Радиооборудование и навигационные системы: SELCAL, GNSS, CPDLC.

В статье затронуты проблемы радиооборудования и навигационных систем при полетах в полярных районах Северного полушария, а в частности: SELCAL, GNSS, CPDLC.

1. SELCAL

        В международной авиации SELCAL или SelCal представляет собой радиосистему избирательного вызова, которая может предупредить экипаж воздушного судна о том, что наземная радиостанция желает установить связь с воздушным судном. SELCAL использует наземный кодировщик и радиопередатчик для трансляции аудиосигнала, который принимается декодером и радиоприемником на самолете. Использование SELCAL позволяет экипажу воздушного судна получать уведомления о входящих сообщениях, даже когда радио самолета отключено. Таким образом, членам экипажа не нужно уделять свое внимание непрерывному прослушиванию радио.

        SELCAL работает в диапазонах радиочастот высокой частоты(HF) или очень высокой частоты(VHF), используемых для авиационной связи. Высокочастотное радио часто имеет чрезвычайно высокий уровень фонового шума, и его может быть трудно слушать или отвлекать в течение длительных периодов времени. В результате экипажи обычно уменьшают громкость радиосвязи, если только она не требуется немедленно. Уведомление SELCAL активирует сигнал экипажу о том, что они вот-вот получат голосовую передачу, так что у экипажа есть время увеличить громкость.

        Каждому самолету присвоен свой собственный код SELCAL. Чтобы инициировать передачу на SELCAL, оператор наземной станции-радист вводит код SELCAL воздушного судна в кодировщик SELCAL. Кодировщик преобразует четырехбуквенный код в четыре обозначенных звуковых сигнала. Затем передатчик радиста последовательно транслирует звуковые сигналы по радиочастотному каналу компании воздушного судна: первая пара звуковых сигналов передается одновременно продолжительностью около одной секунды; пауза продолжительностью около 0,2 секунды; за ней следует вторая пара звуковых сигналов продолжительностью около одной секунды.

        Код принимается любым авиационным приемником, контролирующим радиочастоту, на которой транслируется код SELCAL. Декодер SELCAL подключен к радиоприемнику каждого самолета. Когда декодер SELCAL на воздушном судне получает сигнал, содержащий присвоенный ему код SELCAL, он оповещает экипаж воздушного судна звуковым сигналом, включением световой сигнализации или обоими способами.

        Затем экипаж увеличивает громкость бортового радио, чтобы услышать входящую голосовую передачу. Используя протокол радиосвязи ИКАО, они должны подтвердить у передающего оператора, что они являются предполагаемыми получателями сообщения. Затем экипаж использует полученную информацию.

        Отдельному воздушному судну присваивается код SELCAL после подачи заявления в регистратор кодов SELCAL, Aviation Spectrum Resources, Inc.(ASRI). Технически код присваивается владельцу-эксплуатанту воздушного судна, а не самому воздушному судну; если воздушное судно продается, новые владельцы-эксплуатанты должны подать заявку на новый код.

        Код представляет собой последовательность из четырех букв, записываемую или передаваемую в виде упорядоченных двух наборов по две буквы в каждом (например, AB-CD). Буквы выбираются из подмножества латинского алфавита, состоящего из A через S, исключая I, N и O. Буквы внутри данной пары записываются или передаются в алфавитном порядке(например, AB-CD является допустимым отдельным кодом SELCAL, как и CD-AB, но CD-BA таковым не является). Данная буква может быть использована только один раз в коде SELCAL; буквы не могут повторяться (например, AB-CD допустимо, но AA-BC и AB-BC- нет).

        Правила присвоения кода SELCAL с шестнадцатью доступными буквами / тонами ограничивают количество возможных допустимых кодов 10 920. Кроме того, ранее присвоенные коды SELCAL используют подмножество всего из двенадцати букв / тонов. Следовательно, несколько воздушных судов могут быть обозначены одним и тем же кодом.

        Чтобы избежать путаницы из-за того, что два или более воздушных судов используют один и тот же код SELCAL, ASRI пытается присвоить дубликаты кода воздушным судам, которые обычно не работают в одном регионе мира или на одних и тех же частотах КВ-радио. Однако воздушные суда обычно перемещаются между разными географическими регионами, и в настоящее время обычным делом является обнаружение двух воздушных судов с одинаковым кодом SELCAL, выполняющих рейсы в одном регионе.

        Проект расширения SELCAL 32 запущен после октября 2018 года в стадии оценки, чтобы увеличить количество возможных допустимых кодов.

2. GNSS

        Спутниковая система навигации — система, предназначенная для определения местоположения наземных, водных и воздушных объектов, а также низкоорбитальных космических аппаратов. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорость и направление движения приёмника сигнала. Кроме того, могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из космического оборудования и наземного сегмента (систем управления).

        Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

        Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной (на самом деле этот вопрос крайне сложный, на скорость влияет множество слабопредсказуемых факторов, таких как характеристики ионосферного слоя и пр.). Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

        ГНСС состоит из трех основных сегментов:

        1. Орбитальная группировка спутников (созвездие) или космический сегмент.

        2. Cегмент управления, включающий сеть станций слежения по всему земному шару и центральный пункт управления. Станции принимают сигналы от спутников, отслеживают их орбиты и осуществляют управление спутниками.

        3. Сегмент пользователей – т.е. тех, кто непосредственно использует приемники сигналов для определения координат.

        В настоящее время в мире, помимо ГНСС ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), Китай и страны Европейского союза проводят работы по развертыванию ГНСС Beidou и Galileo. Япония и Индия разворачивают региональные навигационные спутниковые системы QZSS и IRNSS соответственно.

        Основные достоинства и преимущества:

-Не требуется прямой видимости между пунктами.

-Благодаря автоматизации измерений сведены к минимуму ошибки наблюдателей.

-Позволяет круглосуточно при любых погодных условиях определять координаты объектов в любой точке Земного шара.

-Точность GNSS-определений мало зависит от погодных условий (дождя, снега, высокой или низкой температуры, а также влажности).

-GNSS позволяет значительно сократить сроки проведения работ по сравнению с традиционными методами.

GNSS-результаты представляются в цифровом виде и могут быть легко экспортированы в картографические или географические информационные системы (ГИС).

3. CPDLC

        CPDLC (Controller Pilot Data Link Communications) это система связи, используемая в авиации для обмена данными между диспетчером и пилотом. Эта технология была разработана для улучшения эффективности полетов и снижения вероятности ошибок и непонимания между диспетчером и пилотом.

        Безопасность является основным условием выполнения полетов. Под безопасностью полетов понимается комплексная характеристика воздушного транспорта, которая определяет способность выполнять полеты без угрозы для жизни и здоровья людей. CPDLC позволяет снизить нагрузку на пилота путем уменьшения переговоров по радиосвязи. Наличие второго канала связи позволяет снизить ошибки и усталость экипажа и тем самым способствует повышению уровня безопасности полетов.

        Преимущества CPDLC: сокращение объема связи на частоте органов УВД, увеличение пропускной способности по секторам, параллельная обработка большого количества запросов пилотов, сокращение ошибок при связи (в том числе, неправильных позывных), сокращение количества переходов на другую частоту и, как следствие, ошибок при связи.

       CPDLC позволяет обмениваться текстовыми сообщениями через специальный датчик на борту самолета. Благодаря этому, пилоты и диспетчеры могут общаться на больших расстояниях и в тех случаях, когда радио связь между ними ограничена. Важно отметить, что эта система не заменяет радиосвязь, но может использоваться параллельно с ней.

        Один из преимуществ CPDLC заключается в улучшении точности и скорости передачи сообщений. Вместо устной радиосвязи, пилоты и диспетчеры используют предварительно определенные команды и фразы, что снижает вероятность непонимания и ошибок при передаче сообщений. Это также улучшает безопасность полетов.

        Еще одним преимуществом CPDLC является снижение нагрузки на радио частоту. Большое количество сообщений, передаваемых во время полетов, могут создавать перегрузки на радиочастотах, что приводит к осложнениям в радиосвязи. С помощью CPDLC, пилоты и диспетчеры могут передавать информацию текстом, что снижает нагрузку на радиочастоту.

CPDLC также может использоваться для передачи другой важной информации, такой как метеорологические условия, информация об ограничениях на маршруте полета, изменения в прогнозе погоды и другие важные аспекты, связанные с полетом.

        Система CPDLC является современной технологией, которая значительно улучшает процесс связи между диспетчером и пилотом. Это позволяет улучшить безопасность полетов, увеличить эффективность работы и снизить нагрузку на радиочастоту.

        Внедрение AZN и CPDLC на севере России обусловлено трудностями развития авиационной промышленности. Они связаны с тем фактом, что средства управления воздушным движением уже устарели. Поэтому в качестве решения проблемы предлагается внедрить автоматический зависимый мониторинг в практику организации и проведения полетов. Внедрение CPDLC предусмотрено на отдельных этапах, это делается для того, чтобы риски были как можно меньше.

Предлагается осуществлять внедрение CPDLC следующим образом:
-установить, в какой сфере нужно использовать технологию АЗН;

-протестировать возможные решения;

-проанализировать то решение, которое является технически возможным;

- протестировать работу по взаимодействию пилотов и диспетчеров, которые управляют воздушным движением на основе технологии АЗН;

- совершенствовать документацию;

Существенным требованием к характеристикам систем наблюдения является минимизация времени задержки, связанной с транспортировкой данных. Задержка приемлема, конечно, если считается, что все данные наблюдения в пределах системы сопровождаются временными отметинами. По сути, для систем обработки радиолокационных данных лучше принимать с определенной радиолокационной задержкой блоки данных, содержащие точную временную метку, чем быстро получать блоки радиолокаций данных с неопределенной временной меткой. Главной целью обмена данными наблюдения является транспортировка данных наблюдения от источника к определенным потребителям с помощью соответствующей инфраструктуры связи на основе сетей. Следует отметить, что современное состояние развития инфраструктуры связи в СН характеризуется все большим использованием развитых сетевых технологий для распространения данных наблюдения.

        Развитие систем контроля параметров полета характеризуется:

-высоким уровнем автоматизации процессов;

-глубокой интеграцией IT-приложений;

-увеличением сложности ИТ-продуктов;

-ростом объемов их внедрения в систему.

На основании выполненной работы можно сделать выводы:

Использование CPDLC дает возможность улучшить и освободить диспетчера от голосовой связи, а также определить максимальные возможности человека при интенсивном воздушном движении. Таким образом, это увеличит степень эффективности работы механизма «человек-машина» и в свою очередь безопасность полетов при проблемах радиосвязи.