4. Использование срнс в сельском хозяйстве

Работы по использованию СРНС в сельском хозяйстве стали появляться сравнительно недавно. Очевидны преимущества СРНС при обеспечении задач наблюдения, землеустрой­ства, организации землепользования и т.д.

Другим направлением является обеспечение способов проведения точных работ во время сева и обработки посевных площадей, что возможно с использованием методов точ­ных относительных определений. Такая технология позволяет существенно повысить уро­жайность многих культур.

В [25] рассматриваются результаты работы по алгоритмическому обеспечению дви­жения транспортного средства при сельскохозяйственных работах в условиях проведения измерений положения этого средства с помощью апппаратуры спутниковой дифференциаль­ной подсистемы. Синтезируются алгоритмы предсказания траектории, а также визуализации внешних условий при использовании картографических и других данных.

Для проведения сельскохозяйственных работ фирмой Trimble начала выпускаться специализированная аппаратура AgGPS-122 и AgGPS-132, которая позволяет создавать спе­циальные линейные или площадные карты (планы), проводить маркировку угодий, обозна­чать поворотные пункты маршрутов и создавать навигационную сеть. Аппаратура включает телескопическую антенну, батареи питания, адаптер питания и вспомогательные соедини­тельные кабели [26]. Для этих же целей фирма Ag Leader также разработана аппаратуру PF3000 [26].

В дальнейшем число подобных работ будет возрастать, о чем свидетельствуют регу­лярно проводимые по этой теме конференции и другие мероприятия.

5. Применение срнс в гражданской авиации

1. Полет по маршруту

Использование СРНС в авиации определяется возможностями удовлетворения предъ­являемых высоких требований к точности и надежности навигационных определений (см. главу 1). Напомним, что при следовании ВС по маршруту в большинстве случаев требуемая точность (СКО) определения координат составляет от 5,8 км до 200 м [27]. В соответствии с разработанными ИКАО для маршрутного полета ТНХ (RNP) ВС должно находиться с веро­ятностью 95% (2 СКО) в полосе от ±1,85 до ±37 км. Одновременно в РРНП [27] предъявлены высокие требования по надежности: 0,999 - по доступности и целостности при допустимом времени предупреждения - 10 с.

Учитывая, что точность (СКО) определения координат с помощью ГЛОНАСС и GPS находится в пределах 35...50 м, бортовая аппаратура этих систем, исходя из указанных сооб­ражений, оказывается пригодной для выполнения поставленных задач. В то же время прин­ципы построения и конкретные временные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS по вы­явлению отказов и оповещению потребителей о возможных нарушениях в работе (главы 2 и 3) напрямую не позволяют считать БА СРНС пригодной к использованию в качестве основ­ного средства навигации ВС без принятия собственных специальных мер по выявлению и исключению измерений, подверженных нарушениям. Такими мерами, как отмечалось выше, являются разработка и реализация алгоритмов контроля целостности в приемнике (RAIM) и в навигационном комплексе (AAIM).

В главе 9 уже отмечалось, что к настоящему времени различными фирмами (Allied Signal, Trimble, Garmin, Bendix, Magellan, Collins и др.) разработано достаточно большое чис­ло приемников GPS (в основном для обеспечения полета по маршруту, в зоне АЭ и для не­точного захода на посадку) с разными характеристиками и потребительскими свойствами. При этом условно можно выделить следующие группы аппаратуры:

• дешевые приемники, выполняющие простые навигационные задачи; их применение требует от летного состава хорошей штурманской подготовки, поскольку в полете осуществляется лишь коррекция места;

• многофункциональные приемники с отображением информации в полете, позволяю­щие выполнять полет по маршруту по правилам полета по приборам;

• совмещенные приемники GPS/Com, в которых совмещены функции определения ме­стоположения и связи; при этом в автоматическом режиме могут передаваться сигна­лы SOS, координаты и др.;

• многофункциональные приемники, предусматривающие отображение информации на фоне цифровой электронной карты с выбираемым масштабом и возможности допол­нительного определения некоторых навигационных параметров (вектор ветра и др.);

• аппаратура, "стационарно" входящая в состав оборудования ВС.

Заметим, что приемники, входящие в первые четыре группы, являются индивидуаль­ными средствами летчика.

Многие образцы аппаратуры начали стихийно размещаться и использоваться на ВС различных классов и назначения. Поэтому возникла настоятельная потребность в регулиро­вании этого процесса.

Требования руководящих документов к функциям БА. Основными руководящими рабочими документами, определяющими возможность использования БА GPS, являются до­кументы Федеральной авиационной администрации США TSO С-129 от 10.12.92 г. "Допол­нительное бортовое навигационное оборудование, использующее глобальную систему опре­деления местоположения (GPS)" и Notice N8110.60 от 04.12.95 г. "GPS как основное средство навигации для полетов в океанических и удаленных районах", а также "Стандарт на мини­мальные рабочие характеристики бортовой авиационной аппаратуры GPS при ее использова­нии в качестве дополнительного средства" RTCA/DO-208.

Приказом №61 ФАС [28] в России "в целях более эффективного использования спутни­ковых навигационных систем в практике гражданской авиации и улучшения навигационных характеристик воздушных судов" предписано руководствоваться положениями TSO С-129 и Notice N8110.60 до разработки соответствующей отечественной нормативной базы, а также "Положением о порядке допуска воздушных судов России к полетам в системе зональной на­вигации (B-RNAV) в Европейском регионе" №3.10-41, утвержденным ФАС России 10.10.97 г.

Учитывая разнообразие созданной техники, в документе TSO С-129 проведена клас­сификация оборудования GPS. Оно разбито на классы А, В, С [28,29].

Бортовая аппаратура (БА) класса А включает приемник GPS и навигационный вычис­литель с функцией RAIM, объединенный с пультом индикации и управления (рис. 11.3). БА класса А1 одобрена для обеспечения полета по маршруту, в зоне аэродрома (АЭ) и при захо­де на посадку без средств точного захода, кроме курсовых радиомаяков (КРМ), средств наве­дения типа КРМ и упрощенных радиосредств направленного действия. БА класса А2 одоб­рена только для обеспечения полета по маршруту и в аэродромной зоне. БА класса А может использоваться на ВС, не оборудованных навигационными комплексами или системой управления полетом (FMS).

Рис. 11.3. Обобщенная структурная схема Б А СРНС класса А

БА класса В представляет собой датчик GPS, который поставляет информацию о па­раметрах полета в навигационный вычислитель НК или во FMS. БА класса В1 предназначена для обеспечения полета по маршруту, в зоне АЭ, захода на посадку без средств точного захо­да кроме КРМ, средств наведения типа КРМ и упрощенных радиосредств направленного действия. БА класса В2 предназначена для обеспечения полета по маршруту и в зоне АЭ.

БА классов В1 и В2 должна иметь функцию RAIM (рис. 11.4).

Y Координаты Параметры Сигналы Скорость для управления автоматического

Приемник	Время	Вычислитель		полетом			САУ	управления
СРНС		НК (FMS)				1
								/*
							Устройства	s
							индикации,	Т
				Сигналы RAIM (AAIM)			сигнализации, управления		Сигналы ручного управления

Рис. 11.4. БА СРНС классов В и С в составе бортового оборудования ВС

БА класса ВЗ предназначена для полета по маршруту, в зоне АЭ, для захода на посад­ку без средств точного захода кроме КРМ, средств наведения типа КРМ и упрощенных ра­диосредств направленного действия. БА класса В4 предназначена для полета по маршруту и в зоне АЭ. БА классов ВЗ и В4 должна иметь совместно с НК (FMS) функцию AAIM, экви­валентную функции RAIM.

БА класса С (Cl, С2, СЗ, С4) аналогична оборудованию класса В (BJ, В2, ВЗ, В4 соот­ветственно), но предназначена для ВС, НК или FMS которых имеют расширенные связи с системой управления (автопилотом) или командными пилотажными приборами, позволяю­щими снизить ошибки управления (пилотирования) ВС [29].

БА класса А содержит базу данных с координатами исходных и конечных пунктов маршрута (ИПМ и КПМ), поворотных (промежуточных) пунктов маршрутов (ППМ, WPT) и самими маршрутами (например, SID - стандартный маршрут вылета и STAR - стандартный маршрут прибытия), с координатами аэродромов, контрольных ориентиров, препятствий, пересечений трасс, с характеристиками используемых радиосредств (VOR, ПРС), ВПП, зон ограничений, запретов, предупреждений и т.д. Одновременно учитывается, что эти данные при использовании аппаратуры классов В и С находятся в вычислителе НК (FMS).

БА класса А может вычислять помимо геодезических координат (широты В и долготы L), высоты опорным эллипсоидом (Н), составляющих скорости (V_N, V_E, V_H) и времени (UTC), так­же путевую скорость (GS, SPD), путевой угол (TRK), удаление от очередного ППМ (DIS, DST),

б - 145

пеленг очередного ГОШ (BRG), линейное боковое уклонение (ЛБУ, ХТК, STR) от линии задан­ного пути (ЛЗП), время, оставшееся до прибытия в точку назначения при текущей скорости и курсе (ЕТЕ), расчетное время прибытия (ЕТА), скорость движения к точке назначения (VMG), заданный курс (CTS), требуемый разворот (TRN), заданный путевой угол (DTK), выбранный курс при смене ППМ (OBS) и др. (табл. 11.6).

Таблица 11.6. Обозначения параметров и режимов

Параметр, режим	Обозначение
Параметры:
Геодезические координаты:
широта	В(Ф)
долгота	LW
высота	H(alt)
Составляющие скорости (на север, восток и вверх)	VN, VE, VH
Время	UTC
Путевая скорость	GS, SPD
Путевой угол	TRK
Удаление от ППМ	DIS, DST
Пеленг ППМ	BRG
Линейное угловое уклонение	XTK, STR
Время до прибытия в точку назначения при текущей скоро­
сти и курсе	ETE
Расчетное время прибытия	ETA
Скорость движения к точке назначения	VMG
Заданный курс	CTS
Требуемый разворот	TRN
Заданный путевой угол	DTK
Выбранный курс при смене ППМ	OBS
Частота маяка	freq
Курс	Heading
Режимы:
навигация	NAV
программирование ППМ	WAYPOINT
программирование маршрута	FPL, RTE
имитация полета	Simulator
аварийный	NPST
установка	SET, SETUP
"направить на"	DIRTO, GOTO
просмотр сообщений	MSG
встроенный контроль	Test

Эта аппаратура может также осуществлять пересчет высот по давлению и плотности воздуха, истинной воздушной скорости, направления и скорости ветра, определение углов снижения и набора высоты для вертикального маневра, пересчет параметров из одной систе­мы координат в фугую и т.д.

К сожалению, летным составом отмечается излишнее многообразие в обозначениях и отсутствие стандартизации процедур использования приемников. Тем не менее можно выде­лить наиболее характерные режимы работы: навигация (NAV), программирование ППМ (WPT) и маршрут (FPL, RTE), аварийный (NRST), установка (SET), "направить на" (DIR ТО или GO ТО), просмотр текстовых сообщений (MSG), встроенный контроль, имитация полета. Летному составу предварительно нужно знать:

• порядок подготовки БА к полету;

• порядок управления БА на этапах полета;

• последовательность действий при изменении условий полета;

• способы использования информации в вычислителе для решения навигационных задач;

• способы взаимного контроля работоспособности БА СРНС и других навигационных средств;

• способы использования других средств навигации при отказах БА СРНС;

• порядок распределения внимания летного состава при использовании БА СРНС. Особое внимание должно уделяться процессу подготовки аппаратуры к полету, вклю­чающему:

• определение необходимых исходных данных;

• составление и ввод программы полета;

• предполетную подготовку и проверку БА.

Все это предполагает подбор и подготовку карт, выбор, прокладку и изучение мар­шрута и разработку штурманского плана полета.

Требования к индикации. Использование выходной информации БА летчиком осу­ществляется с помощью систем индикации (дисплеев). При этом может индицироваться как цифровая информация, так и графическая. Так, при индикации цифровой информации:

• дисплеи БА класса А2 должны обеспечивать непрерывное отображение информации с точностью, соответствующей разрешающей способности, требуемой для всего диапазона;

• дисплеи БА класса А2 должны отображать боковое отклонение до ±20 морских миль (м.м.) или ±37 км с разрешающей способностью 0,1 м.м. (до 9,9 м.м.) и 1 м.м. (1,85 км) свыше 9,9 м.м.;

• дисплеи Б А класса А1 должны отображать боковое отклонение с разрешающей спо­собностью 0,01 м.м. для отклонения менее, чем 1,0 м.м.;

• системы класса А1 должны вычислять и отображать погрешность выдерживания путевого угла либо в аналоговом, либо в цифровом виде с разрешающей способностью один град. При индикации нецифровой информации требуемые характеристики приведены в

табл. 11.7.

Таблица 11.7. Требуемые характеристики индикации кецифровой информации

Параметр	На маршруте и в зоне аэропорта	Переход к посадке	Некатегорированный (неточный) заход
Полный масштаб, м.м./км	5,0/9,25	1,0/1,85	0,3/0,556
Четкость показаний, м.м./км	<1,0/1,85	<0,1/0,185	<0,03/0,056
Разрешающая способность, %	±1	±1	±1
Центрированная точность, m.mVkm	0,2/0,37	0,1/0,185	0,01/0,0185
Линейность, %	20	20	20
Различимое движение, м.м./км	<0,1/0,185	<0,01/0,0185	<0,01/0,0185

Требования к вводу путевых точек (ППМ). В БА класса А2 должен быть преду­смотрен ручной ввод широты/долготы ППМ с разрешающей способностью не хуже 0,1 мин.

БА класса А2, которая выдает "расстояние до” / "пеленг" очередного ППМ, должна обладать разрешающей способностью не хуже 0,1 м.м. (0,185 км) и 0,1 град, соответственно.

В Б А класса А1 должен быть предусмотрен ручной ввод широты/долготы ППМ с раз­решающей способностью не хуже 0,01 мин.

БА класса А1, которая выдает "расстояние до" / "пеленг" очередного ППМ, должна обладать разрешающей способностью не хуже 0,1 м.м. (0,185 км) и 0,1 град, соответственно.

Требования к индикации отказов и состояний. В соответствии с TSO С-129 должна быть обеспечена индикация следующей информации:

• функции контроля целостности в приемнике (RAIM), определяющей ошибку местопо­ложения, которая превышает допуск, установленный для контроля целостности на этапах полета по маршруту и в районе аэропорта;

• потери функции контроля целостности (RAIM); это предупреждение может быть от­ложено на соответствующий интервал времени (для подтверждения);

• разрешения режима захода на посадку (БА класса А1);

• осуществления режима захода на посадку (БА класса А1);

• предупреждения о предстоящем автоматическом изменении полного масштаба дис­плея на 0,3 м.м. (0,556 км);

• напоминания "ввести барометрическую высоту";

• предупреждения пилоту "включить режим захода на посадку".

Примечание: дополнительные навигационные данные (расстояние, время и т.д.) должны быть помечены или устранены совсем, в случае, если их достоверность не может быть гарантирована (не все сообщения об отказах и состоянии требуют устранения навигационных данных).

Должны быть также обеспечены предупреждающие сообщения в режиме навигации о следующих событиях:

• отказ питания или понижение напряжения ниже уровня, необходимого для поддержа­ния режима навигации;

• любая возможная неисправность/отказ, влияющая на выполнение навигационной функции;

• отказ навигационной функции;

• недостоверные или ошибочные навигационные данные в режиме захода на посадку (БА класса А1);

• отсутствие функции контроля целостности (RAIM) при переходе к режиму захода на посадку в контрольной точке конечного этапа захода на посадку (БА класса А1);

• потеря функции контроля целостности (RAIM) на время более, чем 5 минут после прохождения контрольной точки конечного этапа захода на посадку в режиме захода на посадку.

Рекомендованная аппаратура. В [28] отмечается, что к марту 1998 г. были проведены летные испытания спутниковой аппаратуры KLN-90 А/В фирмы Allied Signal на воздушных судах Ил-86, Ил-76, Ту-154М, Ту-134, Як-42, Ан-12, Ан-124 и Ми-8; TNL-2000T, TNL-2000- Approach фирмы Trimble на ВС ИЛ-62М, Ту-154Б/М, Ми-8Т/АМТ/МТВ. Эти системы соот­ветствуют минимальным требованиям TSO С-129 и имеют режим RAIM [28]. На основании положительных результатов испытаний перечисленная выше аппаратура указанием Департа­мента воздушного транспорта (ДВТ) Минтранса РФ № ДВ 6.1-32 (приложение 1) допущена к эксплуатации в качестве дополнительного навигационного средства. С соблюдением установ­ленных требований приемниками GPS различных модификаций к марту 199$ г. было обору­довано более 500 ВС [28]. В настоящее время этот процесс продолжается.

Приказ № 61 [28] разрешает "в воздушном пространстве России и других государств (при отсутствии соответствующих ограничений) использование бортовых приемников GPS, про­шедших на воздушных судах (приложение 3) контрольные испытания в установленном порядке согласно указания ДВТ Минтранса от 28.03.95 г. № ДВб.1-32, в качестве навигационного сред­ства на маршруте (до зоны аэродрома) при комплексном использовании их с другими бортовы­ми навигационными системами или комплексами" (см. табл. 11.8). "При использовании борто­вых приемников GPS в качестве основного навигационного средства для полетов в Европейском регионе в системе зональной навигации (B-RNAV), в океанических и удаленных районах потре­бители должны доработать бортовые приемники GPS функцией FDE (углубленный автоматиче­ский контроль достоверности информации), которую не имеют приемники KLN-90 А/В, TNL- 2000Т, TNL-2000-Approach и другие, ранее установленные на воздушных судах России".

Таблица 11.8. Бортовые спутниковые приемники GPS, рекомендованные

к установке на российские ВС (приложение 3 к приказу №61)

Фирма	Тип приемника	Класс no TSO C-129	Типы воздушных судов
Allied Signal	KLN-90	-	Ту-154, Ми-8Т
Allied Signal	KLN-90A	A2	Ан-24, Ан-26, Ми-8Т, Ил-86, Ил-62М, Ил-76, Ту-154М/Б/С
Allied Signal	KLN-90B	A1	Ил-18, Ил-62М, Ил-76, Ил-86, Ту-134, Ту-154М/Б/С, Як-40, Як-42, Ан-124, Ми-8Т/МТВ/АМТ
Allied Signal	KLN-900	A1	ИЛ-62М
Gaimin	GPS-155	A1	Ту-154М/Б/С, Ту-134, Ип-76/в стадии испытаний
Trimble	TNL-1000	-	Ан-12, Ми-8Т
Trimble	TNL-2000A	-	Ту-154Б, Ил-62М
Trimble	TNL-2000T		Ту-154М, Б, Ми8МТВ-1
Trimble	TNL-2000 Approach		Ил-62М, Ан-124, Ми-17(2), Ту-154М/Б
Trimble	TNL-2000 Approach Plus		Ил-76/в стадии испытаний
Trimble	TNL-2100T		Ми-8АМТ, Ту-134
Trimble TNL-2101 input/output			Ту-134

Необходимо отметить, что создание отечественной бортовой аппаратуры, работающей по сигналам систем ГЛОНАСС и GPS типа А-737, Интер-А, СНС-2 и 3, СН-3700 и др. и удовлетворяющей одновременно создаваемым российским нормативным документам (тех­ническим и сертификационные требованиям), создает базу для оборудования отечественных

ВС своей приемной спутниковой техникой. К таким документам относятся "Технические требования на бортовое оборудование спутниковой навигации на этапах маршрутного полета и неточного захода на посадку ВС", документы, определяющие соответствие БО техниче­ским требованиям, квалификационные требования и др.