Принцип и основные операции автоматизированного навигационного процесса

На базе современной техники можно создать автоматическую систему управления, обеспечивающую решение задач воздушной навигации без всякого участия человека. Известны образцы беспилотных самолетов и других летательных аппаратов, навигационно-пилотажное оборудование которых обеспечивает взлет, полет с необходимым маневрированием по заданной траектории и посадку. Однако надежность и стоимость этих средств далеко не соответствуют требованиям гражданской авиации. Поэтому все современные автоматизированные навигационные средства гражданских самолетов развиваются как средства автоматического выполнения возможно большей части функций общей логической схемы навигации под контролем и управлением экипажа, осуществляющего ответственные, но несложные (в основном логические) операции.

Автоматизированным навигационным комплексом(АНК) называется совокупность конструктивно связанных между собой бортовых навигационных средств, обеспечивающих решение экипажем навигационной задачи при совместном использовании нескольких (бортовых, наземных, спутниковых) датчиков исходной информации и автоматическом выполнении вычислительных и части логических операций.

В состав АНК входят следующие характерные группы бортовых средств:

• датчики навигационной информации (ДНИ);

• один или два навигационных вычислителя (НВ);

• устройства управления, индикации и сигнализации (УУИС);

• вспомогательные устройства (блоки коммутации, специальные источники электропитания и др.).

Решение навигационной задачи заканчивается выработкой сигналов отклонения самолета от заданной пространственно-временной траектории (программы) полета и выбором алгоритма (метода) устранения отклонений с определением регулируемых параметров (z, ż, Δβ, ΔHи т. д.).

Непосредственное управление самолетом осуществляется группой бортовых устройств, составляющих автоматизированный пилотажный комплекс (АПК). Взаимодействие АНК и АПК состоит в том, что АПК, приняв навигационную информацию от АНК, формирует на ее основе командные пилотажные сигналы по крену, тангажу и воздушной скорости и реализует их через автопилот или командно-пилотажные (директорные) приборы. Тесно связанные между собой АНК и АПК составляют в совокупности навигационно-пилотажный комплекс самолета (НПК).

Общая схема работы анк

Рис. 1. Общая схема решения навигационной задачи в АНК

Общая схема работы АНК (рис. 1) складывается из выполнения следующих основных операций.

Перед полетом производится навигационное программирование, заключающееся в формировании и вводе в память НВ информации, характеризующей заданный пространственно-временной график движения и параметры наземных средств коррекции.

Наиболее совершенные АНК с цифровыми вычислителями требуют ввода только географических координат, высот, времен прохода всех ППМ и координат средств коррекции. Преобразование этих данных в параметры, непосредственно используемые при решении навигационных задач, выполняется в НВ автоматически. В другие АНК (как правило, с аналоговыми НВ) вводятся уже готовые программные данные для каждого этапа полета (путевые углы, расстояния, ортодромические координаты средств коррекции), расчет которых по исходным данным должен выполняться вне АНК при подготовке к полету.

В полете по данным автономных датчиков (доплеровских, инерциальных, аэродинамических) ведется непрерывное счисление текущих координат места самолета (МС_СЧ). Периодически или непрерывно производится определение координат независимыми методами (МС_НЕЗ) с помощью автономных средств (БРЛС, астроориентатора, визуально) или радионавигационных систем (УДНС, РДНС). По результатам независимых определений производится оптимизация текущих координат, определяемых комплексом, которая может выполняться автоматически, полуавтоматически или вручную.

Полученные оптимизированные координаты МС_0ПТсравниваются с программными (заданными) координатами МС_З, в результате чего определяется вектор рассогласованияrили его составляющие — боковое отклонениеzсамолета от ЛЗП и ошибкаΔSпо дальности в текущий момент времени. На основании данных о векторе рассогласования вырабатывается навигационное решение: во-первых, выбирается метод навигации («непосредственная коррекция» или «управление навигационным режимом») и, во-вторых, определяются регулируемые параметры принятого метода.

При методе непосредственной коррекции регулируемыми параметрами, приводимыми к нулевым значениям, являются отклонения текущих координат самолета от их программных значений в данный момент времени: линейное боковое отклонение Zот ЛЗП (ошибка боковой координаты) и расчетное значение ошибкиΔTвремени прибытия в контрольную точку (являющееся следствием ошибкиΔSпродольной координаты) или угловое уклонениеΔА_Ссамолета от ЛЗП, заданной как ЛРПС относительно УДНС (РСБН илиVOR/DME), а также ошибкаΔTвремени прибытия.

Если применяется метод управления навигационным режимом, регулируемыми будут параметры вектора путевой скорости — путевой угол β(или его поправкаΔβ) и величина путевой скоростиW(или поправкаΔW).

Получаемые текущие значения регулируемых параметров, а часто и их производные (также формируемые в АНК), передаются в пилотажный комплекс для выработки сигналов управления самолетом.

В процессе автоматизированного решения навигационных задач управляющая роль экипажа обеспечивается работой устройств управления, индикации и сигнализации (УУИС), которые позволяют постоянно или периодически (по вызову) получать информацию о текущих координатах, элементах движения, параметрах вектора рассогласования, состоянии основных частей комплекса. На основе этой информации экипаж следит за автоматическим процессом навигации, но при необходимости вмешивается в его ход, используя пульты управления для реализации навигационных решений, выходящих за рамки возможностей автоматики.

Основу АНК и АПК, обеспечивающую им качественно новые возможности по сравнению с другими навигационными средствами, составляют вычислительные устройства, используемые на всех этапах обработки информации. Центральный вычислитель может выполнять не только операции собственно навигационной задачи, но и вычислительную обработку в целях оптимизации первичных измерений (например, курса, путевой скорости), а также автоматический контроль работы датчиков и своих собственных вычислительных схем. Характеристиками вычислительного устройства, примененного в данном АНК, во многом обусловливаются навигационные возможности комплекса в целом.

Переход к автоматизированному решению навигационных задач при использовании многих источников информации требует решения ряда принципиальных вопросов, связанных с выбором основной системы координат АНК, вида аналитических зависимостей для решения навигационных задач, способов отыскания оптимальных значений навигационных параметров и координат МС при наличии избыточной информации, объема и вида необходимой индикации различных навигационных величин, способов управления автоматическими устройствами со стороны экипажа.