[2]Изобретение относится к навигационной технике и может быть применено в системе организации воздушного движения (ВД) в условиях сокращенных интервалов вертикального эшелонирования.
[4]В связи с ростом интенсивности полетов гражданских воздушных судов (ВС) и переходом, в соответствии с правилами ИКАО, на сокращенные интервалы вертикального эшелонирования (RVSM) чрезвычайно важным является выполнение жестких требований к точности выдерживания заданной барометрической высоты эшелона.
[5]Наиболее трудно контролируемой составляющей суммарной погрешности выдерживания высоты является погрешность ее измерения: она не выявляется ни экипажем, ни диспетчером, ни системой предотвращения столкновений ВС в воздухе. При этом наиболее важной составляющей погрешности измерения высоты является систематическая, которая является причиной отклонения от высоты эшелона на протяжении большого числа полетов и делает такое ВС опасным с точки зрения возможных столкновений. Эта погрешность связана в большинстве случаев с особенностями обтекания фюзеляжа в точке установки приемников воздушного давления (аэродинамическая погрешность) или ее учета (аэродинамическая поправка). Поэтому мониторинг систематических погрешностей измерения барометрической высоты при полетах в пространстве RVSM является обязательным (Doc 9574 AN/934 «Руководство по применению минимума вертикального эшелонирования в 300 м (1000 фут) между ЭП290 и ЭП410 включительно», издание 3, 2013, п. 6.1.1).
[6]Существующие в настоящее время методы мониторинга предполагают либо наличие на борту ВС специального спутникового навигационного оборудования и присутствие наблюдателя, контролирующего его работу, либо организацию специальных наземных станций, использующих технологию MLAT (мультилатерация), позволяющую определять координаты ВС, находящихся в зоне действия этих станций. Основными недостатками данных методов являются высокая стоимость оборудования и сложность организации системы наблюдения для покрытия больших пространств.
[7]Известен «Способ калибровки и повышения точности барометрических высотомеров с использованием спутниковой системы определения местоположения» (описание патента США, №6768449, www.espacenet.com), заключающийся в определении разницы измерений значений высоты, полученных от барометрического высотомера (БВ) и от GPS приемника. По полученным данным вычисляют среднюю разницу высот, а также среднестатистическую ошибку указанной разницы. Если отклонения среднестатистической ошибки превосходят заранее определенную величину допустимых отклонений, то процессор начинает вычислять необходимую величину калибровки БВ.
[8]Недостатки данного способа заключаются в том, что:
[9]- не решается задача выделения систематической погрешности измерения барометрической высоты, обусловленной искажением давления при обтекании ВС потоком воздуха;
[10]- невозможно использовать данный способ при полетах на высотных эшелонах в связи с тем, что при полете на эшелонах следует измерять и выдерживать постоянной высоту, отсчитываемую не от уровня моря, а от изобарической поверхности, соответствующей стандартному атмосферному давлению.
[11]Известен также «Способ периодического контроля (мониторинга) средств измерения барометрической высоты самолетов при их эксплуатации» (описание патента РФ на изобретение, №2221221, www1.fips.ru), основанный на измерении геометрической высоты с помощью спутникового навигационного приемника и барометрической высоты от штатного БВ, при котором на борту ВС регистрируют информацию от штатного спутникового навигационного приемника, а также информацию о геометрической и барометрической высотах, полученную по каналу автоматического зависимого наблюдения, вычисляют для пары ВС, состоящей из оцениваемого ВС и одного (i-го) из n встречных ВС, величину δi, характеризующую предварительную оценку погрешности измерения барометрической высоты, на оцениваемом ВС, полученные для n пар значения осредняются и осредненная величина принимается за окончательную оценку искомой величины погрешности штатного измерителя барометрической высоты.
[12]В числе основных недостатков данного способа необходимо отметить следующие:
[13]- информация обрабатывается и накапливается на борту ВС, в то время как она должна сосредотачиваться в государственном органе, контролирующем работу перевозчиков и отвечающем за безопасность ВД;
[14]- необходимо оснащение ВС дополнительным оборудованием, в т.ч. каналами приема радиосигналов от окружающих ВС и аппаратными средствами для обработки и хранения полученной информации, что ведет к усложнению системы.
[15]Известен также «Способ мониторинга выдерживания высоты эшелона полета» (описание патента РФ, №2390793, www1.fips.ru), заключающийся в том, что ВС, оборудованные бортовыми измерителями координат местоположения и параметров движения, а также приемопередающими радиостанциями, ведут передачу в один или несколько общих каналов; задают ограниченную область пространства для мониторинга выдерживания высот воздушными судами при полете на фиксированном эшелоне, который подлежит анализу, получают от ВС, находящихся в указанной области пространства, сообщения, содержащие идентификатор источника сообщения, данные о координатах местоположения, параметры движения, высоту заданного эшелона, измеренную барометрическую высоту, температуру окружающей среды, а также отсчет момента измерений по шкале единого времени, отсеивают недостоверные данные, а достоверные запоминают для дальнейшей обработки, задают вид описывающей функции, аппроксимирующей зависимость между барометрической и геометрической высотами, вычисляют коэффициенты описывающей функции, решают описывающую функцию и по данным бортовых измерений вычисляют для каждого ВС отклонение от заданной высоты эшелона.
[16]Недостатками данного способа являются:
[17]- определяется суммарная погрешность выдерживания высоты эшелона без выделения систематической погрешности измерения барометрической высоты, что значительно ограничивает возможность использования результатов мониторинга;
[18]- предлагается сложное радио-взаимодействие между ВС, включая прослушивание радиосигнала каждой радиостанцией, что сужает применимость способа из-за необходимости оснащения ВС специальным оборудованием.
[19]В качестве прототипа выбран «Способ мониторинга (периодического контроля) систематических погрешностей измерения барометрической высоты» (патент на изобретение, №2645815, www1.fips.ru), заключающийся в том, что выделяют область пространства для мониторинга, с бортов ВС, находящихся в заданной области пространства, вещают данные о горизонтальных координатах, геометрической и барометрической высоте, переданная информация принимается наземной радиостанцией.
[20]Весь объем данных, полученных в выделенной области пространства, разделяется на сеансы наблюдений, каждый из которых определен в пространстве и времени; на первом этапе производится предварительная оценка систематической погрешности измерения барометрической высоты; на втором этапе - для каждого ВС отбираются сеансы с его участием и по результатам статистической обработки предварительных оценок погрешности выделяется систематическая составляющая погрешности измерения барометрической высоты, которая сравнивается с заданным порогом; ВС, для которых заданный порог погрешности превышен, признаются непрошедшими проверку.
[21]Недостатком прототипа является невозможность принятия решения о допуске самолета к дальнейшей эксплуатации в случае, если мониторинг осуществляется в пространстве, где разница между высотой, отсчитанной от геоида и эллипсоида, составляет ощутимую величину. Это обусловлено тем обстоятельством, что в практике формирования геометрической высоты бортовым спутниковым навигационным приемником допускаются два варианта выбора начала отсчета - от эллипсоида или геоида, при этом информация о выборе начала отсчета не передается в сообщении с борта. В тех областях воздушного пространства, где разница между эллипсоидом и геоидом достигает ощутимой величины, возникает неопределенность при определении значения барометрической высоты.
[22]Из-за этой неопределенности некоторые самолеты должны подвергаться дополнительным оценкам методами, не подверженными влиянию неоднозначного выбора начала отсчета высоты.
[23]Целью предлагаемого способа является обеспечение мониторинга систематической погрешности барометрической высоты с использованием информации о путевой и истинной воздушной скорости, получаемой с борта. Так как истинная воздушная скорость и барометрическая высота, определяемые на борту связаны с погрешностью измерения статического давления, то по искажениям данных об истинной воздушной скорости можно судить о погрешностях измерения высоты.
[24]Раскрытие изобретения
[25]Техническим результатом заявляемого способа является повышение достоверности результатов мониторинга систематических погрешностей измерения барометрической высоты за счет исключения влияния неопределенности начала отсчета при определении барометрической высоты.
[26]Указанный результат достигается тем, что с борта ВС, находящегося в выделенной для мониторинга области пространства, с определенной периодичностью передается информация о номере борта, истинной воздушной скорости, курсовом угле, векторе путевой скорости, барометрической высоте полета, времени и географических координатах. Переданная информация принимается и обрабатывается наземной станцией. Для обработки переданной с бортов информации организуют сеансы и, с определенным интервалом времени производят сбор данных. Весь процесс обработки результатов измерения разбивается на два этапа.
[27]Первый этап соответствует обработке данных j-го (j=1…n) сеанса.
[28]Первый шаг состоит в формировании вектора ветра по данным об измеренных на борту векторе воздушной и путевой скорости. Вектор истинной воздушной скорости 
представляется в виде данных о ее модуле (показания бортовой системы воздушных сигналов) и направлении (курсе по данным бортовой курсовой системы). Передаваемый с борта вектор путевой скорости 
формируется в штатной бортовой спутниковой навигационной системе и может использоваться непосредственно.
[29]По полученной от каждого самолета информации о векторе истинной воздушной и путевой скорости в вычислительном устройстве формируется оценка вектора ветра 
в точке нахождения данного самолета
[30]
[31]Данные о векторе ветра, полученные для всех самолетов, осредняются для исключения влияния случайных погрешностей, присутствующих в каждом измерении. Осредненное значение вектора ветра 
используется для определения эталонного значения вектора истинной воздушной скорости каждого самолета, участвующего в сеансе, с учетом соотношения:
[32]
[33]Разность модулей вектора 
и полученного с борта измеренного значения истинной воздушной скорости 
определяет полученную в данном сеансе оценку погрешности ΔV измерения истинной воздушной скорости
[35]Полученное значение погрешности ΔV используется при определении погрешности измерения ΔР статического давления Рст по известному соотношению
[36]
[37]После подстановки в выражение для частной производной 
известных (М.Г. Котик. Летные испытания самолетов. Машиностроение, 1968 г.) соотношений для дозвукового потока:
[38]
[39]
[40]
[42]- V - истинная воздушная скорость в км/час;
[44]- ТН, Тт - температура наружного воздуха заторможенного потока в градусах Кельвина;
[45]- Рп, Рст - полное и статическое давления;
[46]выражение для расчета погрешности статического давления приобретает вид:
[47]
[48]Данное соотношение используется в алгоритме вычислительного комплекса с целью получения погрешности измерения статического давления. При этом входящие в него параметры определяются про известным соотношениям (Летные испытания систем пилотажно-навигационного оборудования. М., Машиностроение, 1986, стр. 68), в которых используются данные, полученные с борта или метеостанции:
[49]
[50]
[52]Рст определяется по соотношениям стандартной атмосферы с учетом полученного с борта значения барометрической высоты (Летные испытания систем пилотажно-навигационного оборудования. М., Машиностроение, 1986, стр. 68);
[53]По полученной в данном сеансе погрешности измерения статического давления ΔР с учетом дифференциального уравнения статики атмосферы определяется погрешность измерения барометрической высоты:
[54]
[56]- ρ - плотность воздуха,
[57]- g - ускорение свободного падения
[58]На втором этапе обработки путем осреднения данных о погрешности измерения барометрической высоты АН, полученных в n разных сеансах, выделяется искомая систематическая погрешность, при этом влияние случайных погрешностей сводится к минимуму. Эта величина сравнивается с назначенным ICAO допустимым значением и позволяет выделить потенциально опасные экземпляры ВС с повышенными систематическими погрешностями измерения барометрической высоты.
[59]Зона мониторинга может быть организована при каждой наземной станции АЗН-В, и осредняться могут данные, полученные в разных зонах наблюдения.
[60]Осуществление изобретения.
[61]Предложенный способ осуществляется следующим образом. На борту ВС устанавливается стандартное оборудование, включающее штатные измерители барометрической высоты, спутниковые навигационные приемники, а также радиолокационные ответчики системы АЗН-В (автоматического зависимого наблюдения вещательного типа). Наземные станции оборудуются стандартным набором оборудования АЗН-В, обеспечивающим прием и регистрацию данных от всех ВС, находящихся в зоне ее действия, а также вычислителем, в котором зарегистрированные данные сеанса обрабатываются и вычисляется систематическая составляющая погрешности барометрической высоты для каждого ВС.
[62]Процесс мониторинга состоит из сеансов, каждый из которых определен в пространстве и времени, в течение которых с определенным интервалом времени производят сбор данных, подлежащих обработке.
[63]Процедура обработки данных состоит из двух этапов и заключается в следующем.
[64]На первом этапе производится предварительная оценка систематической погрешности измерения барометрической высоты, включающая:
[65]- оценку вектора ветра по формуле:
[66]
[67]- статистическую обработку (путем осреднения) данных о векторе ветра по всей совокупности наблюдаемых самолетов, на основе которой получается уточненная оценка вектора ветра в данное время в районе наблюдения;
[68]- получение оценки фактического значения истинной воздушной скорости на основе данных о путевой скорости и скорости ветра для каждого самолета;
[69]- сопоставление вычисленной и полученной с борта информации об истинной воздушной скорости с целью получения оценки погрешности измерения истинной воздушной скорости, которая затем пересчитывается в единицы статического давления и барометрической высоты.
[70]На втором этапе проводится осреднение полученной оценки в единицах барометрической высоты, которое принимается за фактическое значение погрешности.
[71]Сопоставление полученной систематической погрешности с допустимым значением позволяет выявить ВС, на которых данная погрешность превышена.
