Лекция 17 Программно-алгоритмическое обеспечение пилотажно-навигационного комплекса

Пилотажно-навигациопый комплекс представляет собой сложное сочетание аппаратных и программных средств, объединенных в единую сеть. Решение главной задачи - повышение надежности, безопасности и регулярности полетов достигается путем использования специальных автоматизированных систем оптимизации режимов полета. В этих условиях роль программного обеспечения в структуре ПНК возрастает неизмеримо по сравнению с отдельными навигационными устройствами и системами. Совершенство программного обеспечения ПНК во многом определяет эффективность и гибкость работы всего комплекса.

В широком смысле под программным обеспечением понимается совокупность математического, лингвистического, информационного и непосредственно программного обеспечения. Математическое обеспечение включает способы и методы обработки информации и расчетов, модели и алгоритмы. Лингвистическое обеспечение - это совокупность языков программирования, используемых в ПНК для описания различных процедур, алгоритмов, моделей. Информационное обеспечение делится на бортовые базы данных и оперативную информацию, поступающую от бортовых систем. Программное обеспечение состоит из программ и документов (на машинных и бумажных носителях).

Программы делятся на общесистемные, базовые и прикладные. Общесистемные программы, которые, по сути, являются операционными системами, предназначены для организации функционирования ПНК как вычислительной системы (планирование вычислительного процесса, управление им, распределение ресурсов и т.п.) и не отражают специфики конкретного ПНК. Непосредственно для нужд ПНК создается базовое и прикладное программное обеспечение. В базовое входят те программы, которые обеспечивают правильное функционирование прикладных программ. Прикладные программы реализуют элементы математического обеспечения ПНК и решают частные задачи. Прикладные программы создаются в виде отдельных модулей, которые подключаются управляющей программой на различных этапах полета и реализуют частные алгоритмы ПНК.

При разработке программного обеспечения необходимо учесть ряд требований, таких как малая вычислительная погрешность, минимальное время реализации, минимальный потребный объем памяти, возможность контроля хода вычислений, защита от систематических и случайных сбоев.

По принципу построения структуры программного обеспечения ПНК могут быть процедурно- и проблемно-ориентированными. Современное программное обеспечение ПНК строится по модульному принципу, когда каждый модуль предназначен для решения отдельной задачи и модули могут быть объединены в различных сочетаниях. Такая структура позволяет обеспечивать расширение функций ПНК без изменения его основной части путем создания и добавления новых модулей, но это ограничивает количество и направленность связей в комплексе, диктует жесткую логику его организации. В перспективных ПНК предполагается использовать элементы искусственного интеллекта, которые будут адаптироваться к изменению внешних условий, перестраивая структуру ПНК.

На рис. 2.25 приведена структура общего алгоритма ПНК, который состоит из совокупности связанных частных алгоритмов:

КНС - комплекс навигационных систем, включающий всю совокупность бортового навигационно-пилотажного оборудования;

АППО - алгоритмы преобразований и первичной обработки;

АКОИ - алгоритмы комплексной обработки информации;

АУ - алгоритмы управления объектом;

АОВИ- алгоритмы обмена и выдачи информации;

СОИ ПУ- система отображения информации и пульты управления;

АЗИО - алгоритмы защиты и исключения отказов;

АИП СВ - алгоритмы имитации полета и самолетовождения;

АДОП - алгоритмы диспетчеризации и организации прерываний;

АКП - алгоритмы контроля и проверок.

Общий алгоритм ПНК предназначен для реализации всего многообразия задач, стоящих перед комплексом, включает совокупности функционально связанных между собой частных алгоритмов, решающих единую задачу надежной обработки информации с требуемой точностью и заданной дискретностью и вырабатывающих управляющие и информационные сигналы.

КНС может включать одну или несколько инерциальных навигационных систем, являющихся основой ПНК, комплекс радиотехнических навигационных систем (РСБН, РСДН, СНС и др.), систему воздушных сигналов и другие системы, необходимые для решения задач управления конкретным объектом.

Рис. 2.25. Структура общего алгоритма ПНК

Алгоритмы преобразований и первичной обработки выполняют аналого-цифровое преобразование, осреднение или предварительную фильтрацию измерений. Эта же группа алгоритмов осуществляет приведение показаний различных датчиков к единой системе координат.

Алгоритмы комплексной обработки информации используют информационную избыточность измерителей ПНК для решения задачи фильтрации, экстраполяции и интерполяции данных. Качество этих алгоритмов определяет точность и надежность навигационного обеспечения полета. Наиболее широко в этом классе алгоритмов используются модификации цифрового фильтра Калмана,

Алгоритмы управления объектом реализуют все задачи управления, решаемые на борту самолета. Круг реализуемых задач существенно шире, чем у САУ, которая обеспечивает лишь управление движением самолета. Эта группа алгоритмов совместно с экипажем обеспечивает выполнение цели полета или полетного задания.

Все алгоритмы реализуются в виде программных модулей, выполняющих частные алгоритмы управления, которые в свою очередь делятся на целевые и функциональные. Первые реализуют законченные целевые задачи, такие как управление ПНК, траекторией движения, посадкой и др. Вторые формируют специфические функции процесса управления (оптимизации режимов полета, терминального управления, точностных характеристик комплекса и др.).

Алгоритмы обмена и выдачи информации являются элементом системы отображения информации. Они связывают абонентов ПНК с БЦВМ вычислительного комплекса и выполняют функции преобразования информации, приема, передачи и временного хранения данных.

Алгоритмы диспетчеризации и организации прерываний являются основой операционной системы вычислительного комплекса ПНК и СОИ. Главное их назначение - распределение последовательности и времени выполнения отдельных частных алгоритмов.

Алгоритмы контроля и проверок решают задачи оценки технического состояния, отключения или восстановления неисправного оборудования и реконфигурации ПНК.

Перечисленные частные алгоритмы отражают лишь самую общую структуру алгоритмического обеспечения ПНК, которая может существенно изменяться в зависимости от типа ЛА. Программно-алгоритмическое обеспечение перспективных ПНК должно создаваться с использованием искусственного интеллекта, свойств адаптивности и возможностей реконфигурации комплекса.

2.8. КОНЦЕПЦИЯ ТРЕБУЕМЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальный комитет по будущим аэронавигационным системам ИКАО (FANS) разработал концепцию требуемых навигационных характеристик (RNP), которая позволяет перейти от требования к обязательному набору бортового навигационного оборудования к оптимальному сочетанию бортовой навигационной аппаратуры ЛА и технических возможностей конкретного воздушного пространства для всех фаз полета. Так реализуется переход от управления воздушным движением к более гибкой организации воздушного движения (ОрВД).

При полете ЛА по маршруту соответственно типу RNP устанавливается минимальная требуемая точность выдерживания навигационных характеристик, т.е. ширина коридора (в морских милях), в котором должен находиться ЛА в течение не менее 95% полетного времени. При этом точность определяется суммарной погрешностью навигационной системы, индикации и техники пилотирования.

Для полетов по маршруту намечено использовать четыре основных типа RNP:

RNP 1 предусматривает наиболее эффективное использование точной информации о местонахождении ЛА для обеспечения гибкости при организации и изменении маршрутов, а также для организации воздушного движения при переходе из зоны аэродрома к полету по маршруту и обратно;

RNP 4 предназначен для организации маршрутов ОВД и схем воздушного пространства при ограниченном расстоянии между наземными навигационными средствами и используется в континентальном воздушном пространстве;

RNP 12, 6 определяет возможность ограниченной оптимизации маршрутов в районах с пониженным уровнем обеспечения навигационными средствами;

RNP 20 характеризует минимальные возможности, которые считаются приемлемыми для обеспечения полетов по маршрутам ОВД.

С целью обеспечения требуемого уровня безопасности полетов для внедряемых в настоящее время в практику ОВД методов зональной навигации (RNAV) помимо типа RNP устанавливаются два дополнительных показателя:

целостность выдерживания коридора безопасности, определяемая вероятностью необнаружения навигационной системой превышения линейным боковым уклонением удвоенной допустимой погрешности навигационной характеристики (10^-5 за 1 ч полета);

непрерывность безотказной работы навигационной системы, определяемая вероятностью выдачи ложного или истинного предупреждения об отказе (10^-4 за 1 ч полета) в течение ответственных этапов полета.

Использование методов зональной навигации в рамках концепции RNP позволяет выполнять полет в любом воздушном пространстве в пределах предписанных допусков на точность местоположения, исключая при этом необходимость пролета непосредственно над наземными навигационными средствами.

Для наиболее ответственных этапов полета (захода на посадку, посадки и вылета) в дополнении к RNP устанавливаются требования по целостности, непрерывности и доступности (функциональной готовности, которая определяется вероятностью того, что в процессе осуществления запланированного маневра навигационная система способна выполнять свои функции) средств навигации в данном воздушном пространстве. Количественно параметры процедуры захода на посадку характеризуются границами внешнего и внутреннего коридоров удерживания ЛА, а также вероятностями нарушения целостности, непрерывности и доступности обеспечения навигационной информацией, получаемой от бортового оборудования и наземных навигационных средств. Так, для захода на посадку по категории сложности CAT III установлены следующие количественные показатели указанных параметров:

потеря целостности на интервале от контрольной точки конечного участка захода на посадку - до высоты 30 м над точкой приземления (165 с), от высоты 30 м до момента касания (30 с);

потеря непрерывности на указанных выше участках соответственно и ;

доступность 0,999 на высоте 30 м.

Данные о ширине коридоров по КИР САТ III представлены на рис. 2.26.

Рис. 2.26. Границы коридоров по RNP CAT III

Дата добавления: 2013-12-14