Традиционная система CNS/ATM

В настоящее время во всем мире управление воздушным движением осуществляется через сеть национальных служб организации воздушного движения (Air Traffic Management - АТМ). Обеспечение этого управления основано на возможностях систем связи, навигации, наблюдения (communications, navigation, surveillance - CNS) и национальных центров УВД с различными уровнями автоматизации. Системы CNS и национальные (региональные) системы АТМ образуют глобальную систему организации воздушного движения получившую название CNS/АТМ.

Существующая система АТМ в гражданской авиации начала развиваться с 1946 года, опираясь на технологический уровень системы CNS того времени.

Органом, ответственным за безопасность и развитие гражданской авиации (включая систему CNS/АТМ), является международная организация ICAO, которая разрабатывает и устанавливает мировые стандарты на бортовые и наземные системы. Эта организация является специализированным органом ООН, который включает в себя страны, подписавшие Чикагскую конвенцию о выполнении международных полетов.

Международные полеты осуществляются по специальным воздушным трассам, проходящими над различными государствами, территориями или группами районов полетной информации. Весь мир поделен на перекрывающиеся регионы (рис.5.1.)заданных маршрутов авиационной фиксированной службы (AFS), каждый из которых обозначен отдельной буквой.

Границы данных районов не всегда совмещены с границами государств, территорий или районов полетной информации. Они рассматриваются исключительно, исходя из требований авиационной фиксированной службы, для того, чтобы оказать максимально возможную помощь при передаче трафика сообщений.

Каждому конкретному государству или территории назначается конкретная идентификационная буква, позволяющая обеспечить различие между государством или территорией и другими государствами или территориями в том же районе заданных маршрутов авиационной фиксированной службы.

Цель ОрВД - дать возможность пилоту выполнить вылет и посадку воздушного судна по расписанию и добиться того, чтобы полет проходил с максимально удобным профилем без ущерба для безопасности. Для достижения этой цели применяются все возможности навигационного оборудования и наземных центров УВД, осуществляющих управление полетами.

Рис.5.1.Деление воздушного пространства на регионы ОрВД

Бортовое навигационное оборудование и наземные центры УВД - элементы системы CNS/АТМ, которые обязаны четко взаимодействовать между собой посредством внедрения международных стандартов и процедур, разрабатываемых и публикуемых комитетом ИКАО в Приложениях Чикагской конвенции.

Наземная часть ОрВД представляет многофункциональную систему. Каждая из функций имеет название и призван решать следующие задачи:

- управление воздушным движением (Air Traffic Control - АТС) -предупреждает столкновения между воздушными судами, воздушным судном и земной поверхностью или препятствиями, путем сохранения безопасных интервалов между воздушными судами и препятствиями в выделенном воздушном пространстве;

- аварийное обслуживание (Alarm Services - AS), оповещает службы поиска и спасения о воздушных судах, терпящих бедствие, и оказывает им в этом помощь;

полетно - информационное обслуживание (Flight Information Services - FIS), сбор, обработка и доведение полетной информации до экипажей, с целью максимально эффективного и безопасного выполнения полета.

Средства связи, навигации и наблюдения в системе CNS/АТМ являются техническими инструментами в обеспечении целей ОрВД (АТМ).

В традиционной CNS- речевая связь - единственный способ связи между диспетчером и пилотом.

Использование речевой связи в UHF (ОВЧ) диапазоне позволяет осуществлять радиообмен в пределах прямой радио видимости. На дальние расстояния для речевой радиосвязи применяется HF (ВЧ) диапазон, однако, передача HF (ВЧ) речевого сообщения требует помощи радиооператора.

Смежные органы УВД, соединены ТЛФ линиями связи, позволяющими осуществлять прямые переговоры между диспетчерами и каналами авиационной телеграфной сети AFTN. По сети AFTN между органами УВД, аэронавигационными службами и экипажами воздушных судов до начала полета связь осуществляется в форме телеграмм и аэронавигационных сообщений.

Применяемые процедуры УВД зависят от технических возможностей средств наблюдения.

Первичное и вторичное радиолокационное наблюдение обеспечивается в воздушном пространстве над континентальной частью суши и прибрежными областями, где и применяются радиолокационные процедуры УВД.

Процедурное УВД производится в океанических и удаленных районах.

Устойчивая ближняя навигация вне трасс осуществляется по ненаправленным приводам (Non-directional Radio Beacon – NDB, ПРС, ОПРС), а по трассам обеспечивается системами VOR/DME (Very High Frequency Omnidirectional Radio Range/Distance Measuring Equipment) и РМА/РМД. Однако, на практике, по географическим или экономическим причинам, эти системы применяются не везде.

Дальняя навигация в традиционной CNS/ATM обеспечивается системами LORAN C, Чайка или инерциальной навигационной системой (Inertial Navigational System - INS).

Недостатки существующей системы CNS/ATM заключаются в следующем:

В области связи:

- основной недостаток системы связи земля-воздух заключается в том, что обмен информацией между пилотом и диспетчером осуществляется только голосом;

- малые скорость и объем информационного обмена между пилотом и диспетчером (ограничиваются языковыми различиями, а также необходимостью повторной трансляции сообщений из-за помех от других станций);

- перегрузка речевых каналов с ростом интенсивности воздушного движения (требуются дополнительные каналы связи);

- необходимость в ходе выполнения полета часто менять частоты радиосвязи (увеличивается рабочая загрузка пилота и диспетчера);

- ограниченная по размерам зона радиосвязи, связанная с физической природой распространения радиоволн. В ОВЧ диапазоне дальность связи ограничивается пределами прямой видимости. Вне зон радиовидимости, связь ведется в ВЧ диапазоне. Работа в нем требует дополнительного использования в радиообмене между диспетчером и пилотом радиооператора.

- низкая скорость передачи в сети АFTN, задерживает прохождение аэронавигационной информации, например, планов полетов, что снижает эффективность обеспечения полетов.

Кроме этого следует отметить, что 70-80% всех потенциально опасных зарегистрированных инцидентах связаны с неэффективной передачей речевой информации и что абсолютное большинство таких инцидентов приходится на ведение радиосвязи "земля-воздух".

Проблемы речевой связи включают неправильное восприятие на слух и транспозицию буквенно-цифровой информации, ошибки пилотов при повторении указаний диспетчеров, ошибки приема диспетчерами информации пилотов, неправильную интерпретацию сообщений, обусловленную плохим произношением, или использование нестандартной терминологии, а также неправильное ведение радиопередач.

В представленных донесениях отмечались проблемы, связанные с перепутыванием схожих позывных воздушных судов, блокированием, обусловленным одновременной передачей, общей перегруженностью диапазона частот, подтверждением указаний диспетчеров и обратным приемом диспетчерами информации пилотов, а также неправильной фразеологией.

Предполагается, что использование линии передачи данных "воздух-земля" обеспечит существенное уменьшение многих проблем связи и, по крайней мере, частично сократит значительное число других инцидентов.

 

В области навигации:

- приводные передатчики NDB, ПРС работают в СЧ и ВЧ диапазонах радиоволн и их зоны действия и точность определения навигационных параметров определяются свойствами радиоволн этих диапазонов;

- системы ближней навигации типа VOR/DME обеспечивают навигацию ВС с учетом мест их установки, а не потребностей пользователей воздушного пространства. На эффективность работы азимутально – дальномерных маяков существенное влияние оказывает рельеф местности, который ограничивает зону сплошного навигационного поля;

- в целом, известные на сегодняшний день, наземные системы навигации не перекрывают океаническое пространство и регионы со слабо развитой экономикой.

 

В области наблюдения:

- наблюдение за воздушной обстановкой производится исключительно наземными радиолокационными средствами – первичными и вторичными радиолокаторами;

- первичное и вторичное радиолокационное наблюдение ограничено территориальными и прибрежными районами, ограничения накладываются горными и пустынными территориями, а также районами с неразвитой инфраструктурой.

 

В области ОрВД (АТМ:)

Ограничения систем АТМ логичным образом вытекают из недостатков системы CNS.

Технические недостатки CNS кратко можно сформулировать следующим образом:

- ограничения в распространении информации;

- ограничения речевой связи;

- недостаточная зона обеспечения навигационной информацией;

- недостаточная зона перекрытия по наблюдению;

В результате имеется неполная информация о фактическом местоположении воздушного судна, о краткосрочном и долгосрочном прогнозе его движения по определенной части маршрута, что в свою очередь требует применения процедурных методов УВД.

Применение процедурных методов УВД не обеспечивает максимальной эффективности профилей полета или полной возможности навигационных систем, т.к. полеты планируются через поворотные промежуточные точки, а не по ортодромическим маршрутам. Такая ситуация не позволяет использовать современные навигационные системы АТМ с максимальной эффективностью.

Отсутствие цифровых систем обмена данными воздух-земля, и отсутствие общих стандартов и подобия между различными органами УВД уменьшает возможность автоматизации обмена данными в системе АТМ. Различные уровни развития или раздробленное развитие систем АТМ не позволяет максимально эффективно использовать воздушное пространство и ограничивает применение процедурного УВД на ряде воздушных трасс во всем мире.

Применение автоматизации функций ОрВД на земле снимет ряд недостатков и позволит пользователям воздушного пространства выполнять полеты с большей эффективностью.

Указанные выше недостатки наглядно показывают, что существующая система CNS/ATM не позволяет максимально использовать возможности процедур УВД, воздушного пространства и бортового оборудования. Введение будущей системы с глобальной цифровой связью, улучшенной навигацией - основная перспектива существующих систем УВД.

 

 

5.2 CNS/ATM – концепция перспективной глобальной системы аэронавигации

В 1983 г., ICAO, признавая обостряющиеся ограничения существующих аэронавигационных систем и необходимость их совершенствования, учредила Специальный комитет по будущим аэронавигационным системам FANS I.

Предпосылки создания будущей аэронавигационной системы:

· увеличение объёма авиаперевозок во всех регионах мира и перегрузка аэропортов

· ограничения в пропускной способности воздушного пространства, особенно на маршрутах большой протяжённости

· стремление авиакомпаний оптимально использовать воздушное пространство (получать выигрыш в расстоянии, высотах полёта, в расходе топлива)

· стремление авиакомпаний к максимально экономичному использованию наземной структуры (уменьшение задержек при рулении и взлёте, сокращение ТО)

· моральное и физическое старение средств связи, навигации, наблюдения и их несоответствие современным требованиям

· возможность использования в аэронавигационной системе новых спутниковых информационных технологий

В 1988 г. комитет FANS I предложил перспективную концепцию построения CNS, основанную на спутниковых технологиях, и принципы развития системы организации воздушного движения ATM.

Следующий комитет, FANS II, разработал глобальный план внедрения концепции, принятый в сентябре 1991 г. на 10 Аэронавигационной конференции ICAO

Концепция CNS/ATM реализуется на использовании передовых спутниковых и наземных технологий навигации, наблюдения и связи в их разумном сочетании