состав и форматы
отображаемой информации диспетчерскому и
инженерно–техническому составу аэропортов,
авиакомпаний и авиационных пользователей,
эргономическая оценка средств отображения
информации.
31
 Проведена
регистрация
параметров
мониторинга на продолжительном интервале
времени и выполнена их статистическая
обработка.
32
Форматы
реального
отображения
времени
и
данных
мониторинга
обобщенных
данных
постобработки в функции времени и места.
Графическое отображение точности навигации.






Четырехбуквенный идентификатор ИКАО
аэропорта установки. Здесь и далее в ГПИ "Идентификатор ЛККС".
Номер полукомплекта станции.
Режим навигации - дифференциальный или
автономный.
Временной период. Быстрый выбор: последние
3 часа, последний час.
Временное разрешение (1 с, 15 с, 1 мин, 5 мин,
30 мин).
Предусмотреть ограничение размера ответа по
максимальному количеству возвращаемых
точек (10000).
33
34
Графическое отображение качества слежения за
спутниками.




Четырехбуквенный идентификатор ИКАО
аэропорта установки.
Номер полукомплекта станции.
Временной период. Быстрый выбор: вчера,
позавчера.
Временное разрешение фиксированное - 5 мин.
Политика применения: минимум угла
возвышения, минимум соотношения сигналшум.
35
36
Графическое отображение количества видимых и
забракованных спутников.




Четырехбуквенный идентификатор ИКАО
аэропорта установки.
Номер полукомплекта станции.
Временной период - выбираются одни сутки с
00:00:00 по 23:59:59. Быстрый выбор: вчера,
позавчера.
Временное разрешение фиксированное - 5 мин.
Политика применения: минимум на интервале.
37
38
Графическое отображение периодов забраковки
спутников.




Четырехбуквенный идентификатор ИКАО
аэропорта установки.
Номер полукомплекта станции.
Временной период - выбираются одни сутки с
00:00:00 по 23:59:59. Быстрый выбор: вчера,
позавчера.
Временное разрешение фиксированное - 5 мин.
Политика применения: минимум на интервале.
39
40
Графическое
отображение
качества
прогнозирования.




Четырехбуквенный идентификатор ИКАО
аэропорта установки.
Номер полукомплекта станции.
Временной период - выбираются одни сутки с
00:00:00 по 23:59:59. Быстрый выбор: вчера,
позавчера.
Временное разрешение фиксированное - 20
мин. Политика применения: минимум на
интервале.
41
42
Основной экран консоли мониторинга из состава
КАРМ КАС СиДИМ.
На экране отображаются:
 Заголовок "Мониторинг автономного режима
GNSS"
 Количество видимых спутников GNSS.
 Количество видимых спутников GPS.
 Табло "Трасса"
 Табло "Терминал"
 Табло "NPA"
 Табло "APV-I"
 Табло "APV-II"
 Прогнозные табло от "+1 час" до "+8 часов".
Цвет отображения числа спутников:
 Зеленый, если спутников больше или равно 7.
 Желтый, если спутников больше или равно 5.
 Красный, если спутников меньше 5.
Цвет табло:
 Зеленый, если навигационная операция
доступна.
 Красный, если навигационная операция не
доступна.
43
44
Экран «доклады экипажей» консоли мониторинга
из состава КАРМ КАС СиДИМ.
На экране отображается поле для ввода докладов
экипажей и кнопки «Послать» и «Очистить».
Кнопка «Послать» используется для публикации
текущего текста докладов в ГЦ КАС СиДИМ.
Кнопка «Очистить» используется для сброса
текста докладов в ГЦ.
45
46
Основной экран АРМ сменного инженера ГЦ и
ЦКХ КАС СиДИМ.
47
Общий вид сети станций приложения доступа к
данным реального времени.
Представляет собой карту России, с нанесенным
на ней интерактивными маркерами точек
установки станций. При этом



Маркер отображается:
o Темно-зеленой точкой, если данные со
станции и диагностика станции
нормальная (активная станция).
o Красной точкой, если станция
диагностирует отказ.
o Серой точкой, если данные недоступны.
Вокруг маркера активной станции должна
отображаться полупрозрачная зона видимости
радиусом 400 километров.
На панели информации отображается:
o Идентификатор станции
o Аэропорт установки
o Город установки
o Метка времени последнего обновления
информации
o Параметры HDOP, VDOP, TDOP
o Текущая точность навигации автономного
режима. Активация открывает панель
"Мишень" (автономный режим).
48
o
o
o
Текущая точность дифференциального
режима. Активация открывает панель
"Мишень" (дифференциальный режим).
Списки видимых спутников с меткой
"норма". Активация открывает панель
"Детализация данных спутника".
Кнопка, открывающая панель "Проекция
неба".
Пользователь не должен иметь возможность
отличать выключенную станцию, станцию в
отказном состоянии и ситуации потери связи.
Для неактивной станции на панели информации
отображается надпись "нет данных"
49
Общий вид
50
Зона действия станции в Хабаровске
51
Детализация по станции в Остафьево
52
Панель "Мишень"
Панель предназначена для графического
отображения текущей точности навигации в
заданном режиме.
Входными данными для отображения являются:




Отклонения точных координат от
вычисленных:
o По широте dB.
o По долготе dL.
o По высоте dH.
Доступность спутниковой навигации для
операций:
o На трассе.
o Терминал.
o Неточный заход (NPA).
o Неточный заход с вертикальным
наведением (APV-I).
o Неточный заход с вертикальным
наведением (APV-II).
o Точный заход по категории I (CAT-I).
o Точный заход по категории II (CAT-II).
o Точный заход по категории III (CAT-III).
Предельные отклонения в плоскости,
допустимые для всех операций.
Предельные отклонения по высоте,
допустимые для операций:
53
o
o
o
o
o
Неточный заход с вертикальным
наведением (APV-I).
Неточный заход с вертикальным
наведением (APV-II).
Точный заход по категории I (CAT-I).
Точный заход по категории II (CAT-II).
Точный заход по категории III (CAT-III).
Возможные состояния доступности операции:
Состояние
Доступна
Доступна с
предупреждением
Недоступна
Запрещена
Цветовой код
Зеленый
Желтый
Красный
Отсутствует (объект не
отображается)
54
Панель состоит из следующих элементов:


Зона отображения точности в плане:
o Маркер точки (0, 0), соответствующий
абсолютной точности.
o Маркер текущей точности - точка (dB, dH).
o Концентрические окружности с радиусом,
заданным предельным значением точности
каждой незапрещенной операции.
Окружности помечаются названием
операции. Если две окружности совпадают,
то отображается одна, помеченная
названием более точной операции.
Зона отображения точности по высоте:
o Маркер точки 0, соответствующая
абсолютной точности.
o Маркер текущей точности - точка dL.
o Маркеры с абсолютным отклонением от
точки 0, заданным предельным значением
точности каждой незапрещенной операции,
по два маркера на операцию, один для
предельного положительного отклонения,
и один для отрицательного Маркеры
помечаются названием операции. Если две
маркера совпадают, то отображается один,
помеченный названием более точной
операции.
55
56
Панель "Мишень" для Хабаровска
57
Экран "Глобальное здоровье спутника"
Экран предназначен для наблюдения по
глобальном масштабе за конкретным спутником.
Номер навигационного спутника



Физическая карта РФ.
Символы на карте (без зоны покрытия)
соответствуют зарегистрированным в системе
станциям ЛКС/ЛККС:
o Символ черный, если нет соединения по
станцией.
o Символ серый, если спутник не виден
станцией.
o Символ зеленый, если спутник
используется станцией в
дифференциальном режиме.
o Символ желтый, если спутник бракуется
станцией по технологической причине.
o Символ красный, если спутник бракуется
станцией по действительной причине.
Всплывающая подсказка:
o "Нет соединения", если нет соединения со
станцией.
o "Спутник не виден", если спутник не
наблюдается станцией.
o Если спутник виден:
 Угол возвышения
 Азимут
58




Сигнал/шум
Дифференциальная поправка
Ионосферная задержка
Причина забраковки или "норма"
59
Предсказание RAIM по международным аэропортам РФ и
нескольким аэропортам Европы по созвездию ГЛОНАСС.
60
61
62
63
64
5.Перспективы развития и применения.
5.1Внедрение КАС СиДИМ требует наличия сети
локальных источников данных мониторинга.
Поэтому целесообразна поэтапная стратегия в
виде двух вариантов архитектуры:
Вариант А:
Станции размещаются на аэродромах,
обеспечивая информационную поддержку
типовых операций в зоне действия VDB
передатчика (200-250 км).
Информация, сформированная опорной
станцией, должна передаваться локальным
диспетчерам ОВД по проводной или спутниковой
линии связи.
Примечание: В случае невозможности требуемого
перекрытия аэродромными ЛККС зоны
маршрутных полетов должны быть установлены
дополнительные станции ЛКС.
65
Вариант Б. Этот вариант должен быть развитием
варианта А, структура которого должна быть
дополнена Главным центром мониторинга.
Вариант Б должен обеспечивать поддержку
выполнения типовых операций на базе
комплексной обработки в аппаратуре ГЦ данных,
поступающих от всех опорных станций сети.
66
5.2.Комплексная обработка должна обеспечить
повышение точности и достоверности
навигационных определений за счет устранения
погрешностей, вносимых атмосферой и дрейфом
часов спутников в определение псевдодальностей
и скоростей их изменения с учетом условий,
существующих в конкретной географической зоне
и формирование и передачу потребителям
дифференциальных данных и данных
мониторинга, скорректированных с учетом
расположения опорной станции.
Сеть опорных станций должна перекрывать все
требуемые участки воздушного пространства.
Включение аэродромных ЛККС в сеть опорных
станций не должно влиять на их характеристики
и функции, выполняемые в обеспечение заходов
на посадку и категорированной посадки.
67
5.3.Для авиационных пользователей
информация о состояния навигационных
сигналов GNSS и о состоянии
функциональных дополнений и о способах
доведения этой информации до пользователей
на глобальном уровне в значительной степени
еще носит проблемный характер и требует
разработки и внедрения соответствующей
нормативной документации.
68