НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Нестерова Любов Миколаївна

УДК 656.7.08:656.7.052.001.76:004.9(043.3)

ПРОГНОЗУВАННЯ РИЗИКУ ЗІТКНЕННЯ ПОВІТРЯНИХ КОРАБЛІВ В ІНТЕГРОВАНИХ АЕРОНАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

Спеціальність 05.22.13 — “Навігація та управління повітряним рухом”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі аеронавігаційних систем Національного авіаційного університету

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Харченко Володимир Петрович, завідувач кафедри аеронавігаційних систем Національного авіаційного університету

Офіційні опоненти -доктор технічних наук, професор, Сундучков Костянтин Станіславович, перший заступник генерального директора ДП Укркосмос”

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сніцаренко Петро Миколайович, Національний науково-дослідний центр оборонних технологій і військової безпеки України, начальник Головного НДУ обґрунтування вимог до пріоритетних оборонних технологій України спеціального та подвійного призначення

Провідна установа: Авіаційний науково-технічний комплекс ім. О.К. Антонова Міністерства промислової політики України, м. Київ

Захист відбудеться 17.04.2003 о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.03 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий 15.03.2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д- р техн. наук Запорожець О. І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Головною задачею, яку вирішує міжнародне авіаційне співтовариство на сучасному етапі, є підвищення економічної ефективності при забезпеченні безпеки польотів, надання учасникам повітряного руху більшої самостійності у виборі оптимальних режимів польоту.

Результати досліджень вказують, що сучасна система керування повітряним рухом (КПР) потребує модернізації для прискорення процесу переходу до нових міжнародних концепцій польотів (методу зональної навігації, RVSM, Safe Flight, Free Flight). Це потребує розробки нових методів та інженерних методик оцінки ризику зіткнень й оптимізації рішень при комплексному використанні засобів аеронавігації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконана в рамках НДР 100-97 “Розробка програми і моделюючих комплексів розвитку єдиної навігаційної наземно-космічної інфраструктури для керування транспортом України” (Держ. замовлення на 1997 р., шифр – 7.97.278), 814ДБ-98 “Розробка принципів побудови і моделювання на основі інтелектуальних систем із базою знань і розпізнаванням критичних ситуацій ефективної поліергатичної системи”, 0199U004003 “Розробка національної автоматизованої системи диспетчеризації транспортного обслуговування України” (Держ. замовлення на 1999 р., шифр – 12-41/77, 12-31/330), 0199U002610 “Розробка і створення стендового устаткування Сертифікаційного центру бортової радіонавігаційної супутникової апаратури цивільної авіації України” (шифр – “Сертифікація” №92145/07-23-99 Міністерства промислової політики України), 009ДБ-01 “Розробка методів і комп’ютеризованих засобів багатоальтернативного виявлення та розв’язання конфліктних ситуацій в соціотехнічних системах”.

Мета роботи – підвищення ефективності роботи інтегрованих аеронавігаційних систем при гарантованому рівні безпеки польотів за рахунок використання методів комплексування інформації, багатоальтернативної класифікації ситуацій та моделей прогнозування ризику зіткнень ПК.

Досягнення висунутої мети дослідження забезпечується розв’язанням таких ієрархічно пов’язаних задач:

- побудова класів ситуацій та визначення концепції кооперативної організації повітряного руху;

- оптимізація рішень при комплексному використанні засобів аеронавігації;

- визначення впливу інтегрованих навігаційних засобів на імовірність класифікації ситуацій повітряної обстановки;

- розробка методів оцінки ризику зіткнень;

- оцінка ризику зіткнень повітряних кораблів на різних етапах польоту.

Методи дослідження. В дисертаційній роботі використані методи та результати математичного аналізу, теорії імовірності, теорії прийняття рішень, статистичного та імітаційного моделювання.

Об’єкт дослідження – процес підвищення ефективності організації повітряного руху.

Предмет дослідження – методи визначення потенційно конфліктних ситуацій в інтегрованих аеронавігаційних системах.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені моделі і побудовані процедури сумісної обробки інформації, які забезпечують класифікацію ситуацій динамічної повітряної обстановки з гарантованим рівнем ризику та мінімальним часом прийняття рішень в інтегрованій аеронавігаційній системі. Обґрунтовано багатоальтернативний підхід до задач класифікації ситуацій польоту ПК, що забезпечує прийняття адекватних рішень щодо правильного розведення літаків. Побудовано функціонал для визначення числа джерел інформації й оптимального числа літаків у потоці з позиції теорії ефективності аеронавігаційних систем. Запропонована багатоальтернативна модель автоматичної класифікації ситуацій повітряного руху на основі послідовного методу розпізнавання ситуацій. Визначено вплив об’єднання рішень аеронавігаційних засобів на ймовірність класифікації ситуацій повітряного стану.

Практичне значення одержаних результатів. Основні результати роботи становлять науково-методологічну основу для створення новітніх автоматизованих систем КПР при переході до нових концепцій польотів та дозволяють:

- оптимізувати тактичні та технічні характеристики засобів зв’язку, навігації та спостереження (ЗНС), обумовити області припустимого та найбільш результативного впровадження систем;

- класифікувати ситуації повітряного стану по ступеню ризику з метою наступного запобігання катастрофічних наслідків;

- комплексувати засоби ЗНС для мінімізації ризику катастрофи;

- оптимізувати інформаційні поля засобів ЗНС;

- вирішувати задачі підвищення ефективності систем аеронавігаційного обслуговування (АНО) з метою мінімізації витрат на утримання позицій ЗНС;

- оптимізувати мережі інформаційних ЗНС з урахуванням інфраструктури АНО.

Результати досліджень упроваджені в:

- Державній авіаційній адміністрації України “Укравіація” для визначення стратегії розвитку ефективної системи аеронавігаційного обслуговування та планування побудови цивільно-військової системи організації повітряного руху;

- НДІ нових фізичних і прикладних проблем при розробці стенду Сертифікаційного центру для забезпечення перевірки придатності бортової супутникової апаратури з метою організації польотів повітряних кораблів відповідно до нормативно-технічної документації ІСАО (в тому числі з урахування вимог RNP);

- навчальному процесі,

що підтверджується сімома актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійних досліджень. В роботах, виконаних у співавторстві, особисто автором проаналізовані схеми поєднання координатної інформації [1] та визначена процедура підсумовування рішень в інформаційній системі КПР [3], розроблений алгоритм функціонування інформаційного контуру розв’язання динамічних конфліктних ситуацій системи аеронавігаційного обслуговування польотів [2].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи обговорювалися на Міжнародних науково-технічних конференціях “Аеронавігація і авіоніка – 98” (Київ, КМУЦА, 1998), “АВІА-2000” (Київ, НАУ, 2000), студентів та молодих учених, присвяченої 10-й річниці Незалежності України та “АВІА-2001” (Київ, НАУ, 2001), “АВІА-2002” (Київ, НАУ, 2002).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 15 друкованих роботах: 6 статтях в збірниках наукових праць, 2 методичних вказівках, 2 тезах і 5 матеріалах доповідей конференцій.

Структура та обсяг роботи. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та двох додатків. Список використаних джерел вміщує 101 найменування. Робота містить 201 сторінку тексту. В тому числі 160 сторінок основного тексту, ілюстрованого 62 рисунками і 4 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, визначені мета, задачі та методологічна основа досліджень. Визначена наукова новизна та практичне значення роботи. Показано, яким чином здійснювалася апробація та впровадження результатів.

У першому розділі обґрунтована та проведена множинна класифікація ситуацій повітряного стану в системах кооперативної навігації.

Розглянуто ймовірнісні методи розпізнавання та побудови класифікаторів. З розглянутих методів розпізнавання (за критеріями Байєса, мінімаксним, Неймана-Пірсона та послідовного аналізу) перевагу віддано послідовному багатоальтернативному аналізу, що дозволяє за кінцевий час спостережень прийняти рішення на користь однієї з ситуацій. Концепцію класифікації ситуацій як образів виражається через розбиття простору ознак або відображення простору ознак у просторі рішень.

Прийнято, що у кожного вхідного образа вимірюється N ознак. Кожну множину із N ознак розглянуто як вектор X або, як точку в N-вимірному просторі ознак . Задача класифікації зводиться до розподілення усіх можливих векторів або точок у просторі ознак за відповідними класами образів. Це трактується як розбиття простору ознак на області, які взаємно перетинаються, кожна з яких відповідає окремому класу образів.

Зазвичай рішення щодо належності об'єкта розпізнавання відповідному класу приймається після виміру всієї сукупності ознак цього об'єкта . В роботі запропоновано інший підхід до рішення цієї задачі: після виміру кожної чергової ознаки і т.д. включається алгоритм розпізнавання і вирішується задача розпізнавання на основі даних про виміряні на цей час ознаках кожного невідомого об'єкта із вибраних класів. При цьому залежно від результатів порівняння отриманого рішення з деякими встановленими заздалегідь порогами вимірюється чергова ознака об'єкта , або припиняється подальше накопичення інформації про цей об'єкт. Послідовне і, отже, багатократне рішення задачі розпізнавання з використанням на кожному кроці всезростаючого числа вимірюваних ознак особливо доцільно у випадках, коли: визначення ознак сполучено з витратами на проведення експериментів, процес накопичення експериментальних даних вимагає витрат значної кількості часу, проведення експериментів сполучено з певним ризиком, об'єкти ряду класів із їхньої загальної сукупності надійно розпізнаються за обмеженою кількістю ознак.

Якщо приймати рішення щодо знаходження ПК у визначеній особливій ситуації на основі поодиноких спостережень або за групою спостережень фіксованого об’єму, то можуть бути допущені помилки класифікації ситуацій, оскільки ПК може знаходитись на межі двох небезпечних зон. Фактично в цьому випадку виникає область відмови для правила розв’язання: необхідні додаткові спостереження для впевненості в правильній класифікації небезпечної ситуації, які можливі в послідовній процедурі, що приводить до меншого ризику. Доведено, що для розпізнавання ситуацій доцільно використовувати багатоальтернативне послідовне правило, враховуючи наявність спектру ситуацій.

За результатами контролю за повітряним рухом в зоні КПР можуть бути встановлені класи можливих ситуацій (рис. 1). Ситуації визначаються за абсолютними (до контрольної точки, інтервальні) та відносними (між літаками; до перепон) відхиленнями.

Рис. 1. Граф ситуацій повітряної обстановки двох конфліктуючих ПК

Сформовані класи ситуацій дозволяють реалізувати багатоальтернативний підхід для розв’язання задач класифікації небезпечностей в аеронавігаційній системі.

Визначені основні принципи концепції та задачі алгоритмічного забезпечення кооперативної організації повітряного руху та сформульовані математичні постановки задач кооперативної організації повітряного руху. Дана концепція організації повітряного руху підвищує ефективність та безпеку руху ПК через оптимальне залучення диспетчерів, екіпажів і авіакомпаній з використанням інтегрованого передавання даних і поліпшених форм спостереження і автоматизації. Це скоординовано з роботою програми автоматичного залежного спостереження (АЗС), в рамках якої розробляються операційна концепція і вимоги АЗС (включаючи АЗС-В і АЗС-С), а також перехідний план упровадження АЗС в Європі, який засновано на аналізі рентабельності та безпеки. Основні задачі алгоритмічного забезпечення кооперативної навігації розділено на три групи:

- задачі визначення відносного положення літака в групі чи конфліктній ситуації;

- задачі виявлення випадкових подій (маневри літаків, наявність загрози зіткнення і т.д.);

- задачі керування (виконання спільних маневрів, маневрів відхилення, керування при витримуванні заданого місця і т.д.)

Істотним напрямком при автоматизації корпоративної навігації є автоматизація керування польотом сукупності літаків.

У другому розділі виконано постановку задачі спільної обробки оцінок ситуацій , сформованих різними системами, а також оптимізацію рішень при комплексному використанні засобів аеронавігації.

Математично сформульована задача сумісної обробки рішень щодо ситуацій, які формуються різними інформаційними системами (ІС). Теоретично обґрунтована можливість комплексування навігаційної інформації системи КПР за спектрами ситуацій : шляхом послідовного аналізу в момент в навігаційній системі приймається рішення , а в момент в системі КПР – рішення . Різниця моментів і така, що ПК не може змінити ситуацію в цьому інтервалі. Задача полягає у виробленні спільного рішення на основі оцінок , , яке було б оптимальним з погляду допустимої ймовірності правильної класифікації.

Запропоновано логічний аналіз ситуацій для відпрацювання стратегії сумісної обробки для трьох випадків: незбігу, збігу оцінок та суміжних ситуацій.

Наведено обґрунтування вибору необхідної стратегії сукупності рішень та одержані ймовірності помилок сукупності обробки для всіх перерахованих випадків. Використовуючи дану обробку інформації, можливо, за необхідності, збільшити щільність руху ПК. Тоді слід визначити максимально допустиме число ПК , щоб з заданою ймовірністю всі рішення були прийняті до моменту часу .

Виконані також дослідження впливу якості ІС на кількість керованих ПК, а також впливу комплексування інформації на їх збільшення.

Проаналізовано вплив ймовірності виявлення на час спостереження при заданих середніх втратах і використанні послідовного методу. Одержано вираз для гарантованих середніх втрат.

Для підвищення якості обробки даних спостереження розроблена процедура підсумовування рішень від ІС. При цьому ймовірність правильної класифікації на множині записується як

де - усереднена щільність спостережень, а характеризує апостеріорні ймовірності в моменти прийняття рішень щодо класу -ї ситуації.

Під час реалізації стратегії поєднання рішень ймовірність правильної класифікації ситуації збільшується порівняно з випадком, коли використовується тільки навігаційна або тільки КПР-інформація. Так, у разі неузгодженості ситуацій і за інформацією від двох ІС немає сенсу об'єднувати спостереження, за аналогією для випадку однієї ІС. Це пояснюється тим, що за наявності в одному із джерел інформації великих флуктуацій може бути прийняте помилкове рішення. Але, оскільки невідомо, яка з ІС дає недостовірну інформацію, необхідно залучити додаткову ІС. У той же час ймовірність того, що обидва рішення і помилкові, мала, тому при опрацюванні рішень від додаткового джерела вірогідність того, що одна з ситуацій і має місце зростає, і тому здійснювати вибір можна лише між цими двома системами.

При збігу ситуацій природно прийняти рішення про наявність цієї загальної ситуації, оскільки ймовірність хибності рішень від обох послідовних правил незначна. Тоді ймовірність того, що дійсно має місце лише ця загальна ситуація, асимптотично близька до одиниці.

У разі ситуацій, коли обидві ІС можуть давати порівняно невеличкі флуктуаційні помилки, а реальна ситуація може бути близька до граничної між і ймовірність хибності обох рішень мала. Тому приймається припущення, що вірна одна з гіпотез або . При цьому слід почати спільне опрацювання не з усього масиву спостережень, а з декількох останніх, тому що ПК може під час інтервалу спостереження плавно переміщатися із ситуації в сусідню ситуацію , і навпаки. Далі необхідно відповідно будувати послідовне правило згідно зі спостереженнями, що надходять по черзі від обох ІС.

Таким чином, розглянута процедура підсумовування рішень дозволяє підвищити вірогідність даних системи та/або поєднання рішень окремих засобів (навігаційних, первинних та вторинних радіолокаційних, запобігання зіткнень, супутникових). Наслідком цього є суттєве підвищення ефективності системи та гарантування рівня безпеки руху, оскільки використовується структурна надлишковість.

Процедура сумісної обробки рішень дозволяє гарантувати припустимий рівень ризику і прийняти рішення за менший час, ніж під час процедури простого голосування або максимальної впевненості.

Визначено оптимальне число інформаційних систем мережі для максимізації потоку літаків з урахуванням економічних показників.

Для діагностування особливих ситуацій повітряного стану розроблена методика послідовного багатоальтернативного аналізу. Використання одночасно декількох розв’язувальних правил дозволяє адекватніше аналізувати льотну ситуацію і зменшити ризик помилкових рішень.

Рис. 2. Графіки залежності ймовірності правильної класифікації складної (а) та аварійної (б) ситуацій різними ІС (1 - DME/DME/ІНС; 2 - DME/DME/Air data; 3 - VOR/DME/ІНС; 4 - VOR/DME/Air data; 5 - VOR, поєднаний з автопілотом) від відстані між коридорами польоту

Проаналізована залежність ймовірності правильного розпізнавання ситуації, яка створена в польоті ПК по маршруту, від відстані між маршрутами польоту для різних навігаційних систем (рис. 2).

Багатоальтернативний аналіз з більшою певністю класифікує ситуації за однією координатою для розведення ПК, ніж бінарний метод. Проте в цьому випадку може виникати необхідність збільшення спостережень порівняно зі звичайним послідовним аналізом.

У третьому розділі викладено принципи побудови інтегрованих систем попередження зіткнень (СПЗ), що дозволяють підвищити точність і вірогідність визначення місцеположення ПК за рахунок надлишковості інформації. Наслідком цього є поліпшення якості роботи СПЗ та зростання щільності повітряного руху при допустимому рівні безпеки польотів.

Для підвищення точності визначення місцеположення ПК обґрунтовано використання диференційного режиму GNSS та оптимального розміщення коригувальних станцій на території України.

Проведено розрахунок спектру ймовірнісних характеристик для різних систем визначення місцеположення ПК з урахуванням багатоальтернативної класифікації ситуацій повітряного стану.

Складові спектру характеристик визначені як:

1)

;

2)

3) імовірність визначення аварійної ситуації

4) імовірність повернення до нормальної ситуації

Проведено аналіз схем поєднання координатної інформації в інтегрованих системах прийняття рішень. Вибрана стратегія об'єднання залежить від імовірності помилки і, отже, від порогів виявлення і відношення сигнал/шум розподілених систем. Тому неможливо одержати точні рішення для порогів виявлення і стратегій без точного визначення навколишнього середовища виявлення. Однак загальні вирази можна легко вивести закріпленням різних стратегій за центральним процесором. Розглянуті окремо правила об'єднання рішень центральним процесором при збігу, неузгодженості та невизначеності ситуацій.

Запропонована методика аналізу об'єднання різних систем і розраховані ймовірнісні характеристики комбінацій систем. Враховано тільки реально можливі комбінації поєднання систем і розглянуто два варіанти: комбінація систем як у зоні спостереження, так і поза нею. Дані аналізу після об'єднання систем у різних комбінаціях і з різними логіками об'єднання зведені в таблиці та наочно представлені графіками. Проведено пошук оптимальної комбінації систем при об’єднанні координатної інформації.

В зоні радіолокаційного контролю для підвищення точності координатної інформації про місце знаходження ПК досліджено об'єднання координатної інформації від чотирьох джерел: РЛС, GNSS, БСПЗ і радіомаячних систем, що вже встановлені і використовуються (з метою зменшення витрат на впровадження систем), з перемінним переключенням схем логічного об'єднання координатної інформації. Визначений варіант об’єднання систем, який дає найкращі показники вірогідності інформації і дозволяє забезпечити вищий рівень безпеки. В обох випадках застосування бортової системи попередження зіткнень (БСПЗ) при використанні відповідних логічних схем призводить до значного поліпшення вірогідностних характеристик інтегрованої системи.

Рис. 3. Графіки залежності спектру ймовірнісних характеристик (а), (б), (в), (г) від відстані для систем: 1 - VOR/DME; 2- DME/DME; 3- VOR/VOR; 4- РЛС; 5 – GNSS; 6- БСПЗ.

У четвертому розділі виконано розробку алгоритму роботи інформаційного контуру розв’язання динамічних конфліктних ситуацій системи аеронавігаційного обслуговування польотів (рис.4), з врахуванням функціональних залежностей та особливостей елементів контуру, а також інформаційних потоків між елементами.

Циклічність процесу циркуляції інформаційних потоків у контурі оперативного контролю ДПС зумовлюють визначення єдиного оптимального (квазіоптимального) рішення створеної конфліктної ситуації, а також дозволяють в режимі реального часу прогнозувати і запобігати саме створення конфліктних ситуацій.

Рис. 4. Структура контуру оперативного контролю динамічного повітряного стану (ДПС)

Розглянута методологія оцінки ризику зіткнень для визначення бічних мінімумів ешелонування в системі КПР, заснованої на автоматичному залежному спостереженні (АЗС). Проведена оцінка параметрів моделі ризику зіткнень від інтенсивності та швидкості руху, кількості перекриттів та розмірів ПК. Визначено середній ризик, що дорівнює 1,4*10-7 для можливого числа перетинань маршрутів ПК на польотну годину у разі визначеної ймовірності планового перекриття.

Показано моделі оцінки та проведено оцінку ризику зіткнення ПК (попадання в аварійну та катастрофічну ситуації) в зоні аеродрому залежно від параметрів руху (швидкості, щільності, інтенсивності), розмірів об’єктів та топології району (рис.5.). Це дозволяє прогнозувати очікуване число зіткнень літаків у повітрі та установити, які негайні заходи необхідно почати для збільшення безпеки повітряного руху.

Проведено дослідження впливу впровадження систем CNS/ATM на прогнозування ризику зіткнення ПК, зокрема алгоритм оцінки помилки визначення критичного значення безпечної відстані між конфліктуючими ПК.

а б

Рис. 5. Графіки залежності імовірності зіткнення від висоти зони (а) та дальності від радіолокаційної системи до ПК (б)

У разі збільшення ризику зіткнення, пов’язаного в першу чергу зі зростанням швидкостей конфліктуючих літаків та кута перетину їх трас, вимоги до точності визначення координат, за якою , зменшуються (рис. 6).

Рис. 6 Залежність імовірності зіткнення як функції радіусу середньоквадратичного кола розсіювання помилок визначення координат від кута перетину трас при швидкості км/год

Аналіз впливу різноточності інформації, що надходить від традиційних систем навігації, на зниження рівня безпеки повітряного руху показує: якщо точність визначення координат -го та -го літаків відрізняється в два рази (), то рівень безпеки знизиться в раз, що недопустимо. Оскільки при вирішенні питань забезпечення безпеки вибирається, як правило, гірший з варіантів (наприклад, гірша оцінка), то при комплексному використанні супутникової системи CNS і аналогічної їй за призначенням традиційної системи необхідно орієнтуватися (із заданим відповідно до вимог ІСАО рівні безпеки, що відповідає ймовірності попередження небезпечного зближення) на усереднені характеристики точності останньої.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертації наведене обґрунтування багатоальтернативного підходу до задач класифікації ситуацій польоту ПК, що забезпечує прийняття адекватних рішень щодо правильного розведення літаків та запропонована багатоальтернативна модель класифікації цих ситуацій на основі послідовного методу розпізнавання ситуацій. Визначено вплив інтегрування навігаційних засобів на ймовірність класифікації ситуацій повітряної обстановки в інтегрованій аеронавігаційній системі. В межах цього:

1. В роботі розглянуто ймовірнісні методи розпізнавання та побудови класифікаторів для визначення класів ситуацій повітряної обстановки в аеронавігаційній системі з метою прийняття адекватних рішень щодо правильного розведення ПК.

2. Визначені основні принципи концепції та задачі алгоритмічного забезпечення кооперативної організації повітряного руху.

3. Розроблено процедуру спільної обробки навігаційної й КПР інформації, що забезпечує класифікацію ситуацій у повітрі з заданою ймовірністю правильної класифікації:

- показано, що використання тільки навігаційної чи тільки КПР інформації приводить до збільшення в середньому помилкових рішень порівняно із середньою помилкою у разі спільного використання інформації;

- розроблено процедуру з визначення максимального числа літаків у потоці з урахуванням впливу якості систем вимірювання і комплексування навігаційної й КПР інформації;

- розроблено процедуру визначення оптимального числа позицій ІС для максимізації потоку літаків, що обслуговуються;

- розроблено математичні основи визначення вимог до характеристик аеронавігаційних систем і комплексів, що забезпечують максимізацію прибутку при заданій імовірності правильного рішення;

- побудовано функціонал для визначення числа джерел інформації й оптимального числа літаків у потоці з позиції теорії ефективності аеронавігаційних систем;

- побудовано процедуру спільної обробки рішень, що дозволяє гарантувати необхідний рівень (помилок) ризику і приймати рішення за час, менший ніж під час процедури простого голосування чи максимальної впевненості.

4. Проведено моделювання ймовірнісних характеристик удосконаленої інтегрованої СПЗ та схем поєднання координатної інформації:

- для ймовірності визначення попадання в ускладнені умови польоту або складну ситуацію кращі результати можна отримати за умови об’єднання координатної інформації при збігу ситуацій у разі використання трьох систем;

- для імовірності визначення аварійної ситуації необхідно використовувати об’єднання за випадку неузгодженості ситуацій для трьох систем.

5. Проаналізовано оптимальну комбінацію систем при об’єднанні координатної інформації в зоні спостереження та поза нею:

- в зоні аеронавігаційного спостереження варто застосовувати об’єднану інформацію від різних ІС зі змінним переключенням схем логічного об’єднання координатної інформації залежно від дальності;

- поза зоною радіолокаційного контролю кращі результати можна отримати способом об’єднання координатної інформації також при збігу або неузгодженості ситуацій від трьох джерел;

- в обох випадках застосування бортової системи попередження зіткнень при використанні відповідних логічних схем призводить до значного поліпшення вірогідностних характеристик інтегрованої системи.

6. Розроблений алгоритм роботи інформаційного контуру розв’язання динамічних конфліктних ситуацій системи АНО дозволяє в режимі реального часу прогнозувати і запобігати виникненню конфліктних ситуацій, а циклічність процесу циркуляції інформаційних потоків – знаходження єдиного оптимального (квазіоптик-мального) розв’язання створеної конфліктної ситуації.

7. Проведено оцінку параметрів моделі ризику зіткнень від інтенсивності руху, розмірів ПК, швидкості руху, перекриттів. Середній ризик становить 1,4*10-7 для можливого числа перетинань маршрутів ПК на польотну годину у разі визначеної ймовірності планового перекриття.

8. Запропоновано моделі та оцінено ризик зіткнення ПК в зоні аеродрому в залежності від параметрів руху (швидкості, щільності), розмірів об’єктів, топології району.

9. Проаналізовано вплив упровадження системи CNS/ATM на прогнозування ризику зіткнення та наведено адаптивний алгоритм оцінки рівня безпеки повітряного руху.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Харченко В.П., Сугоняко Л.М., Алєксєєв В.М. Принцип сумісної обробки оцінок ситуацій руху повітряних кораблів методом послідовного аналізу //Вісник центрального наукового центру транспортної академії України. – 2000. - №3. – С. 19-21.

2. Сугоняко Л.М., Харченко В.П. Інформаційний контур розв’язання динамічних конфліктних ситуацій системи аеронавігаційного обслуговування //Вісник КМУЦА. – 2000. – №3-4 (7). – С. 261-267.

3. Харченко В.П., Сугоняко Л.М. Процедура підсумовування рішень в аерокосмічній інформаційній системі моніторингу та керування транспортом //Вісник НАУ. – 2001. – №3 (10). – С. 124-127.

4. Сугоняко Л.М. Вплив характеристик інтегрованих навігаційних засобів на імовірності класифікації повітряної обстановки// Вісник НАУ. – 2001. – №4 (11). – С. 75-79.

5. Нестерова Л.М. Аналіз схем поєднання координатної інформації для прийняття рішень в інтегрованій системі попередження зіткнень// Вісник НАУ. – 2002. – №2. – С. 131-134.

6. Нестерова Л.М. Оцінка ризику зіткнень повітряних кораблів у зоні аеродрому// Вісник НАУ. – 2002. – №3. – С.88-91.

7. Сугоняко Л.М., Харченко В.П. Принципи прогнозування конфліктних ситуацій рухомих об’єктів// Тези доп. Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-99”

8. Сугоняко Л.М. Виявлення та розв’язання конфліктних ситуацій в транспортних системах засобами попередження зіткнень// Тези доп. Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-99”

9. Сугоняко Л.М. Принцип побудови інтегрованої системи попередження зіткнень// Матеріали ІІ Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-2000”. – К.: НАУ, 2000.

10. Сугоняко Л.М. Вплив характеристик інтегрованих навігаційних засобів на імовірність класифікації повітряної обстановки// Матеріали ІІІ Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-2001”. – К.: НАУ, 2001.

11. Сугоняко Л.М. Методика аналізу виявлення ризику зіткнень// Матеріали Міжнародної наукової конференції студентів та молодих вчених, присвяченої 10-й річниці Незалежності України. – К.: НАУ, 2001. – С. 53.

12. Сугоняко Л.М. Вплив системи CNS/ATM на рівень ефективності системи організації повітряного руху// Матеріали ІV Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-2002”. – К.: НАУ, 2001. – С. 21.163-21.166.

13. Сугоняко Л.М. Алгоритмічне розв’язання задач корпоративної навігації// Матеріали ІV Міжнар. научн.-техн. конф. “АВІА-2002”. – К.: НАУ, 2001. – С. 21.167-21.170.

14. Харченко В.П., Лялько В.Г., Савченко В.О., Сугоняко Л.М. Аеронавігаційне обслуговування польотів: Методичні вказівки до виконання курсової роботи. – К.: НАУ, 2002. – 14 с.

15. Лялько В.Г., Харченко В.П., Савченко В.О., Сугоняко Л.М. Аеронавігаційне обслуговування польотів: Методичні вказівки і контрольні завдання. – К.: НАУ, 2002. – 40 с.

АНОТАЦІЇ

Нестерова Л.М. Прогнозування ризику зіткнення повітряних кораблів в інтегрованих аеронавігаційних системах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 - “Навігація та управління повітряним рухом”. – Національний авіаційний університет, Київ, 2003.

Запропоновано процедури багатоальтернативного послідовного правила для класифікації та прогнозування ситуацій повітряної обстановки. Розроблено процедуру спільної обробки навігаційної інформації й інформації від системи керування повітряним рухом, що забезпечує класифікацію ситуацій у повітрі з заданою імовірністю правильної класифікації.

Проаналізовано оптимальну комбінацію інформаційних систем за умови об’єднання координатної інформації в зоні дії систем аеронавігаційного спостереження.

Запропоновано алгоритм роботи інформаційного контуру для розв’язання динамічних конфліктних ситуацій системи аеронавігаційного обслуговування.

Ключові слова: ризик зіткнення, аеронавігаційна система, багатоальтернативний послідовний аналіз, класифікація ситуацій, безпека польотів.

Нестерова Л.М. Прогнозирование риска столкновений воздушных кораблей в интегрированных аэронавигационных системах. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.22.13 - “Навигация и управление воздушным движением”. – Национальный авиационный университет, Киев, 2003.

Обоснована и проведена множественная классификация ситуаций воздушной обстановки в системах кооперативной навигации. Рассмотрены вероятностные методы распознавания и построения классификаторов для обеспечения принятия адекватных решений по правильному разведению самолетов..

Предложены процедуры многоальтернативного последовательного правила для классификации и прогнозирования ситуаций воздушной обстановки. Разработана процедура общей обработки навигационной информации и информации от системы управления воздушным движением, которая обеспечивает классификацию ситуаций в воздухе с заданной вероятностью правильной классификации. Показано, что использование только навигационной или УВД информации приводит к увеличению в среднем ошибочных решений в сравнении со средней ошибкой при совместном использовании информации. Разработано процедуру определения максимального числа самолетов в потоке с учетом влияния качества систем измерения и комплексирования навигационной и УВД информации.

Проанализирована оптимальная комбинация информационных систем при объединении координатной информации в зоне действия систем аэронавигационного наблюдения.

Предложен алгоритм работы информационного контура для решения динамических конфликтных ситуаций системы аэронавигационного обслуживания.

Ключевые слова: риск столкновения, аэронавигационная система, многоальтернативный последовательный анализ, классификация ситуаций, безопасность полетов.

Nesterova L.M. Forecasting of risk of aircrafts collisions in the integrated aeronautical systems. - Manuscript.

Dissertation on competition of candidate of engineering scientific degree in a speciality 05.22.13 - Navigation and Air Traffic Control. - National Aviation University, Kiev, 2003.

Procedures of a multialternative series rule for classification and forecasting of situations of air situation are offered. The procedure of general processing of the navigational information and the information from a management system of an air traffic which provides classification of situations in air with preset probability of correct classification is developed.

The optimum combination of intelligence systems of the coordinate information in a coverage of systems of aeronautical supervision at join is analyzed.

The algorithm of activity of an information contour the solution of dynamic disputed situations of a system of aeronautical service is offered.

Key words: risk of collision, an aeronautical system, a multialternative sequential analysis, classification of situations, an air safety.