ИЗВЕСТИЯ РАН. ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, 2015, № 4, с. 132-142
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ
УДК 629.05
ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА АЭРОПОРТОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ*
© 2015 г. Д. А. Антонов, К. К. Веремеенко, М. В. Жарков, Р. Ю. Зимин, И. М. Кузнецов, А. Н. Пронькин
Москва, ФГБОУВПО "МАИ (НИУ)" Поступила в редакцию 01.12.14 г., после доработки 18.03.15 г.
Предлагается концепция построения усовершенствованной аэропортовой системы слежения за наземным транспортом и алгоритмическое обеспечение бортовой навигационной интегрированной системы. Основная цель разработки системы заключается в увеличении пропускной способности аэропорта и повышении безопасности движения транспортных средств и самолетов на его территории. Представлены структура системы, структура ее компонентов, математические модели и алгоритмы работы бортовой навигационной интегрированной системы. Приводятся результаты имитационного моделирования основных свойств системы.
БО1: 10.7868/80002338815040034
Введение. Рост интенсивности воздушного движения и как результат увеличение плотности движения на территории аэропортов требуют новых подходов к организации технического обслуживания воздушных судов (ВС) в аэропортах и к качеству информационной поддержки транспортных средств (ТС) аэропорта. Существующие системы контроля и управления движением аэропортового транспорта (SMGCS), описанные в документе Doc 9476-AN/927 ICAO, не всегда способны предоставить самолетам обслуживание, необходимое для обеспечения требуемых уровней пропускной способности и безопасности движения, в особенности при ограниченных условиях видимости, поскольку контроль движения ведется визуально, а регулирование движения обычно осуществляется посредством голосовой радиосвязи. Усовершенствованные системы SMGCS (A-SMGCS), требования к которым также сформулированы в Doc 9830-AN/452 ICAO, должны обеспечивать соответствующую пропускную способность и безопасность, принимающую во внимание определенные погодные условия и время суток, плотность транспортных потоков и схему аэродрома на основе использования возможностей передовых технических средств и высокого уровня интеграции различных технологий. Учитывая это, система, предлагаемая в статье, отличается от SMGCS тем, что может предоставить обслуживание каждому транспортному средству на территории аэропорта и в существенно более широком диапазоне погодных условий, при более высокой плотности движения на территории аэропорта и при различных схемах аэродрома.
Бортовая навигационная интегрированная система (БНИС), включенная в интегрированную аэропортовую систему управления транспортом, становится обязательной компонентой транспортных средств аэропорта при внедрении перспективных требований обеспечения безопасности на территории аэропорта. Спутниковый навигационный приемник, микромеханическая инерциальная навигационная система, одометр и/или датчик относительной скорости обычно являются главными составными частями такого бортового комплекса [1—5]. Такой набор подсистем позволяет решать задачи, стоящие перед транспортными средствами аэропорта, с необходимой точностью, непрерывностью и целостностью навигационного решения. Вместе с тем в ряде случаев целесообразно использовать дополнительные данные о местоположении, скорости, направлении движения и окружающих ТС объектах, которые могут быть получены от оптических датчиков.
Целью настоящей статьи является ознакомление с разработанной структурой и определенными особенностями интегрированной системы, включая программно-алгоритмическое обеспе-
* Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (RFMEF157414X0039).
чение БНИС и используемые для ее управления и коррекции данные оптических систем указанной структуры, а также с результатами имитационного моделирования.
1. Структура системы. Использование Advanced Surface Movement Guidance and Control System (A-SMGCS) приведет к перераспределению обязанностей, связанных с различными функциями системы. Обеспечение маршрутизации, управление и контроль будут в меньшей степени зависеть от способностей пилота или управляющих структур осуществлять визуальное наблюдение, и выполнение некоторых функций будет осуществляться автоматически. A-SMGCS обеспечивает также эффективный интерфейс функции планирования в системе управления воздушным движением (УВД).
Важное различие между функциями существующих SMGCS и предлагаемой A-SMGCS заключается в том, что новая система может обеспечить не только более точное управление и контроль движения всех транспортных средств и самолетов на аэродроме, но также может обеспечить разделительные временные интервалы между всеми движущимися объектами. Кроме того, в случае интенсивных потоков движения A-SMGCS может выполнить функции аэропортовой системы управления движением при планировании и организации движения всех самолетов и транспортных средств в рабочей зоне, включая взаимодействие с системой УВД, и является частью глобальной концепции CNS/ATM, обеспечивая идеологию полета от "точки к точке".
За основу предлагаемой системы была взята система, созданная ЗАО ПРИН при участии специалистов Московского авиационного института и развернутая в аэропорту Домодедово в 1998 г. [6, 7].
Система состоит из наземного и бортового сегментов (рис. 1). Наземный сегмент включает диспетчерский центр и радиоцентр. Бортовой сегмент включает все бортовые комплексы транспортных средств, работающих на территории аэропорта. Радиоцентр обеспечивает прием и обработку спутниковых навигационных сигналов и сигналов псевдоспутников, формирует дифференциальные поправки, обеспечивает связь всех участников движения с диспетчерами и между собой.
Каждый бортовой комплекс состоит из малогабаритной системы радиосвязи (рис. 2) и БНИС. Для поддержания необходимого уровня надежности слежения за аэропортовыми объектами требуется иметь два и более источников навигационной информации. Локатор обзора летного поля можно рассматривать как главный источник информации, но его одного в условиях современного аэропорта недостаточно. Учитывая это, в структуру бортовых навигационных комплексов включены спутниковые навигационные двухсистемные приемники ГЛОНАСС/GPS, малогабаритные микромеханические инерциальные навигационные системы, одометры (или одометри-ческие системы счисления пути (ОССП)), а в некоторых случаях — магнитный компас (МК). Кроме этого, для повышения надежности местоопределения и обеспечения безаварийности движения ТС оснащаются системами технического зрения (СТЗ), информация от которых используется как при формировании навигационного решения, так и для контроля безопасных дистанций между движущимися объектами. Наличие нескольких навигационных средств позволяет организовывать интегрированный рабочий режим комплекса, что повышает надежность и помехозащищенность бортовых навигационных комплексов, работающих в сложных условиях современного аэропорта, а также позволяет достичь определенного уровня целостности навигационного решения. Структура БНИС приведена на рис. 3. Измерения от подсистем БНИС поступают в блок первоначальной обработки и преобразования, в котором происходит их синхронизация, обработка частотными фильтрами (при необходимости), а также приведение к требуемым системам координат. После проведения начальной выставки и калибровки в блоке "Навигационный алгоритм" осуществляется комплексная обработка измерительной информации с целью получения навигационного решения, которое в свою очередь необходимо для управления ТС по командам оператора. Сформированные алгоритмом управления команды, а также навигационная информация с помощью блока выдачи и отображения информации поступают потребителям, в качестве которых выступают как оператор, так и при необходимости системы непосредственного управления ТС.
2. Программно-алгоритмическое обеспечение БНИС. Для указанной структуры БНИС был разработан функциональный алгоритм, включающий комплексную обработку навигационной информации. Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) является информационной основой БНИС, глобальная спутниковая навигационная система (ГНСС) — главной системой коррекции. В случае отсутствия сигналов ГНСС или плохого их качества в состав измерений комплекса включаются данные бортового одометра, а также для повышения точности системы в этом режиме работы используется алгоритмический тип коррекции. Он основан на
ГЛОНАС/ОР8 ф ф
ф
Аэропортовый транспорт
Радиооборудование
Сервер
Сеть передачи данных
3
Оперативная Аэронавигационная Шлюз , база данных база данных
Службы управления
- воздушным
движением
Диспетчерская служба
Аналитик
Рис. 1. Структура системы
вычислении проекций скорости на поперечную ось ТС, которая при нормальном движении ТС (без заносов и скольжения) должна быть равна нулю. Для улучшения наблюдаемости и, как следствие, улучшения качества оценивания в азимутальном канале предусмотрено использование магнитного компаса. Предполагается, что система будет применять алгоритмы комплексной обработки по гибридной схеме, включающей, в частности, и решение по жесткосвязанной структуре комплексирования инерциальных и спутниковых данных. В этой структуре оптимальный линейный фильтр Калмана (ЛФК) вырабатывает оценку вектора состояния БИНС (ошибок БИНС) на основе измерения разностей координат, проекций скоростей, псевдодальностей, их производных, углов курса от БИНС и магнитного датчика, а также разностей прогнозируемых дальностей до реперных точек (РТ) на основе навигационного решения приемника ГНСС, координат БИНС и дальностей до РТ от СТЗ. Полученные ЛФК оценки ошибок БИНС используются для ее коррекции. Структура программно-алгоритмического обеспечения БНИС представлена на рис. 4.
Рис. 2. Бортовой комплекс
Рис. 3. Структура БНИС
Соответствующие векторы выходных параметров датчиков и систем на рис. 4 содержат следующие компоненты:
Т, глбинс бинс т/бинс т/бинс бинс п бинс бинс-, Т
/бинс = [А ф К К у $ у] ;
Т, г гнсс гнсс гнсс ■ гнсс ■ гнсс ■ гнсс-, т
Ггнсс! = [Р1 Р2 ... рт Р1 Р2 •■■ рт ] ; ИЗВЕСТИЯ РАН. ТЕОРИЯ И СИС
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.