Роль спутниковой навигации в гражданской авиации

Развитие инновационных технологий навигационного оборудования для летательных аппаратов сегодня становится первостепенной задачей для авиации. Практика регулирования развития гражданской авиации привела к деформации интенсивности воздушных потоков: свыше 80% всех перевозок в стране привязаны к московским аэропортам. В связи с этим возрастает необходимость обеспечения безопасности полетов.

Сейчас управление полетами выполняется с помощью системы, запущенной шведскими разработчиками в 1980 году. Это означает, что за 35 лет никаких значимых изменений в обеспечении безопасности не произошло. «Аэропорты и авиакомпании самостоятельно внедряют собственные системы спутникового наблюдения за наземным обслуживанием и обеспечением прилетов-вылетов без сопряжения с «новой» системой управления воздушным движением. Как результат – катастрофы из-за отсутствия информационной координации всех служб, – пояснил исполнительный директор Фонда развития инфраструктуры воздушного транспорта Валерий Ентальцев. – Из-за отсутствия единой информационной системы взаимодействия участников аэронавигационной системы создаются слабо контролируемые сбойные ситуации операций взлета и посадок в аэропортах, возникают несанкционированные издержки векторения движения, информационно раскоординированы аэропортовые службы». Это напрямую влияет на комплексное состояние систем управления безопасностью полетов в отрасли.

Важным элементом обеспечения безопасности полетов является совершенствование системы радиосвязи на воздушном транспорте, бортового радиотехнического оборудования. Воздушное судно (ВС), имеющее средства радиосвязи, и соответствующий орган обслуживания воздушного движения (управления полетами) обязаны осуществлять между собой радиосвязь.

Для осуществления радиотехнического обеспечения полетов ВС и радиосвязи с ними специально уполномоченным органом в области обороны в установленном порядке выделяются радиочастоты, которые должны быть защищены от помех.

В соответствии с концепцией федеральной целевой программы (ФЦП) «Создание и развитие Аэронавигационной системы России» предусматривается переход к перспективным наземным и бортовым спутниковым средствам и многофункциональным космическим системам (КС).

Внедрение перспективной авионики, основанной на спутниковых технологиях, для связи, навигации, управления и организации воздушного движения позволит повысить уровень авиационной безопасности к 2025 г. в 2,7 раза.

Основное требование к навигационному оборудованию летательных аппаратов – это высокоточное, автономное, высокоскоростное определение местоположения, учитывающее не только и не столько географические координаты воздушного судна, а прежде всего направление движения самолета, его курс и тангаж (угол наклона), линейное и угловое ускорение. Причем формат представления навигационной информации должен быть тоже разный. Это и визуальное отображение на экранах МФИ, угловые координаты на авиагоризонте, цифровой формат на стрелочных указателях и табло курса и скорости, а также автоматический учет всех данных в бортовых компьютерах, управляющих пилотажно-навигационным комплексом и системой управления оружия с привязкой к цифровой карте местности. Также важны надежность и многократное резервирование всех навигационных систем.

Современная авиация все больше и больше полагается на спутниковые навигационные системы для обеспечения точности и надежности навигации в воздухе. Учитывая значительный рост числа авиационных полетов и развитие технологий, становится все более важным исследование и развитие спутниковых навигационных систем в авиации. В настоящее время в мире реально функционируют две глобальные СНС: американская GPS и российская ГЛОНАСС. Поскольку принципы работы GPS и ГЛОНАСС одинаковы, достигнута договоренность между Российской Федерацией и США о выпуске таких бортовых приемников СНС, которые могли бы принимать сигналы от спутников обеих систем. Это существенно повысит точность и надежность определения координат.

Современные летательные аппараты используют информацию от нескольких спутниковых навигационных систем. Это прежде всего российская система ГЛОНАСС, американская GPS-Navstar. В последнее время получают развитие китайская система «Бэйдоу», европейская – «Галилео», индийская – IRNSS, японская – QZSS. Положительной чертой и главным достоинством спутниковой навигационной системы (СНС) являются точность и оперативность работы. К проблемным вопросам для всех СНС эксперты относят подверженность их поисковому воздействию, включая создание ложных созвездий, и, как следствие, ошибочное определение местоположения.

«Бортовое оборудование спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS занимает важное место в структуре современных бортовых комплексов самолетов и вертолетов. Оно используется не только для определения текущего местоположения и навигации по маршруту: его данные являются основой для таких систем обеспечения безопасности полета, как TAWS (система предупреждения о приближении к земле), АЗН-В (аппаратура зависимого наблюдения и вещания), систем спутникового мониторинга и других. Если сравнивать GPS и ГЛОНАСС, то у каждой системы есть свои достоинства и недостатки. С точки зрения эксплуатационных характеристик система ГЛОНАСС имеет более высокую эффективность при использовании в северных широтах. Бортовое оборудование спутниковой навигации, разрабатываемое российскими производителями, поддерживает оба спутниковых созвездия, а также имеет возможность работы с глобальными и локальными системами функционального дополнения».

Принцип работы спутниковых навигационных систем основан на взаимодействии трех основных компонентов: спутников, приемников и контрольных станций. Система состоит из сети спутников, орбиты которых расположены таким образом, чтобы они покрывали всю поверхность Земли. Каждый спутник имеет встроенные атомные часы и постоянно передает сигналы на Землю. Приемник, установленный на наземном объекте, получает сигналы от нескольких спутников и обрабатывает их. Принцип работы состоит в том, что каждый спутник передает сигнал со своим временем передачи. Приемник сравнивает время прихода сигнала от каждого спутника и определяет задержку сигнала на основе времени, которое требуется сигналу для преодоления расстояния между спутником и приемником. Зная задержку сигнала от нескольких спутников и их координаты, приемник может вычислить свое текущее местоположение, применяя законы трехмерной геометрии. Важно отметить, что для более точного определения местоположения, необходимо иметь сигналы от нескольких спутников. Чем больше спутников будет доступно для приемника, тем точнее будет определение местоположения. Обычно для надежной работы достаточно сигналов от минимум четырех спутников.

Необходимо заметить, что создание систем СС сопряжено с большими финансовыми вложениями.

Необходимость обязательного оснащения воздушных судов аппаратурой спутниковой навигации определена постановлением Правительства РФ от 25.08.2008 № 641 «Об оснащении транспортных средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS».

Сегодня в России разработана спутниковая система контроля местоположения (ССКМ) воздушных судов, в состав которой входит система подвижной спутниковой связи «ИНМАРСАТ», спутники ГЛОНАСС, GPS и сеть Интернет. В состав авиационного терминала ССКМ входят:

• блок спутникового приемопередатчика (совмещенного с приемником ГЛОНАСС/GPS и антенной);
• пульт с кнопкой тревожной сигнализации;
• пульт управления.

ССКМ установлена на вертолетах Ми-8АМТ и Ми-26. При перелете вертолета Ми-8АМТ из Тюмени в Конго ССКМ позволила представителям авиакомпании получать информацию о местоположении воздушного судна и его параметрах в реальном времени и при необходимости своевременно принять меры по обеспечению безопасности полета. Применение космических систем связи и навигации в авиации позволит повысить безопасность и регулярность полетов.

Пространственное место самолета в вычислительных станциях СНС определяется относительно спутников. Понятно, что чем точнее известно местоположение спутников на орбитах, тем точнее будут определены координаты ВС.

Текущие координаты спутников рассчитываются в бортовых приемниках по известным элементам орбит. Все эти данные в составе навигационного сообщения поступают в бортовой приемник, который и рассчитывает текущие координаты спутника, то есть, по сути, осуществляет счисление его координат. Как и в любой системе счисления координат, погрешности счисления координат возрастают с течением времени. Погрешность расчёта координат спутника тем больше, чем больше времени прошло с момента времени, на который были определены параметры орбиты. Однако эти параметры обновляются достаточно часто, поэтому значительная погрешность, как правило, не успевает накопиться. Еще одним из таких факторов является погодные условия, такие как облачность и атмосферные явления, которые могут влиять на сигналы спутников. Также важно иметь надежные антенны и приемники для получения и декодирования сигналов спутниковой навигации.

На рынке спутниковых навигационных систем продолжают наблюдаться технологические достижения и интеграция с другими технологиями. К ним относится интеграция спутниковых навигационных систем с другими датчиками, такими как инерциальные измерительные блоки (IMU), для повышения точности позиционирования, особенно в сложных условиях. По мере развития технологий спутниковые навигационные системы будут играть всё более важную роль в формировании будущего транспорта, сельского хозяйства, реагирования на чрезвычайные ситуации. Благодаря постоянному совершенствованию и интеграции с другими технологиями, спутниковые навигационные системы будут по прежнему обеспечивать основу для точной и надёжной навигации, позволяя нам исследовать мир и ориентироваться в нём с уверенностью и эффективностью.