Лекции 3,4 применение автоматизированных навигационных комплексов

Ни одно отдельно взятое техническое средство навигации не является универсальным ни по объему решаемых задач, ни по применению в различных условиях навигационной обстановки. Поэтому практикой самолетовождения уже на первых этапах его развития был выработан основной принцип навигационной работы, заключающийся в совместном использовании различных, независимых друг от друга, навигационных средств.

Основная идея этого принципа — достижение наибольшей точности и надежности выполнения операций за счет компенсации недостатков одних датчиков навигационной информации преимуществами других. Например, объединение в курсовых системах магнитного, астрономического и гироскопического датчиков направления обеспечило надежное получение курса самолета практически в любых условиях полета — на прямолинейных участках ЛЗП и на разворотах, в областях нормального поля Земли и вне их, в условиях видимости небесных светил и под облаками.

Возникающие при большом объеме поступающей информации трудности ее обработки преодолеваются всесторонней автоматизацией измерительных, вычислительных и логических операций, т. е. повышением производительности умственного труда экипажей.

Основы автоматизированного решения навигационных задач современные проблемы воздушной навигации

Развитие гражданской авиации и расширение ее применения в различных областях народного хозяйства непрерывно изменяют и условия решения навигационных задач в полете.

Повышение интенсивности воздушного движения предъявляет новые требования к точности навигации в целях предупреждения столкновений между самолетами в воздухе при пересечениях воздушных трасс, а также для обеспечения приема прибывающих в зону аэропорта самолетов. Точная навигация является главным фактором, позволяющим повысить пропускную способность воздушных трасс за счет более плотного бокового, вертикального и продольного эшелонирования.

Для повышения экономической эффективности транспортных полетов дальние рейсы, например через океаны, организуются с выбором оптимального маршрута, учитывающего распределение ветра на трассе. Такие маршруты более сложны для навигационного обеспечения по сравнению с обычными ортодромическими трассами и требуют специальных мер для их успешного выполнения. Влияние экономики проявляется также в тенденции к сокращению летного экипажа, что требует, в частности, обеспечения командира экипажа автоматизированными бортовыми и наземными техническими средствами.

Общая логическая схема навигационного процесса, оставаясь в принципе неизменной, практически реализуется при скоростных и высотных полетах с существенными особенностями, вытекающими из требований к технике и методике навигации конкретных летательных аппаратов. Для обеспечения наибольшей надежности и точности в любых возможных условиях полета на борту современного самолета необходимо иметь несколько независимых датчиков курса и скорости полета, работающих на различных принципах действия, а определение текущих координат вести как методами независимых определений, так и методами счисления. Увеличение числа каналов сбора навигационной информации достигается также путем дублирования некоторых одинаковых датчиков.

Особенности траекторий и временных характеристик движения самолетов требуют выполнения всех вычислительных и логических операций немедленно в реальном масштабе времени или даже с упреждением (прогнозирование хода полета) и тем самым определяют необходимость высокой оперативности при сборе и обработке информации.

Повышенные требования предъявляются также и к пилотированию, которое должно обеспечить высокое качество регулирования режима полета и особенно качество переходных процессов: плавность (апериодичность), краткость (малую постоянную времени), астатизм (отсутствие систематической ошибки по окончании переходного процесса), устойчивость. Для выполнения этих задач необходимы повышение точности и оперативности выработки решений на изменение положения органов управления самолетом и его двигательной установкой.

Реализация отмеченных требований приводит к усложнению информационных процессов на борту летательного аппарата, резкому повышению их объема и темпа.

В связи с развитием средств сбора навигационной информации, усовершенствованием и созданием новых датчиков курса, высоты, скорости, угла сноса, параметров линий положения и других величин экипаж получает такой объем исходных данных, который не может быть полностью использован при решении задачи навигации «ручными» способами, когда основные вычислительные и логические операции выполняются штурманом или пилотом. Это является следствием ограниченных возможностей человека при обработке информации в процессе управления.

Существенным недостатком человека-оператора является также его ограниченная возможность оперировать с многозначными числами, даже при использовании средств механизации счета (линейки, номограммы и т. п.), что непосредственно сказывается на точности результатов.

Из других недостатков человека, как звена в системе управления, следует отметить утомляемость при выполнении однообразных операций, подверженность мешающему воздействию внешних факторов, малую оперативную память.

Все эти недостатки особенно сказываются на тех этапах полета, где навигационные и пилотажные задачи тесно переплетаются между собой (при сложном маневрировании на маршруте и заходе на посадку). Определение целесообразного воздействия на органы управления самолетом на основании показаний навигационных приборов требует в этих случаях быстрого и точного учета таких характеристик движения, как скорости изменения (производные) координат, без чего не обеспечиваются плавный вывод и удержание самолета на программной траектории. Выработка пилотажных решений чисто интуитивным или рефлекторным (приобретенным в процессе предыдущего опыта и тренировок) путем в условиях современных полетов уже себя не оправдывает. Так, при использовании для захода на посадку только нуль-индикаторов курса и глиссады пилот практически не в состоянии точно вести самолет по заданной программе, так как эти приборы не дают информации о скоростях изменения координат.

Применение автоматизации для совершенствования навигации и пилотирования современных самолетов основывается на ряде преимуществ вычислительных устройств по сравнению с человеком-оператором (пилотом или штурманом) при решении задач общей логической схемы навигации.

Эти преимущества следующие: высокая скорость выполнения вычислительных и простейших логических операций, высокая (при применении цифровых машин практически неограниченная) точность вычислений, большая оперативная память и малое время обращения к ней, быстрая реакция на внешние сигналы, меньшая подверженность ошибкам при выполнении многократно повторяющихся операций, отсутствие «усталости».

Однако преимущества автоматических устройств при выполнении конкретных операций навигационного процесса не умаляют ведущей роли человека на пилотируемом летательном аппарате, для которого любая машина является орудием, повышающим производительность труда. Человек обладает целым рядом психофизиологических свойств, позволяющих решать навигационные задачи, как и вообще задачи управления, в условиях, когда машина оказывается неэффективной. К таким свойствам относятся:

большой диапазон принимаемых сигналов;

способность к инициативе в случаях изменения обстановки, требующих творческого решения задачи и выработки суждений в условиях недостаточности поступающей информации;

длительная память, позволяющая учитывать накопленный опыт.

Основными задачами автоматизации навигации являются:

• сбор первичной информации от всех применяемых в данных условиях датчиков;

• обработка полученных данных оптимальными способами;

• полное (по трем координатам) решение навигационной задачи с использованием точных аналитических зависимостей на основе оптимального комплексного использования различных датчиков;

• решение всех вычислительных и логических задач в реальном масштабе времени, с наименьшим временем запаздывания;

• обеспечение наглядной и оперативной автоматической индикации внешних условий и навигационных элементов движения самолета;

• повышение экономичности полетов.