СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ БОРТОВЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ

Название	СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ БОРТОВЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ
Разработчик (Авторы)	Завалишин Олег Иванович, Лебедев Борис Васильевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2541691
Дата регистрации	12.08.2013
Правообладатель	Завалишин Олег Иванович

Описание изобретения

Изобретение относится к областям глобальных навигационных спутниковых систем, радиотехники, вычислительной техники, связи и может быть использовано для повышения безопасности полетов воздушных судов (ВС).

Известен способ одновременного использования геометрической и барометрической высоты группы находящихся вблизи друг от друга и оцениваемого ВС с целью мониторинга его средств вертикального эшелонирования, описанный в статье [Б.В. Лебедев «Мониторинг средств вертикального эшелонирования на основе использования автоматического зависимого наблюдения вещательного типа», журнал «Авиакосмическое приборостроение», №1, 2003 г, стр.56-60], использующий сопоставление барометрической высоты, получаемой на данном ВС с помощью бортового барометрического высотомера, и геометрической высоты, получаемой с помощью навигационного приемника (НП) нескольких находящихся в рассматриваемом пространстве ВС путем осереднения их значений.

В известном способе не решалась задача оценки выходных сигналов бортовых НП, представляющих собой сегодня важную навигационную аппаратуру потребителей (НАП).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ по изобретению «Способ периодического контроля (мониторинга) средств измерения барометрической высоты самолетов при их эксплуатации [патент РФ №2221221 по МПК G01C 23/00 от 25.04.2002 г.], характеризующийся использованием на борту оцениваемого в полете воздушного судна (ВС), как и на ВС, находящихся в полете вблизи оцениваемого, спутникового навигационного приемника, представляющего собой навигационную аппаратуру потребителей (НАП), вычисляющую геометрическую высоту, штатного барометрического высотомера и штатного оборудования автоматического зависимого наблюдения (АЗН), на оцениваемом ВС получают информацию о барометрической и геометрической высоте от n окружающих ВС по каналу АЗН в ограниченном диапазоне высот.

Прототип, так же как и аналог, посвященный контролю средств измерения барометрической высоты конкретного ВС, не осуществляет контроля выходных сигналов бортовой НАП этого ВС, и в целом при периодических проверках с учетом данных окружающих ВС не позволяет повысить целостность выходных сигналов НАП конкретного ВС.

Уместно подчеркнуть важность качественной работы бортовой НАП, вычисляющей не только геометрическую высоту конкретного ВС (дополнительно к барометрической), но и вообще все координаты этого ВС - его положение в пространстве.

Техническим результатом и целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей прототипа за счет обеспечения возможности контроля работоспособности бортовых НАП и повышения целостности их выходных сигналов путем одновременного использования возможностей на конкретном ВС бортовых НАП, барометрического высотомера и средств автоматического зависимого наблюдения (АЗН) за счет совместного анализа данных геометрической и барометрической высот, получаемых на конкретном ВС, и подобных данных, получаемых по каналу АЗН, от n ВС, окружающих конкретный ВС.

Указанные технический результат и цель достигаются тем, что способ повышения целостности выходных сигналов бортовых спутниковых навигационных приемников, характеризующийся использованием на борту оцениваемого в полете воздушного судна (ВС), как и на ВС, находящихся в полете вблизи оцениваемого, спутникового навигационного приемника, представляющего собой навигационную аппаратуру потребителей (НАП), вычисляющую геометрическую высоту, штатного барометрического высотомера и штатного оборудования автоматического зависимого наблюдения (АЗН), на оцениваемом ВС получают информацию о барометрической и геометрической высоте от n окружающих ВС по каналу АЗН в ограниченном диапазоне высот, на оцениваемом ВС вычисляют разницу между барометрической и геометрической высотами для каждого из n окружающих ВС и осредняют полученные значения, получают для оцениваемого ВС разницу между его барометрической и геометрической высотами, а далее сопоставляют осредненную разницу высоте разницей высот данного ВС, если при этом сопоставлении разница указанных значений превышает допуск, то формируют сигнал о неисправности оцениваемой НАП, при этом при расширении используемого диапазона высот, в котором могут находиться участвующие ВС, в разности между геометрической и барометрической высотами вводят поправки на давление и температуру воздуха в соответствии с дифференциальным уравнением статики атмосферы.

На фиг.1 представлен эскиз взаимодействия оборудования, используемого в способе.

Изображены данное ВС 1 (оцениваемое ВС, в котором проверяют его НАП), группа 2 ВС, окружающих оцениваемое ВС, группа 3 навигационных спутников (НС), наземная станция 4, НАП 5, приемник 6 и передатчик 7 АЗН, барометрический высотомер 8, лучи 9 распространения радиопосылок НС, лучи 10 распространения информации АЗН от передатчиков к приемникам.

Способ характеризуется использованием на борту оцениваемого в полете воздушного судна (ВС) 1, как и на ВС 2, находящихся в полете вблизи оцениваемого, спутникового навигационного приемника, представляющего собой навигационную аппаратуру потребителей (НАП) 5, вычисляющую геометрическую высоту, штатного барометрического высотомера 8 и штатного оборудования автоматического зависимого наблюдения (АЗН) 6 и 7, на оцениваемом ВС 1 получают информацию о барометрической и геометрической высоте от n окружающих ВС 2 по каналу АЗН 10 в ограниченном диапазоне высот, на оцениваемом ВС 1 вычисляют разницу между барометрической и геометрической высотами для каждого из n окружающих ВС 2 и осредняют полученные значения, получают для оцениваемого ВС 1 разницу между его барометрической и геометрической высотами, а далее сопоставляют осредненную разницу высоте разницей высот данного ВС 1, если при этом сопоставлении разница указанных значений превышает допуск, то формируют сигнал о неисправности оцениваемой НАП 5, при этом при расширении используемого диапазона высот, в котором могут находиться участвующие ВС 2, в разности между геометрической и барометрической высотами вводят поправки на давление и температуру воздуха в соответствии с дифференциальным уравнением статики атмосферы.

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть в некотором воздушном пространстве летят по своим трассам данное ВС 1 и группа 2 ближайщих или окружающих его ВС (фиг.1) и пусть все эти ВС принимают на свои спутниковые НАП 5 периодические радиопосылки 9 от ближайших к ним радиовидимых НС глобальной спутниковой навигационной системы 3 (ГЛОНАСС или GPS или GALILEO, или от нескольких систем в любом сочетании в зависимости от типа применяемого НАП 5). Также радиопосылки 9 от радиовидимых НС системы 3 принимает на свою НАП 5 ближайшая к рассматриваемой области воздушного пространства наземная станция, например локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС) 4, дислоцирующаяся, как правило, вблизи аэропортов (в РФ, на сегодня общее число ЛККС более 50).

Следует отметить, что НАП 5 выбирает радиовидимые НС 3 автоматически (перебором по устойчивости радиопосылок 9), причем для определения географических координат наземной ЛККС 4 достаточно принять радиопосылки 9 от трех любых НС 3, а для определения географических координат местоположения ВС 1 в пространстве (также любого ВС из группы 2) - четырех любых НС системы 3.

Пусть кроме того на всех ВС 1 и 2 и ЛККС 4 установлены НАП 5 (на ЛККС 4 всех трех навигационных систем с дублированием), приемники 6 и передатчики 7 АЗН, а на всех ВС 1 и 2 - еще и барометрические высотомеры 8 (фиг.1)

При этом каждое ВС 1 и 2 при исправности оборудования группы 3 НС и НАП 5 в каждый момент времени полета знает свое местоположение в пространстве с высокой точностью (десятки метров) и, как следствие, из этого высоту над землей - геометрическую высоту. Кроме того, каждое ВС 1 и 2 определяет с помощью своих барометрических высотомеров 8 барометрическую высоту, которая в идеале может совпадать с геометрической высотой. Через свой передатчик 7 АЗН каждое ВС 1 и 2 периодически передает всем другим ВС и ЛККС 4 данные своего местоположения и высоты, а через свой приемник 6 АЗН принимает данные от всех других ВС об их местоположении и их высоте. Через передатчик 7 ЛККС 4 передает, а все ВС 1 и 2 с помощью своих приемников 6 АЗН принимают высокоточные поправки к параметрам их движения и полетные рекомендации на основе полученных в ЛККС 4 данных о «спутниковой погоде» (в связи с обнаруженными аномалиями НС в навигационных системах 3 и даже целых навигационных систем - соответствующие запреты на использование).

Тогда собственно сущность способа состоит в следующем.

Данное ВС 1 передает с помощью передатчика 7 АЗН всем окружающим его ВС 2 свои географические координаты и барометрическую и геометрическую высоты и принимает значения с помощью приемника 6 АЗН от всех окружающих ВС 2 их географические координаты и значения барометрической и геометрической высоты, далее для данного ВС 1 в нем вычисляют разницу между барометрической и геометрической высотами для себя и для каждого из n окружающих ВС 2 и осредняют полученные для всех окружающих ВС 2 разницы между барометрической и геометрической высотой, после чего сопоставляют осредненную разницу высоте разницей высот данного ВС 1, если при этом сопоставлении разница указанных значений превышает допуск, формируют сигнал неисправности оцениваемого НАП 5 данного ВС 1 и по высоте и по географическим координатам в целом. При этом неисправный НАП 5 оцениваемого ВС 1 был обнаружен без наземной ЛККС 4, что сегодня является актуальным, т.к. число используемых в настоящее время ЛККС 4 с установленными средствами 6 и 7 АЗН крайне недостаточно.

При относительно близких значениях высоты между собой у ВС 1 и 2 (для чего при больших n делают благоприятную выборку из ВС 2) влиянием температуры и барометрического давления окружающего воздуха пренебрегают, но при расширении используемого диапазона высот (например, при малом n) в разности между геометрической и барометрической высот вводят поправки на давление и температуру воздуха в соответствии с дифференциальным уравнением атмосферы.

В случае наличия наземной ЛККС 4 со средствами 6 и 7 АЗН в зоне приема сигналов АЗН от оцениваемого ВС 1 и окружающих его ВС 2 получают данные от этих ВС в наземном оборудовании АЗН и контролируют целостность НАП на всех наблюдаемых ВС (п.2 формулы изобретения), причем с более высоким качеством и с учетом «спутниковой погоды», отслеживаемой в высокоточной ЛККС 4.

Для любого другого ВС из группы 2 имеется полная аналогия сказанному выше для ВС 1.

Формула изобретения

1. Способ повышения целостности выходных сигналов бортовых спутниковых навигационных приемников, характеризующийся использованием на борту оцениваемого в полете воздушного судна (ВС), как и на ВС, находящихся в полете вблизи оцениваемого, спутникового навигационного приемника, представляющего собой навигационную аппаратуру потребителей (НАП), вычисляющую геометрическую высоту, штатного барометрического высотомера и штатного оборудования автоматического зависимого наблюдения (АЗН), на оцениваемом ВС получают информацию о барометрической и геометрической высоте от n окружающих ВС по каналу АЗН в ограниченном диапазоне высот, отличающийся тем, что на оцениваемом ВС вычисляют разницу между барометрической и геометрической высотами для каждого из n окружающих ВС и осредняют полученные значения, получают для оцениваемого ВС разницу между его барометрической и геометрической высотами, а далее сопоставляют осредненную разницу высоте разницей высот данного ВС, если при этом сопоставлении разница указанных значений превышает допуск, то формируют сигнал о неисправности оцениваемой НАП, при этом при расширении используемого диапазона высот, в котором могут находиться участвующие ВС, в разности между геометрической и барометрической высотами вводят поправки на давление и температуру воздуха в соответствии с дифференциальным уравнением статики атмосферы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении данных АЗН от наблюдаемых ВС в наземном оборудовании АЗН контролируют целостность НАП на всех наблюдаемых ВС.

Изобретение "СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ БОРТОВЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ" (Завалишин Олег Иванович, Лебедев Борис Васильевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога