Назначение системы TCAS И. Разновидности БСПС.

Система TCAS II является вариантом БСПС американского производства. Она предназначена для заблаговременного предупреждения экипажа о появлении в окружающем воздушном пространстве других ВС, оборудованных аналогичной системой или хотя бы самолётным ответчиком УВД с режимом ATCRBS и представляющих потенциальную угрозу столкновения. Экипаж имеет возможность наблюдать перемещение отметок этих ВС на кабинном индикаторе воздушной обстановки. Система TCAS II автоматически отслеживает взаимное расположение ВС и при возникновении угрозы столкновения в соответствии с заложенными в её процессоре критериями вырабатывает рекомендацию по разрешению конфликтной ситуации путём маневрирования только в вертикальной плоскости. Рекомендации всегда основаны на принципе наименьшего отклонения своего самолёта от маршрута полёта с обеспечением безопасного расстояния между ВС. При правильном реагировании пилота обеспечивается минимальное безопасное разделение в вертикальной плоскости около 150 м.

Разработаны три типа БСПС:

1. БСПС I предоставляет экипажу ВС только консультативную информацию о близком воздушном движении (ТА). Внедрение БСПС I в международном масштабе ICAO не планирует.

2. БСПС II предоставляет экипажу как консультативную информацию, так и рекомендации по разрешению конфликтной ситуации (RA) путём маневрирования только в вертикальной плоскости.

3. БСПС III предоставляет экипажу как ТА, так и рекомендации RA, путём маневрирования в вертикальной и/или в горизонтальной плоскостях.

Что касается указанного оборудования, стандартам ICAO на БСПС соответствуют лишь системы TCAS I и TCAS II, выпускаемые американскими изготовителями. Они соответствуют стандартам SARPs и MOPS и имеют соответствующие сертификаты. В настоящее время оборудования БСПС III не существует, поскольку достигнутой точности взаимного позиционирования ВС в горизонтальной плоскости недостаточно для горизонтального маневрирования. Оно может появиться после завершения внедрения спутниковых систем навигации с необходимыми функциональными дополнениями и действующего на их основе оборудования вещательного автоматического зависимого наблюдения.

БСПС являются дополнительным средством предотвращения столкновений ВС. Они дополняют визуальный контроль воздушной обстановки пилотами и работу наземных служб УВД в пределах контролируемых зон воздушного пространства. БСПС являются крайним средством исправления ошибок экипажей при пилотировании ВС или ошибок диспетчеров УВД. Наряду с этим БСПС могут играть роль главных средств обеспечения безопасности полётов в неконтролируемых службами УВД зонах и в будущем при внедрении режима «свободного полёта» (Free flight).

В случае получения рекомендации от БСПС лётный экипаж ВС:

- предпринимает соответствующие ответные действия, если они не представляют угрозы для безопасности полёта ВС;

- не осуществляет маневрирование в направлении, противоположном рекомендуемому БСПС;

- выполняет рекомендации БСПС даже в том случае, если они противоречат указанию диспетчера УВД относительно определённого манёвра;

- уведомляет диспетчера УВД о получении рекомендации от БСПС и об изменении заданных диспетчерским указанием или разрешением параметров полёта, вызванных рекомендацией от БСПС.

Система TCAS II обеспечивает выдачу предупреждений о возможном столкновении между ВС при скорости их сближения до 2230 км/ч (1200 узлов) и вертикальной скорости до ±50,8 м/с (10 000 ft/min). Система TCAS II существенно повышает уровень безопасности полётов, однако она не может полностью исключить все риски столкновения. Кроме того, как и любая прогнозирующая система, она может сама привести к ситуации, связанной с риском столкновения, особенно при неадекватном реагировании экипажа ВС.

При нормальной эксплуатации система TCAS II работает на основе односекундного цикла и выполняет свои основные функции (рис. 1.1). Подробнее эти функции рассмотрены далее.

В основу работы современных БСПС положена вторичная радиолока­ция. Изначально она использовалась только для целей УВД, в частности для представления авиадиспетчерам наряду с координатами ВС дополнительной информации о высоте полёта, идентификационном номере ВС и пр. Стандартам ICAO соответствуют режимы вторичной радиолокации ATCRBS.

Бортовые приёмоответчики ATCRBS вырабатывают кодированные ответные радиосигналы частотой 1090 МГц на запросы как наземных ВРЛ, так и систем TCAS II возможно многих других ВС. Эти ответные сигналы позволяют измерить удаления и угловые координаты относительно всех запросчиков. Кроме того, ответные сигналы содержат идентификационную информацию, используемую в наземных ВРЛ, и информацию о барометрической высоте с округлением до 100 ft, приведённой к стандартной установке давления 1013,25 гПа. Высотная информация используется как диспетчерами УВД, так и в запрашивающих системах TCAS II других ВС для оценки угрозы столкновения. При этом можно отметить существенные недостатки режимов ATCRBS (А и С):

1. Низкая помехозащищённость. Действительно, бортовые ответчи­ки излучают одинаковые ответные сигналы на одной радиочастоте 1090 МГц возможно многим запросчикам, а не одному наземному локатору ВРЛ, как это предусматривалось при создании системы ATCRBS. Таким образом, каждая система TCAS II принимает ответы и на чужие запросы, что при большой плотности воздушного движения неизбежно приводит к возникновению синхронных помех, искажению дальномерной информации и, следовательно, к ложным решениям об угрозе столкновения. В данном случае вероятность «ложной тревоги» оценивается величиной 10'2.

2. Недостаточная информативность. Например, передача информации о высоте с округлением до 100 ft приводит к погрешности дискретизации 10% при полётах в пространстве RVSM (вертикальное эшелонирование 1000 ft).

3. Через приёмоответчики режима ATCRBS невозможно скоорди­нировать маневрирование конфликтующих ВС при наличии системы TCAS II на одном из них.

Однако возможности ATCRBS давно исчерпаны, и с 1987 года по­сле принятия ICAO поправки 67 началось внедрение дискретно-адресных систем, использующих новые форматы сигналов ВРЛ режима «S» [1].

1.2.1.Основные принципы ВРЛ режима «S»

Работа ВРЛ режима «S» (от слова Select) основана на адресном разделении всех радиоответчиков ВС. В таких дискретно-адресных системах ВРЛ каждое ВС или другой подвижный объект имеет свой уникальный 24-разрядный двоичный код адреса, и его ответчик отвечает на запрос, включающий только этот адрес. Всего может быть 16 777 214 таких адресов. Наличие нескольких ВС, имеющих один и тот же адрес, может неблагоприятно повлиять на выполнение системой TCAS II функций наблюдения и координации предлагаемого экипажу маневрирования для предотвращения столкновения. Коды адресов распределяются ICAO го­сударству регистрации ВС или полномочному органу регистрации общих знаков. На обычный запрос режима ATCRBS адресный ответчик тоже отвечает, но наряду с общей информацией, соответствующей режимам ATCRBS, сообщает свой код адреса. Такая адресация позволяет ВС кроме взаимодействия с наземными системами ВРЛ также напрямую, без взаимных радиопомех обмениваться информацией между собой. Бортовые системы TCAS II благодаря адресным ответчикам, входящим в их состав, получают возможность взаимно координировать рекомендуе­мые манёвры уклонения от столкновений. Кроме улучшения помехоза­щищённости ВРЛ режима «S» повышает информативность, в частности кодирование высоты производится с шагом 25 ft, что соизмеримо с ве­личиной погрешности лучших баровысотомеров, через ответчик может быть передан радиотелефонный позывной (FID). Благодаря режиму «S» бортовой ответчик становится элементом системы передачи данных «земля - воздух» или «воздух-воздух», который в перспективе может быть использован ещё и в качестве линии связи при внедрении автома­тического зависимого наблюдения, как вещательного (АЗН-В), так и кон­трактного (АЗН-К) типов.

Для обеспечения совместимости традиционной системы ВРЛ режима ATCRBS с ответчиками режима «S» на длительный переходный период в них используются те же радиочастоты - 1030 МГц для запроса и 1090 МГц для ответа с вертикальной поляризацией радиоволн. Форматы сигналов режима «S» содержат также кодовые позиции, соответствующие режиму ATCRBS.

1.2.2. Возможности, предоставляемые ВРЛ режима «S».

Всего предусмотрено пять уровней возможностей вторичной радиолокации режима «S», внедрение которых в практику гражданской авиации производится поэтапно.

Уровень 1. Приёмоответчик представляет в ответном сигнале ATCRBS данные опознавания в режиме «А» и барометрической высоты в режиме «С»; осуществляет приёмопередачи по запросу общего вызова режима «S», опознавание и адресные приёмопередачи с кодированием данных о барометрической высоте с шагом 25 ft. Кроме этого обеспечиваются приёмопередачи по пинии «воздух - воздух» сообщений дпиной 112 бит дпя взаимной координации рекомендуемых манёвров систем TCAS II и спонтанное изпучение со спучайной периодичностью самогенерируемых сигнапов (Squitter), содержащих ту же информацию, что и ответные сигнапы. Передачи этих сигнапов производятся через спучайные интервапы, имеющие равномерный закон распределения, с шагом квантования по времени 15 мс в диапазоне от 0,8 до 1,2 с.

Уровень 2. Приёмоответчики обпадают теми же возможностями, что и при уровне 1, а также позвопяют осуществпять передачу данных опознавания ВС в полёте (FID) и других цифровых сообщений стандартной длины (SLM) 56 бит (Comm А и Comm В) по линии передачи данных «земпя - воздух» и «воздух - земпя». Для обеспечения возможности передачи данных опознавания ВС пупьты управления должны иметь устройство ввода FID, например, радиотепефонного позывного, т. е. условного обозначения эксплуатанта ВС, за которым следует номер рейса или в случае его отсутствия регистрационный номер этого ВС (всего до восьми знаков). Эта функция позволяет обеспечить совместимость данных из плана полёта с сообщением бортового ответчика ВОРЛ, что необходимо для надёжного наблюдения и сопровождения данного ВС в наземной аппаратуре диспетчерского центра УВД.

Уровень 3. Приёмоответчики обладают теми же возможностями, что и при уровнях 1 и 2, а также дополнительной возможностью приёма удлинённых сообщений (ELM) до 112 бит только по каналу передачи данных «земля - воздух» для целей ОВД.

Уровень 4. Приёмоответчики обладают теми же возможностями, что и при уровнях 1-3, а также дополнительной возможностью передачи удлинённых сообщений как по каналу передачи данных «земля - воздух», так и по каналу «воздух - земля». При этом обеспечивается доступ с земли к бортовым источникам данных для целей ОВД и контроля над полётом ВС.

Уровень 5. Приёмоответчики обладают теми же возможностями, что и при уровнях 1-4. Уровень 5 позволяет осуществлять двухстороннюю доставку стандартных SLM (Comm А и Comm В) и удлинённых сообщений в условиях работы группы запросчиков - наземных ВРЛ и систем TCAS II, и обес­печивает более высокую пропускную способность линии передачи данных.

Позиция Евроконтроля относительно введения режима «S» в Ев­ропейском регионе основана на двухэтапном подходе.

На первом этапе вводится стандартное наблюдение (ELS), кото­рое функционирует с бортовым оборудованием ВРЛ режима «S» уров­ня 2 с основным набором функций. Стандартное наблюдение в Евро­пейском регионе введено с 31 марта 2005 года.

На втором этапе предлагается ввести усовершенствованное на­блюдение (ENS). Приёмоответчики ВРЛ режима «S», обеспечивающие усовершенствованное наблюдение, должны иметь возможность обмена информацией между наземными станциями и ВС, что повысит эффектив­ность работы служб ОВД. Приемоответчик при этом должен быть соединён с бортовым оборудованием (FMS и др.). С борта ВС передаётся ин­формация о магнитном курсе, приборной и истинной воздушной скорости, путевой скорости, угле крена, о путевом угле и его изменениях. Кроме то­го, передаётся информация о текущем местоположении ВС (географиче­ские широта, долгота и высота) и об очередных пунктах маршрута. На борт ВС может быть передана метеоинформация в символьной и графи­ческой форме, например, информация о вероятном сдвиге ветра, диф­ференциальные поправки для спутниковой системы навигации и посадки, а также иная информация по обслуживанию воздушного движения. Сроки внедрения усовершенствованного наблюдения ещё не установлены.