4 июня, 2008

Проблемы ближней навигации (2)

Одними из главных задач систем радиотехнического обеспечения полетов авиации всех ведомств являются задачи обеспечения навигации и посадки летательных аппаратов в сложных метеоусловиях и ночью. До появления спутниковых радионавигационных систем эти задачи решали с помощью радиомаячных систем ближней навигации и посадки. Наибольшее распространение в мире получили радиомаячные системы VOR/DME, ILS, TACAN и РСБН/ПРМГ.

Радиотехнические системы ближней навигации имеют очень широкое распространение. Только на территории США эксплуатируется более 1000 радиомаяков VOR/DME и VORTAC. Они обеспечивают работу практически всех аэропортов США. 100% магистральных воздушных судов оснащены оборудованием навигации и посадки VOR/DME/ILS .

В настоящее время в связи с широким внедрением спутниковых радионавигационных систем роль радиомаячных систем ближней навигации (особенно для гражданской авиации) уменьшилась. Однако в соответствии с документами ИКАО и Евроконтроля предполагается эксплуатация систем VOR/DME по крайней мере до 2015 г., а радиомаяков системы DME и бортового оборудования с режимом multiDME - и после 2020 г. Система TACAN продолжает широко использоваться странами НАТО и других государств и, судя по планам, от нее не будут отказываться еще долгое время.

АОРЛ-85. Аэродромный посадочный радиолокатор.
Фото: Фотоархив "ВКО"

На протяжении длительного периода времени в России, странах СНГ и ряде зарубежных стран (КНР, Индии, Вьетнаме, Алжире, Египте, Северной Кореи и др.) одним из основных источников информации о местоположении летательных аппаратов при полете по маршруту, возврате на аэродром, заходе на посадку, встречи летательных аппаратов в воздухе для дозаправки являлась отечественная радиотехническая система ближней навигации и посадки.

В состав наземного оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки входят азимутально-дальномерный радиомаяк, обеспечивающий навигацию воздушного судна на маршруте, а также курсовой и глиссадный радиомаяки, составляющие посадочную радиомаячную группу и обеспечивающие заход на посадку и посадку самолетов.

К настоящему времени в эксплуатации находятся около 400 радиомаяков радиотехнических систем ближней навигации, примерно столько же радиомаяков посадочных радиомаячных групп и не менее 3000 комплектов бортового оборудования. Все военные аэродромы и аэродромы совместного базирования оборудованы посадочными радиомаяками ПРМГ, являющимися для ВВС РФ и стран СНГ практически единственным средством инструментальной посадки самолетов, обеспечивающим круглосуточность и всепогодность их действий.

Радиомаяки радиотехнических систем ближней навигации, установленные на радионавигационных позициях воздушных трасс, в аэропортах, на аэродромах военной авиации и на авианесущих кораблях обеспечивают навигационное поле на высоте 3000 метров над 62% территории СНГ.

Отечественная система РСБН обеспечивает решение следующих основных задач:

непрерывное автоматическое определение местоположения на борту летательного аппарата;

привод летательного аппарата в любую заданную точку в пределах зоны действия системы;

наблюдение за воздушной обстановкой наземной (корабельной) аппаратурой (определение координат и опознавание летательного аппарата, использующих систему и находящихся в зоне ее действия).

Кроме того, отечественная система РСБН обладает рядом дополнительных функций.

Режимы навигации и посадки летательного аппарата реализованы в РСБН с использованием единого бортового радиоэлектронного оборудования, работающего как с наземными и корабельными радиомаяками РСБН, так и с радиомаяками посадочной радиомаячной группы. В процессе развития в РСБН кроме всенаправленного реализован и направленный режим работы, существенно повысивший энергетический потенциал радиолинии, помехоустойчивость системы и улучшивший электромагнитную совместимость с другими радиотехническими средствами, в том числе за счет увеличения с 40 до 176 числа рабочих частотно-кодовых каналов.

РСБН обладает рядом дополнительных функций, отсутствующих в зарубежных системах. В РСБН реализованы:

двусторонняя цифровая линия передачи данных;

аналоговая линия передачи сигналов управления "корабль-борт", используемая при посадке летательного аппарата на авианесущий корабль;

принцип вторичной радиолокации, обеспечивающий наблюдение и опознавание отметок от летательного аппарата на устройствах отображения наземного или корабельного радиомаяка либо командно-диспетчерского пункта;

принцип автоматического зависимого наблюдения при взаимодействии бортового радиоэлектронного оборудования типа А-380 палубных самолетов Су-33 и вертолетов Ка-27 с аппаратурой авианесущего корабля;

режим сбора и встречи самолетов в воздухе для дозаправки топливом.

Важной функцией ряда типов бортового радиоэлектронного оборудования системы РСБН является обеспечение межсамолетной навигации летательных аппаратов.

Цифровая линия передачи данных на частотах и с форматами сигналов РСБН работает в линиях связи "маяк-борт", "борт-маяк" и "борт-борт". При этом используются те же наземные и бортовые приемники и передатчики, что и для целей навигации и посадки. Цифровая линия передачи данных может обеспечивать решение следующих задач:

управление полетом с командно-диспетчерского пункта;

передача полетной информации с борта летательного аппарата для обеспечения автоматического зависимого наблюдения;

обмен информацией между летательными аппаратами при сборе в группу и групповых действиях.

На основе цифровой линии передачи данных может быть создана отечественная локальная система функционального дополнения, которая может быть, в частности, использована для осуществления захода на посадку и посадки самолетов и вертолетов, оборудованных соответствующей аппаратурой спутниковых радионавигационных систем.

Система СП-80. Инструментальная система посадки метрового диапазона волн.
Фото: Фотоархив "ВКО"

Принципиально локальная система функционального дополнения должна состоять из следующих основных частей:

наземных локальных контрольно-корректирующих станций, установленных и геодезически привязанных в местах размещения радиомаяков РСБН;

наземной аппаратуры передачи данных, состоящей из передатчика и цифрового блока, которые устанавливаются на радиомаяке РСБН;

бортового приемника цифровой линии передачи и цифрового модуля, обеспечивающего расчет посадочных данных по информации спутниковых радионавигационных систем и корректирующим данным локальных контрольно-корректирующих станций.

Информация, переданная по цифровой линии передачи может быть принята и обработана на борту летательного аппарата в режиме аналогичном существующему режиму приема информации "маяк-борт" с выдачей сообщений в вычислитель бортового радиоэлектронного оборудования для расчета посадочных данных.

При установке локальной системы функционального дополнения на аэродромах, где одновременно с радиомаяком РСБН эксплуатируются радиомаяки ILS либо посадочной радиомаячной группы, синтезированная траектория посадки, рассчитанная в бортовом оборудовании по корректирующим данным, может быть совмещена с линией посадки ILS (посадочной радиомаячной группы), что при реализации комплексной обработки на борту может значительно повысить показатели качества посадки.

Сравнение принципов действия систем VOR, DME, TACAN и РСБН показывает, что основные характеристики отечественной системы не уступают характеристикам зарубежных систем. Так, дальность действия этих систем примерно одинакова. Она зависит от высоты полета и определяется радиогоризонтом.

Следует отметить, что в системах DME и TACAN используются дальномерные импульсы с длительностью фронтов примерно на порядок большей по сравнению с длительностью фронтов импульсов РСБН. В связи с меньшей длительностью фронта дальномерных импульсов системы РСБН она менее чувствительна к влиянию отражений от местных предметов.

Поэтому в реальных условиях эксплуатации погрешность измерения дальности в системе РСБН меньше, чем в DME и TACAN. Точность измерения азимута также несколько выше, чем в системах VOR и TACAN.

Существенным преимуществом отечественной системы РСБН/ПРМГ особенно важным для военной авиации является то, что посадка военных летательных аппаратов обеспечивается малогабаритными мобильными курсовыми и глиссадными радиомаяками, работающими в том же диапазоне частот, что и азимутально-дальномерные радиомаяки РСБН. Это позволяет не размещать на борту отечественных военных летательных аппаратов (по сравнению с летательными аппаратами стран НАТО) дополнительно к навигационному оборудованию приемную аппаратуру и антенно-фидерные системы метрового диапазона волн для обеспечения посадки с использованием широко распространенных стационарных систем типа ILS.

Однако это преимущество при использовании в настоящее время на аэродромах гражданской авиации России только систем типа ILS становится недостатком, т.к. отсутствие унификации гражданских и военных систем посадки не позволяет осуществлять эффективное взаимное использование аэродромов государственной и гражданской авиации.

Из вышеизложенного очевидно, что гражданская авиация, воздушные суда которой совершают полеты за рубеж, а аэропорты осуществляют прием иностранных воздушных судов, вынуждена с точки зрения технико-экономической эффективности ориентироваться на использование рекомендованных ИКАО систем VOR, DME, ILS и GNSS, в то время как для обеспечения полетов военной авиации с точки зрения военно-экономической эффективности целесообразно сохранять и совершенствовать отечественную систему РСБН/ПРМГ (аналогично позиции МО США по отношению к своей национальной системе TACAN).

Можно отметить два фактора, которые оказывают существенное влияние на развитие и дальнейшее совершенствование национальной системы РСБН:

необходимость конверсии радиочастотного спектра и освобождения диапазона частот 726-960 МГц в интересах развития телевидения и систем сотовой подвижной связи;

позиция гражданской авиации, направленная на планомерное исключение азимутально-дальномерных радиомаяков РСБН из регламента обслуживания полетов и снятие бортового оборудования РСБН/ПРМГ с ВС ГА.

С учетом этих факторов в Минобороны РФ в 2000 г. была разработана "Концепция поддержания в работоспособном состоянии существующих радиотехнических систем ближней навигации и посадки ВВС и освобождения диапазона частот для развития телевидения и сотовых систем связи". Эта концепция была основана на том, что единое радионавигационное поле систем РСБН создается и используется как в мирное, так и в военное время летательными аппаратами всех ведомств.

На базе концепции шла подготовка правительственного распоряжения от 23.11.2001 г. №1564-р, одобрившего программу мер по освобождению радиочастотного диапазона для систем подвижной сотовой связи и по модернизации наземного и бортового оборудования радиотехнических систем ближней навигации и посадки.

Анализ показывал, что ко времени принятия решения №1564-р было выпущено четыре поколения бортового оборудования системы РСБН, при этом на 60% ЛА эксплуатировалась аппаратура РСБН 3-го поколения, аппаратурой 4-го поколения было оборудовано меньше 5% ЛА, остальные ЛА были оборудованы аппаратурой 1 и 2-го поколений.

Поэтому наиболее целесообразным представлялось проведение в первую очередь работ по модернизации 3-го поколения бортовой аппаратуры РСБН как наиболее массовой аппаратуры, эксплуатирующейся на ЛА с достаточно большим запасом по ресурсу и сроку службы.

После этого планировалось провести модернизацию 4-го поколения аппаратуры, а 1 и 2-е поколение аппаратуры РСБН при необходимости предлагалось менять на модернизированное оборудование 4-го поколения.

В процессе разработки проекта "Плана конверсии радиочастотного спектра в Российской Федерации до 2015 г." был предложен новый подход к последовательности шагов по модернизации аппаратуры системы РСБН, который заключался в использовании локально-территориального принципа освобождения частот, в большей степени отражающего интересы, как Минобороны, так и Мининформсвязи России.

В ходе реализации планов конверсии радиочастотного спектра и модернизации отечественной системы РСБН для обеспечения передачи запросных сигналов по тракту "борт-земля" аппаратуры РСБН 3-го поколения разработано широкополосное передающее устройство, полностью взаимозаменяемое с передающим устройством, входящим в состав находящейся в эксплуатации бортовой аппаратуры, но работающее как в новом, так и, для обеспечения преемственности, в старом диапазоне частот.

Для замены азимутально-дальномерных радиомаяков РСБН, находящихся в эксплуатации, разработан малогабаритный радиомаяк "Тропа-СМ", обеспечивающий работу в международном диапазоне частот. Для приема и обработки сигналов бортовой аппаратуры, работающей в новом диапазоне частот, разработан конвертор частот (аппаратура ЧРУ-М) для встраивания в дальномерно-курсовой радиомаяк посадочной радиомаячной группы.

Как следует из вышеизложенного, технические проблемы, стоящие на пути дальнейшего развития отечественной системы РСБН, могут быть решены.

Что касается позиции гражданского авиационного ведомства, то здесь необходимым аргументом для ее изменения должно стать поддержание и восстановление навигационного поля модернизированной системы РСБН Министерством обороны и совместное с летательными аппаратами государственной авиации его использование теми воздушными судами гражданской авиации и других ведомств, которые отходят по мобпланам в угрожаемый период и военное время к вооруженным силам.

Радиолокационная система посадки РСП-10.
Фото: Фотоархив "ВКО"

В настоящее время проводится работа по созданию многофункциональной локальной радиотехнической системы навигации, посадки, определения взаимных координат и информационного обмена. Создание локальной радиотехнической системы обеспечивающей преемственность с находящейся в эксплуатации системой РСБН/ПРМГ, позволит решить не только поставленные в проекте Плана конверсии радиочастотного спектра в России задачи существенного сокращения используемого бортовым и наземным оборудованием РСБН/ПРМГ диапазона частот, но и снижения массогабаритных характеристик интегрированного с ДМЕ бортового многофункционального навигационно-посадочного оборудования.

Использование данных спутниковых радионавигационных систем и создание единого навигационно-информационного поля локальной радиотехнической системы на базе отечественной (РСБН/ПРМГ) и зарубежной (ДМЕ/TACAN) систем является логичным продолжением процесса совершенствования и модернизации национальной системы ближней навигации.

В качестве выводов следует отметить:

1. Значительный потенциал развития, заложенный в отечественную систему РСБН, обеспечивает создание современной многофункциональной локальной радиотехнической системы с функциями навигации, посадки, определения взаимных координат и информационного обмена.

2. Модернизация отечественной радиотехнической системы ближней навигации и посадки РСБН/ПРМГ с целью обеспечения ее работы в международном диапазоне частот 960-1215 МГц, интеграции с зарубежными системами DME/TACAN, а также расширения ее функциональных возможностей позволит наиболее рационально с точки зрения временных и финансовых затрат реализовать планы конверсии радиочастотного спектра и освободить занимаемый в настоящее время диапазон частот 726-960 МГц для развития телевидения и систем сотовой подвижной связи.

3. Создаваемая на принципах работы модернизированной отечественной системы РСБН/ПРМГ перспективная многофункциональная локальная радиотехническая система может явиться основой возрождения единого навигационного поля для авиации всех ведомств Российской Федерации и достижения требуемых для обеспечения высокого уровня безопасности полетов точности, непрерывности и целостности навигационных определений летательных аппаратов.