Совершенствование систем наблюдения на основе технологий АЗН-В 1090ES и Мультилатерации

1. ОАО «ВНИИРА» ЗАО «ВНИИРА-ОВД» Совершенствование систем наблюдения на основе технологий АЗН-В 1090ES и Мультилатерации

Санкт-Петeрбург
2007

2. Современные технологии наблюдения,использующие сигналы вторичной радиолокации

Неселективная вторичная радиолокация
ВРЛ, МВРЛ
Селективная вторичная радиолокация
АдВРЛ
Широковещательное зависимое наблюдение 1090 ES
Приемные станции АЗН-В 1090ES
Мультилатерация на оcнове многопозиционного приема сигналов,
излучаемых бортовыми ответчиками.
МПСН
Комбинированные системы
МВРЛ+1090ES
АдВРЛ+1090ES
МПСН+1090ES

3. Внедрение современных технологий наблюдения. Стратегия и состояние

Рекомендации ИКАО
Эволюционное совершенствование
Политика Евроконтроля
Планы FAA
Опыт стран азиатско-тихоокеанского
региона
Эффективность и стоимость
Международные стандарты

4. Международные документы, регламентирующие совершенствование систем наблюдения

1. Национальный план для систем CNS/ATM.
Инструктивный материал. Циркуляр 278-AN/164.
ИКАО, Монреаль, Канада, 2000.–174 с.
2. Руководство по требуемым навигационным
характеристикам (RNP).
Doc 9613-AN / 937, ИКАО, Второе издание 1999.

5. Документы Евроконтроля

The Surveillance strategy for ECAC.
EUROKONTROL, 18 Nov. 2005.
Study report on avionics systems for
time frame 2007, 2011 and 2020, 13
Febr. 2007
3. Cascade Programme. 1090 MHz
capacity study – Final report. July 2006

6. Требования к системам АЗН-В

MASPS RTCA/DO-242A. Стандарты на минимальные характеристики
авиационной системы для широковещательного автоматического
зависимого наблюдения (ADS-B).
MOPS RTCA/DO-260. Том 1. Стандарты на минимальные рабочие
характеристики для широковещательного автоматического
зависимого наблюдения (ADS-B) и широковещательного
обслуживания трафика (TIS-B) на основе расширенных сквиттеров
1090 МГц.
MOPS RTCA/DO-260. Том 2. Стандарты на минимальные рабочие
характеристики для широковещательного автоматического
зависимого наблюдения (ADS-B) и широковещательного
обслуживания трафика (TIS-B) на основе расширенных сквиттеров
1090 МГц, включая:
MASPS RTCA/DO-286 Стандарты на минимальные характеристики
авиационной системы для службы широковещательной информации
о трафике (TIS-B).
Стандарты Евроконтроля для обмена данными наблюдения.
Часть 12: Категория 021. Сообщения ADS-B
Часть 16: Категория 023. Служебные сообщения наземной станции
CNS/ATM

7. Требования к много-позиционным системам

EUROCAE ED-87A: Minimum Aviation System Performance
Specification for A-SMGCS, December 2000
EUROCAE ED-117: Minimum Operational Performance
Specifications for Mode S Multilateration Systems for Use in
A-SMGCS, November 2003
ICAO Doc. 9830: Advanced Surface Movement Guidance and
Control Systems (A-SMGCS) Manual, Montreal 2004
ICAO Doc 9476: Manual of Surface Movement Control and
Guidance Systems (SMGCS) First Edition 1986

8. Совершенствование наблюдения, которое должно предусматриваться национальными планами в соответствии с Инструктивным материалом

Краткосрочное улучшение:
Расширение возможностей
существующей системы
Долгосрочное улучшение:
Внедрение новых систем
Поэтапное снятие с
эксплуатации существующих
систем
1.Установить
аэродромный ПОРЛ
2.Организовать сеть
обмена данными
радиолокационного
наблюдения
3.Установить ВОРЛ с
режимами А/С
4.Установить
оборудование для
контроля наземного
движения в аэропорту
(ASDE)
1.Режим S ВОРЛ
2.АЗН в океанических
районах
3.АЗН в
континентальных
районах
4.A-SMGCS
5.АЗН-В
1.Трассовые ПОРЛ
2.Аэродромные ПОРЛ
3.ASDE

9. Виды наблюдения

Стандартное
Положение самолета (3D)
Код режима A
Простое
дополняет стандартное данными
Идентификации самолета
(Flight ID или Tail Number, адрес режима S)
Статуса полета
Расширенное
дополняет простое данными
Скорости (воздушной и относительно земли)
Вертикальной скорости
Магнитного курса и крена
Истинный угол трека и скорость его изменения
Данными о намерениях

10. Возможности различных технологий наблюдения, основанных на использовании сигналов вторичной радиолокации

Ответчики
режима A/C
Ответчики режима
A/C/S
Ответчики режима
A/C/S/ES
ВРЛ
стандартное
стандартное
стандартное
МВРЛ
стандартное
МВРЛ
+1090ES
АдВРЛ
стандартное
стандартное
расширенное
стандартное
простое/
расширенное
простое/
расширенное
НС АЗН-В
-
-
расширенное
стандартное
стандартное
расширенное
МПСН
стандартное
стандартное

11. Точность (95%) и разрешающая способность

Дальность
11 км
Дальность
110 км
Дальность
460 км
МВРЛ
АдВРЛ
АЗН-В
МПСН
30 м
30 м
7,5 м
5м
(линейная величина
угловой ошибки)
(линейная величина
угловой ошибки)
(NIC=11)
300 м
300 м
7,5 м
(линейная величина
угловой ошибки)
(линейная величина
угловой ошибки)
(NIC=11)
1300 м
1300 м
7,5 м
75 м
35 м
(линейная величина
угловой ошибки)
(линейная величина
угловой ошибки)
(NIC=11)
(180Х180 км)
Дискрета
высоты
30 м
8/30 м
8м
8/30 м
Разрешающая
способность
на дальности
460 км
8000 м
0м
0м
0м
(линейная величина
угловой разрешающей
способности по
азимуту)
(по адресным
ответчикам)
(по адресным
ответчикам 1090 ES)
(по любым ответчикам)

12. АЗН-В: Характеристики точности

Параметры NIC и SIL в соответствии с документом RTCA/DO-242A
определяются следующим образом:
NIC, принимает значения от 0 до 11, и определяет величину радиуса
Rc круга в метрах, в пределах которого может находиться ошибка
определения местоположения в соответствии с таблицей
NIC
11 10 9 8
7
6
5
4
3
2
1
Rc, м 7,5 25 75 182,2 370,4 1111,2 1852 3704 7408 14816 37040
0
-
SIL, принимает значения от 0 до 3, и определяет вероятность
нахождения истинного положения за пределами круга радиусом Rc в
соответствии с таблицей
SIL
3
2
1
0
Вероятность на час полета 1Е-7 1E-5 1E-3 Не известно

13. Прогноз для Европейского региона

Наземное наблюдение в аэродромных и
трассовых зонах
2005
2010
2015
2020
ПРЛ
Приемные станции АЗН-В
ВРЛ или МВРЛ или АДВРЛ
Широкозонные МПСН
Консультативное
обслуживание (TIS-B)
Обработка и распределение данных

14. Прогноз для Европейского региона

Наземное наблюдение в зоне аэродрома
2005
2010
2015
2020
ПРЛ обзора летного поля
МПСН 1090 МГц
Консультативное
обслуживание (TIS-B)
МПСН и АЗН-В
Обработка и распределение данных

15. Основные зарубежные производители АЗН-В и MLat систем

Наземные станции АЗН-В 1090 ES
Высокая точность независимо от дальности
Высокий темп обновления (до 1 сек)
Полная 3D информация о положении и
скорости
Информация о курсе
Информация о намерениях
Малая стоимость установки и эксплуатации
Возможность использования в качестве
элементов систем MLAT и WAMLAT (АЗН-Х)

16. Наземные станции АЗН-В 1090 ES

Дополнительные возможности 1
Проверка целостности данных ВРЛ и АЗН-В
Проблемы с ВРЛ
или с GPS
Проблемы с бортовой
GPS
Положение цели по данным ВРЛ
Положение цели по данным АЗН-В

17. Дополнительные возможности 1

Дополнительные возможности 2
Повышение эффективности системы
обнаружения конфликтов за счет
увеличения:
Темпа обновления данных
Точности вектора скорости
Скорости обнаружения маневров в
горизонтальной и вертикальной плоскостях
Информированности и намерениях

18. Дополнительные возможности 2

Использование МПСН в
Европе
Амстердам
Брюссель
Копенгаген
Франкфурт
Женева
Инсбрук
Лондон
Париж
Вена
Цюрих
Мадрид

19. Использование МПСН в Европе

Что сдерживает повсеместное
использование АЗН-В ?
Оснащение ВС новым бортовым
оборудованием и согласование
обязательности его наличия требует
определенных финансовых и временных
ресурсов
Зависимость от целостности GNSS и
исправности бортового оборудования
каждого конкретного ВС

20. Что сдерживает повсеместное использование АЗН-В ?

Комплекс средств,
разрабатываемых ВНИИРА,
для реализации новых
технологий наблюдения

21.

Наземные и бортовые средства
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Унифицированный ряд БСПС НС «ОНИКС»
МВРЛ-ES с функциями расширенного наблюдения «АВРОРА»
Многопозиционная система наблюдения «МЕРА»
Адресный бортовой ответчик уровня 4ES «ОСА-С»
Малогабаритный бортовой ответчик с функциями передачи
сигналов 1090ES «СО-96-АЗН»
Устройство излучения сигналов 1090ES для наземных подвижных
объектов «ЭЛЬФ-Н»
Бортовой приемник АЗН 1090ES
Унифицированный ряд систем АС УВД «СИНТЕЗ» с
модифицированными серверами обработки данных наблюдения и
обмена данными
Комплексный тренажер «СИНТЕЗ-Т-АЗН»

22. Наземные и бортовые средства

Наземное оборудование «ОНИКС» предназначено для
обеспечения:
•систем УВД информацией, передаваемой в широковещательных сигналах
ADS-B 1090 ES, воздушными судами (ВС) и подвижными объектами (ПО),
находящимися в воздухе или на земле (режим наблюдения ADS-B);
•бортовых систем, с возможностями приема ADS-B 1090 ES, навигационной
информацией о ВС или ПО, которые не имеют оборудования ADS-B 1090
ES, но наблюдаются системой УВД с помощью других источников
информации о воздушной и наземной обстановке (режим передачи данных
TIS-B).

23.

МВРЛ "Аврора"
1. Перспективным направлением повышения эффективности систем управления воздушным движением (УВД) является внедрение
технологий расширенного наблюдения путем использования ADS-B.
В настоящее время пути реализации расширенного наблюдения предусматривают внедрение ВРЛ режима S и системы ADS-B на
основе:
прослушивания передач расширенных сквиттеров;
VDL режима 4;
универсального трансивера (UAT).
Реализация расширенного наблюдения с помощью ВРЛ режима S, хотя и является наиболее универсальной, но по экономическим
соображениям, скорее всего, найдет применение только в зонах с высокой интенсивностью воздушного движения.
В других зонах широкое применение находят и будут находить обычные МВРЛ, которые позволяют системе УВД получать
информацию о воздушной обстановке независимо от состояния бортовых навигационных систем и их источников информации.
Наращивание МВРЛ возможностями приема информации ADS-B позволяет обеспечить функции расширенного наблюдения с
минимальными затратами и сохранить независимость наблюдения путем контроля достоверности данных ADS-B.
2. На рисунке 1 представлена блок-схема модификации МВРЛ-СВК для приема данных ADS-B, передаваемых в расширенных
сквиттерах и данных, передаваемых по каналам VDL режима 4 (опция). Дополнительное оборудование представлено голубым и
серым цветом.
Для приема расширенных сквиттеров используются четыре неподвижных антенны с шириной луча 90 градусов, расположенные на
площадке антенного модуля. Четырехканальный приемник обеспечивает раздельный прием и декодирование сквиттеров,
поступающих в каждом из четырех азимутальных секторов.
Данные от различных источников по одной и той же цели объединяются на основе анализа идентичности соответствующих
пространственных треков.

24.

АВРОРА

25. АВРОРА

Рисунок 1. Блок-схема модифицированного МВРЛ-СВК

26.

Общий вид отладочного стенда МВРЛ «Аврора»

27. Общий вид отладочного стенда МВРЛ «Аврора»

4-канальный цифровой приемник (ВЧ, ПЧ, АЦП)

28. 4-канальный цифровой приемник (ВЧ, ПЧ, АЦП)

Цифровой приемник

29. Цифровой приемник

Процессор данных

30. Процессор данных

ОНИКС

31. ОНИКС

32.

ОНИКС (крейт и модемы)

33. ОНИКС (крейт и модемы)

Вид формуляра

34. Вид формуляра

Дальность по горизонтали 830 км

35. Дальность по горизонтали 830 км

Пример разрешающей способности

36. Пример разрешающей способности

Пример длинных следов

37. Пример длинных следов

Структура базовой наземной
станции «ОНИКС»
ВС
оборудованные
ADS-B 1090 ES
ВС
оборудованные
другими системами ADS-B
ВС
не оборудованные
ADS-B
1090 МГц
передача
данных
прием и
обработка
АПД
сообщений
Компоновка донесений и
сопровождение
Другие источники
данных наблюдения
ЛПД
БППС НС
Сопровождение наблюдаемых ВС
Данные
наблюдения
Фильтр ADS-B
TIS-B
Средства системы УВД

38. Структура базовой наземной станции «ОНИКС»

Общие характеристики
Высокая точность независимо от дальности
Высокий темп обновления (до 1 сек)
Идентификация полета
Полная 3D информация о положении и
скорости
Информация о курсе
Информация о намерениях
Передача на борт данных TIS-B
Малая стоимость установки и эксплуатации

39. Общие характеристики

Тактико-технические
характеристики
Дальность
Высота
Азимут
Угол места
Количества целей
Количество целей для передачи TIS-B
Вероятность обновления за 4 сек
Надежность MTBF
Среднее время восстановления
Питание
Напряжение
Частота
Время работы от АБП
1-400 км
20 000 м
360 градусов
0,3-45 градусов
400
5
0,98
50 000 часов
30 мин
220 B +10\-15%,
50 +\-1 Гц
20 мин

40. Тактико-технические характеристики

Подробные характеристики:
Зона видимости в режимах АЗН-В/1090 ES и ЛПД “S”:
- по дальности - до 400 км; Минимальная дальность действия - 1 км.
- по высоте - до 20 км;
- по азимуту – 360 градусов;
- по углу места - (0,3-45)°.
Выполнение требований к качеству навигационной информации, автоматически передаваемой ВС
по каналам "борт-земля", в части ее характеристик по точности, цельности, готовности и
непрерывности обслуживания определяется наличием соответствующих функциональных
дополнений для систем GPS и ГЛОНАСС.
Максимальное количество ВС, находящихся одновременно в пределах зоны видимости и
наблюдаемых одной станцией - 400.
Вероятность обновления информации сквиттеров за 4 сек. должна быть не хуже 0,98.
Рабочая частота в режиме АЗН-В/1090 ES и ЛПД “S”:
- канал "борт-земля" - 1090 + 3,0 МГц.
Скважность, обеспечиваемая передающими модулями в импульсном и фазоимпульсном режимах не менее 100.
Поляризация приемо-передающих антенн в режимах АЗН-В/1090 ES и ЛПД “S” - вертикальная.
Реализуемый информационный обмен:
В режиме АЗН-В/1090 ES - передача в центры УВД информации сквиттеров, излучаемых бортовой
аппаратурой АЗН-В/1090 ES (формат в режиме наблюдения - DF17, 18), в том числе, информации об
адресе ВС, о местоположении ВС в воздухе, о местоположении ВС на земле, о статусе ВС, о коде
идентификации и типе ВС, о скорости ВС при нахождении в воздухе, информации, определяемой
событием, и информации об аварийной обстановке/приоритетности.
В режиме ЛПД “S” - обеспечение широковещательной передачи данных TIS-B для ВС,
оборудованных бортовыми приемными устройствами 1090 МГц;

41. Подробные характеристики:

Подробные характеристики (продолжение):
Сопряжение станции с одной - четырьмя системами-потребителями одним из следующих способов:
- по локальной сети (ЛВС) типа "Ethernet" в соответствии с протоколами TCP/IP;
- по одному или двум выделенным каналам связи, в качестве которых могут использоваться цифровые
каналы, каналы тональной частоты или физические линии;
- через сеть ATN.
Сопряжение с каналами связи на физическом уровне в соответствии с интерфейсами RS-449 (V.36 ITU T),
RS-232С и V.35. Скорость передачи - (9 600-64 000) бит/с.
Постоянный контроль работоспособности станции с помощью:
- выносного контрольного ответчика;
- встроенной подсистемы контроля.
Полнота контроля - не ниже уровня 0,95, достоверность не ниже 0,98.
Документирование и воспроизведение всей входящей и исходящей информации в(из) центр(а) УВД и
информации о состоянии и работоспособности блоков и узлов.
Электропитание аппаратуры от однофазной промышленной сети переменного тока напряжением
220В+10% с частотой 50 +1 Гц
(I категории "ПЭЦ-85"). В случае отказа первичного электроснабжения обеспечивается работа от
аппаратуры бесперебойного питания (АБП) в течение не менее 20 минут.
Время готовности после включения питания - не более 1 мин.
Характеристики надежности и долговечности:
- среднее время наработки на отказ - не менее 50000 час;
- среднее время восстановления - не более 20 мин.
Непрерывное круглосуточное функционирование в условиях:
- рабочих температур:
- аппаратуры контейнера, антенного модуля, технического здания и центра УВД +5° С-+40° С
- антенного оборудования - -50° С - +50° С
- влажности:
- аппаратуры контейнера, антенного модуля, технического здания и центра УВД 80 % при t = 25° С
- антенного оборудования - 98 % при t = 25° С
- атмосферного давления - > 525 мм рт. ст.

42. Подробные характеристики (продолжение):

ЭЛЬФ - Н

43. ЭЛЬФ - Н

44. ЭЛЬФ - Н

Вид в разрезе

45. Вид в разрезе

Аэродромные МПСН
Источник информации для A-SMGCS
(Advanced-Surface Movement Guidance
and Control System)

46. Аэродромные МПСН

Широкозонные МПСН
Комбинированные системы
(МПСН+АЗН-В) для замены ВРЛ
(Наблюдение в трудно доступных
районах)