Использование кластерных структур в системах отображения воздушной обстановки

Министерство  образования и науки Украины

Национальный  авиационный университет

Факультет аэропортов 
 
 

Курсовая  работа

«Использование  кластерных структур в системах отображения  воздушной обстановки» 
 
 
 
 

Выполнила:

Студентка ФАП 206

Иванова Ирина 
 
 

Киев 2010

Содержание

Введение……………………………………………………...2

Раздел 1

1. Системы отображения воздушной обстановки………...5

1.2 Общие сведения о кластерных структурах ………..…..7

1.3 Возможности системы ……………………………..…...8

1.4 Компоненты системы……………………………...…….9

1.5 Сообщения системы…………………………………….15

1.6 Прочие системы ответчиков …………………………..16

1.7 Предупреждения о воздушной обстановке и разрешение

       конфликтных ситуаций ……………………..……..…..17

Раздел 2. Разработка картографической модели местности

       при помощи MapInfo……………………..…………….20

Список использованной литературы ………………………26 
 
 
 
 
 
 

Введение

Со времен древнего полюдья управленческая структура любого государства занято главным образом тем, что мобилизует и перераспределяет ресурсы между первичными социальными, военными и производственными ячейками, так называемыми «кластерами». А внутри этих ячеек сохраняется та же автономность, как и во времена древнего полюдья.

В большинстве  деловых организаций власть построена  по принципу виноградной грозди, то есть, во-первых, сверху вниз, а во-вторых, кластерами, цельными замкнутыми группами, ячейками в кожуре, хотя между ними существуют какие-то информационные и иные связи, но очень ярко выражена цельность каждой отдельной группы. Откуда это пошло? Давайте посмотрим, как расселялись с XIII века люди на Руси. Оказывается, тоже кластерами, вдоль рек.

Независимо от того, в какой сфере действуют  кластерные структуры, им присущ общий  подход к решению задач. Например, командиру батальона приказали  взять такую-то высоту. Он транслирует приказ командирам рот, перераспределяет между ротами пополнение и общие ресурсы (артподготовку и т. п.), разъясняет меры наказания в случае невыполнения приказа.

В ходе роста  малого предприятия наступает момент, когда увеличение численности персонала  неизбежно приводит к появлению кластерных групп внутри организации. Чаще всего сотрудники группируются по подразделениям, то есть по производственному признаку. Например, работники бухгалтерии, как правило, противостоят коммерческим службам, а те в свою очередь объединяются друг с другом против службы безопасности. Иногда внутрифирменные кластеры складываются на неформальной основе — по стажу работы в фирме, по степени близости к руководству, по возрасту и способу решения служебных проблем, даже по наличию тех или иных вредных привычек.

Появление кластеров  внутри фирмы вызывает локальный  управленческий кризис. Если руководство, совместно с персоналом, сумеет освоить  новые для него способы взаимодействия между подразделениями, то фирма  выживет и будет процветать. Если же оно будет воспринимать внутрифирменные группировки-кластеры как «злокачественные новообразования», нарушающие цельность идеологии и структуры фирмы, и бороться с ними, то предприятие обречено. Против руководителей будет обращен весь вековой арсенал изощренных методов борьбы низовых ячеек-кластеров с вышестоящей организацией.

«Предприятие, в  котором я работаю, унаследовало старомосковский, „кластерный" подход к кадровой политике. Приобретая контроль над очередным заводом, оно не увольняет топ-менеджеров „захваченного" предприятия, а интегрирует их в свою структуру. Иногда им приходится расстаться со старой должностью, но взамен они получают равнозначную на каком-либо другом заводе, принадлежащем нашей фирме. Поэтому расширение фирмы происходит относительно легко, скупка контрольных пакетов акций не встречает сопротивления со стороны руководства этих предприятий».

Бывали случаи, когда директора добровольно  передавали контроль над своими предприятиями, рассчитывая сделать более удачную  карьеру уже в структуре нашей фирмы, как когда-то удельные князья переходили «под руку Москвы». Что же касается их привилегированного положения, то различия между заслуженными сотрудниками, давно пришедшими в фирму с рядовых должностей («боярами»), и новыми, бывшими руководителями независимых предприятий (недавними «удельными князьями»), стираются прямо на глазах.

Таким образом, кластерный характер отечественных  управленческих структур надо считать  не достоинством или недостатком, а  просто данностью, которую нельзя не принимать во внимание. Эта черта русской модели управления исторически обусловлена, связана с географическими особенностями нашей страны, укоренена в национальном менталитете и образе жизни. Когда мы говорим о необходимости изменения отраслевой структуры экономики, об оздоровлении бизнес-этики, о реформе корпоративного управления, об участии в глобализации, о других стоящих перед Россией насущных задачах, то надо осознать, что решать эти и другие проблемы придется все тем же кластерным структурам с их патриархальным «внутренним» укладом.

Потребуется определенный период времени на адаптацию наших  кластеров к новым условиям, на выработку ими специальных технологий работы с новым, незнакомым ранее  классом проблем. Наши люди и организации  в предшествующие эпохи неоднократно оказывались в аналогичном положении и каждый раз находили решение. Думается, что и в XXI веке отечественная модель управления сумеет вписаться в общий контекст мирового развития. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел 1.

1.1 Системы отображения  воздушной обстановки.

Системы отображения воздушной обстановки предназначены для ознакомления летных экипажей с системой отображения воздушной обстановки и предотвращения столкновений самолетов в воздухе. Одна из такиъ систем производства фирмы Honeywell, известной под названием TCAS 2000 (Traffic Alert and Collision Avoidance System). Она предусматривает изучение основных принципов построения и функционирования системы, принципов и порядка ее эксплуатации, а также ограничений системы.

Система TCAS 2000 представляет собой автономную бортовую систему предотвращения столкновений, предназначенную для помощи летным экипажам в предотвращении столкновений в воздушном пространстве. Система TCAS 2000 должна быть включена во время полета в тех зонах воздушного пространства, в которых требуется использование системы TCAS.

В активизированном состоянии система TCAS 2000 обеспечивает дополнительное средство защиты от столкновения с другими самолетами, на которых  включены и функционируют их ответчики  радиолокационной системы УВД или  ответчик режима S. Эта защита не обеспечивается в том случае, когда включена система ответчиков, не соответствующая стандартам ИКАО.

Система TCAS 2000 является резервной по отношению к системе управления воздушным движением (УВД) и принципу предотвращения столкновения «увидеть и избежать». Система предназначена для того, чтобы обеспечить безопасное эшелонирование ВС, прогноз траекторий которых показывает вероятность столкновения, и одновременно свести к минимуму отклонение или уход от предписанного службой УВД курса полета. Она осуществляет непрерывное наблюдение за воздушным пространством вокруг самолета, на котором она установлена, производя активные запросы и принимая ответы от ответчиков других самолетов, находящихся в непосредственной близости.

Система распознает ответы с самолетов, оснащенных ответчиками режима-А, режима-С и режима-S Международной организации гражданской авиации (ИКАО), и определяет дальность до других самолетов, их относительный пеленг и относительную высоту в случае, если функционируют их системы сообщения высоты (информация по ответам в режиме-А и режиме-С приведена в Приложении В). Используя эту информацию, система прогнозирует траекторию полета, оценивает расстояние на участках наибольшего сближения и определяет, существует ли потенциальная угроза столкновения. При обнаружении такой угрозы система выдает указания по выполнению оптимального маневра в вертикальной плоскости во избежание столкновения.

TCAS 2000 получает  также входные сигналы от систем  своего самолета и располагает  данными о его летно-технических характеристиках. Эта информация учитывается системой при разрешении конфликтов. Также формирует вокруг самолета, на котором она установлена, защищенный участок воздушного пространства, именуемый «зоной столкновения».

Поскольку система TCAS 2000 построена по принципу вычисления времени до возможного столкновения, то размеры и форма зоны столкновения меняются в зависимости от скорости сближения с конфликтующим самолетом и его относительного пеленга. Если ожидается, что траектория полета конфликтующего самолета пройдет через зону столкновения, окружающую самолет, оборудованный системой TCAS 2000, то система информирует об этом экипаж средствами визуального и речевого оповещения.

Система TCAS 2000 выдает сообщения двух уровней: предупреждения о воздушной обстановке (ТА) и рекомендации по устранению конфликтной ситуации (RA). Эти сообщения направлены на сохранение или увеличение вертикального разделения, необходимого для избежания столкновения с конфликтующим самолетом.

При решении  задачи ухода от столкновения система TCAS 2000 отслеживает до 50 самолетов, для которых прогнозируется вхождение в зону столкновения.

На дисплее  фирмы Honeywell, который сочетает указатель  скорости набора высоты (VSI) с дисплеем предупреждений о воздушной обстановке и рекомендаций по устранению конфликтной ситуации (TRA), отображается вплоть до 31 отметок самолетов. На каждом рабочем месте пилота производится замена штатных указателей вертикальной скорости на подобные дисплеи VSI/TRA. 

1.2 Общие сведения о кластерных структурах в системах воздушной обстановки.

Кластерные структуры  представляют собой средство для  более глубокого анализа воздушной  обстановки, и по назначению она  аналогична системе предупреждения об опасном сближении с землей, известной под названием GPWS (Ground Proximity Warning System), и системе оповещения о сдвиге ветра (Windshear Alerting System). Однако, предупреждения систем Windshear и GPWS.

Такие структуры  установлены на самолетах в различной конфигурации. Конфигурации варьируются в зависимости от количества вычислительных блоков, количества ответчиков режима-S, а также количества и типов антенн.

В курсовой работе я постараюсь описать основные принципы функционирования каждого из компонентов  системы при базовой конфигурации системы.  
 
 
 

1.3 Возможности системы

Во время  установки и сертификации системы  выполняется анализ рабочих характеристик  самолета при различных конфигурациях  системы. При необходимости вводится ограничение на определенные рекомендации системы TCAS по устранению конфликтных ситуаций с тем, чтобы такие рекомендации соответствовали возможностям самолета по набору высоты.

Требуемые рабочие характеристики самолетов  представлены в Циркуляре Федерального управления гражданской авиации за номером AC 20-131A (см. Приложение С). Процесс сертификации самолета должен предоставлять пилоту гарантии того, что возможно соблюдение всех рекомендаций по устранению конфликтной ситуации.  

1.4 Компоненты системы.

Описываемая в  настоящем руководстве система  в базовой конфигурации состоит  из установленных на самолете антенн, блока вычислителя, ответчика режима-S и установленных в кабине экипажа  индикаторов и пульта управления. На приведенном ниже Рис. 2-1 представлена схема построения системы.

На вычислительный блок системы от соответствующих  приборов самолета поступают данные о радиовысоте, барометрической  высоте, пребывании самолета в воздухе  или на земле, а также о выпущенном или убранном шасси, а также от сигнализатора высоты/блока управления или пульта управления режимами (как вариант ARINC 429).

Как правило, вычислительный блок установлен в приборном отсеке с электронной аппаратурой. Этот блок запрашивает ответчики других самолетов, вычисляет их место расположения, отслеживает их траекторию, передает различные предупреждения и рекомендации на дисплеи VSI/TRA или другие индикаторы, а также передает речевые сообщения пилоту через расположенную в кабине самолета систему звукового оповещения.

Система включает в себя, по меньшей мере, один, или обычно два, ответчика режима-S, который установлен в приборном отсеке для электронной аппаратуры. Этот ответчик отвечает на запросы, поступающие в режиме-А, режиме-С и режиме-S от радиолокационных систем службы управления воздушным движением, а также от других самолетов, оборудованных подобной системой.

Каждый самолет, оснащенный ответчиком режима-S, имеет  свой собственный уникальный адрес, который позволяет ему напрямую обмениваться данными с совместимыми системами. Этот адрес присваивает  конкретному самолету ИКАО (Международная организация гражданской авиации).

Рисунок 2

Базовая схема системы отображения воздушной  обстановки

Такой адрес на постоянное время заносится  в запоминающее устройство каждого  установленного на борту ответчика  режима-S. Такие возможности в отношении адресации позволяют системе напрямую связываться с конфликтующими самолетами, оснащенными ответчиками режима-S, с которыми ей необходимо скоординировать маневры с целью разрешения потенциальных конфликтов.

Этот  адрес ИКАО не зависит от идентификационных кодов «4096», которые присваиваются рейсу службой управления воздушным движением во время полета.

Ответчик  режима-S также передает данные от датчика  барометрической высоты и с пульта управления в вычислительный блок системы TCAS.

У каждого пилота на месте, где обычно устанавливается указатель вертикальной скорости, установлен дисплей VSI/ TRA [указатель вертикальной скорости (VSI) с дисплеем предупреждений о воздушной обстановке и рекомендаций по устранению конфликтной ситуации (TRA)] для вывода информации TCAS. Этот дисплей интегрирован в систему электронных полетных приборов (Electronic Flight Instrument System).

В аналоговой системе, модуль преобразования барометрических  данных (Pressure Transducer Module), соединенный  с тем же источником статического давления, что и высотомер, передает на дисплей VS1/TRA электрический сигнал скорости изменения высоты, если компьютер полетных данных не может обеспечить сигнал в необходимом формате.

Пульт управления ответчика режима-S/TCAS, как  правило, расположен на центральном пульте. Летчик пользуется пультом управления для установки режима работы TCAS и ответчика режима-S, для установки кодов ответа на запросы радиолокатора службы УВД, а также для проверки работы системы.

На всех самолетах, оборудованных системой TCAS 2000, установлена одна направленная антенна сверху фюзеляжа самолета и одна антенна (направленная или ненаправленная) - снизу. Для ответчика режима-S также необходима верхняя и нижняя ненаправленные антенны. Таким образом, для должного функционирования системы TCAS необходимо всего 4 антенны. Коаксиальный антенный переключатель может быть использован для обеспечения антеннами второго ответчика.

Дополнительная  описательная информация представлена в документе под названием  «Описание системы TCAS 2000 и руководство по монтажу».

Система воздушной навигации формирует  вокруг самолета некий участок воздушного пространства, именуемый «зоной столкновения». Размеры этой зоны меняются в зависимости  от высоты полета. Система TCAS 2000 обеспечивает защиту этой зоны от вторжения в нее другого самолета исходя из их скорости сближения, как по расстоянию, так и по высоте.

Система TCAS 2000 непрерывно наблюдает за воздушным  пространством вокруг самолета и  следит за сигналами ответчиков других самолетов. Путем отслеживания этих ответов составляется прогноз траектории полета каждого обнаруженного самолета, основанный на данных отслеживания.

При дополнительной установке и использовании прибора  сигнализации тревоги по высоте или  другого устройства, подающего входной сигнал по высоте (ARINC 429), движение оборудованного самолета координируется с большей точностью с целью избежать потенциальной конфликтной ситуации. В данном случае, консультативное сообщение по устранению конфликтной ситуации (RA) не сводится к смягченной команде "выравнить ВС в линию горизонта" в тот момент, когда самолет достиг заданную высоту. 

Для расчета  скорости сближения и времени  полета до точки наибольшего сближения  система использует математическую формулу. Рекомендация по устранению конфликтной ситуации, при исполнении которой увеличивается разделение между самолетами, выдается для любого самолета, прогноз траектории которого показывает вероятность вторжения в зону столкновения, окружающую самолет, оборудованный системой TCAS 2000.

Говоря более точно, система TCAS 2000 формирует два объемных участка воздушного пространства вокруг своего самолета, именуемые «зоной предупреждения» (Warning Area) и «зоной повышенного внимания» (Caution Area).

Система TCAS 2000 работает по принципу вычисления времени, т. е., другими словами, вне зависимости от взаимной геометрии траекторий конфликтующих самолетов в данный момент времени предупреждения о воздушной обстановке (ТА) и рекомендации по устранению конфликтной ситуации (RA) выдаются экипажу приблизительно с одним и тем же запасом по времени. Система автоматически корректирует размеры зоны повышенного внимания и зоны предупреждения с учетом скорости сближения и относительного пеленга конфликтующего самолета.

Периметр  зоны повышенного внимания находится в 20-48 секундах полета от рассчитанного системой TCAS 2000 времени вторжения конфликтующего самолета в зону столкновения. Периметр зоны предупреждения находится в 15-35 секундах полета от времени вторжения в зону столкновения. Возможные вариации по времени основываются на значениях логических параметров.

Если  самолет действительно вошел  в зону повышенного внимания, то система TCAS 2000 воспринимает его как  конфликтующий самолет и выдает предупреждение о воздушной обстановке. Это сообщение состоит как  из голосового предупреждения, так и визуального сигнала, указывающего дальность и относительный пеленг конфликтующего самолета, которые помогают экипажу в выполнении визуального поиска и идентификации данного самолета.

ПРИМЕЧАНИЕ: Не рекомендуется выполнять маневры ухода от столкновения, основываясь только на предупреждениях о воздушной обстановке.

Если  конфликтующий самолет входит в  зону предупреждения, то система TCAS 2000 выдает рекомендацию по устранению конфликтной  ситуации (RA), которая может быть либо корректирующей, либо превентивной.

Отображаемая  на дисплее рекомендация либо а) изменяется на рекомендацию по переходу в набор  или снижение с указанием рекомендуемой  вертикальной скорости, либо б) изменяется на предостережение экипажа о  том, чтобы не изменять текущую вертикальную скорость. Одновременно подается голосовая команда.

Зоны  столкновения, предупреждения и повышенного  внимания определяют объем воздушного пространства вокруг самолета, оборудованного системой. Форма, горизонтальные и вертикальные размеры зон являются функцией дальности и скорости сближения конфликтующего самолета. 

Рисунок 3

Зоны  предупреждения и повышенного внимания системы воздушной навигации. 

5. Сообщения системы

Система выдает рекомендации по устранению конфликтной  ситуации (RA) и предупреждения о воздушной обстановке (ТА) в том случае, если конфликтующий самолет оборудован ответчиком УВД (служба управления воздушным движением), обеспечивающим передачу ответных сигналов в режиме-S или режиме-С. Передаваемая этими сигналами информация о высоте полета используется системой при расчетах рекомендаций по устранению конфликтной ситуации.

Для конфликтующего самолета, у которого не включена функция  сообщения о высоте полета, система  может выдавать только предупреждения о воздушной обстановке.

Сообщения ТА и RA обновляются один раз в  секунду и в реальном масштабе времени обеспечивают экипаж рекомендациями и информацией о положении  конфликтующего самолета. Положение  конфликтующего самолета по отношению  к собственному самолету отображается на дисплее VSI/TRA, что помогает экипажу в осуществлении визуального поиска и реализации принципа «увидеть и избежать».

После того как система составляет прогноз  о достижении приемлемого разделения между самолетами, выдается речевое  сообщение «CLEAR OF CONFLICT» (конфликт устранен), подтверждающее, что конфликтной ситуации более не существует. Летный экипаж должен возвратиться к исходному профилю полета, установленному службой УВД. 

6. Прочие  системы ответчиков

Система TCAS 2000 отвечает стандартам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) для ответчиков радиолокационной системы УВД. модели A, C и S. Радиолокаторы наземной службы управления воздушным движением, которые установлены вдоль международных воздушных маршрутов в странах, являющихся членами ИКАО, как правило, соответствуют стандартам ИКАО.

В некоторых  странах на внутренних маршрутах  могут применяться радиолокаторы  наземной службы управления воздушным  движением, которые не отвечают стандартам ИКАО. Это относится, например, к  радиолокаторам в России, Узбекистане, Украине и других станах Содружества Независимых Государств (СНГ).

Система TCAS 2000 в процессе эксплуатации в  состоянии обнаружить только те самолеты, на которых функционируют ответчики, отвечающие стандарту ИКАО. ВС, эксплуатирующие  ответчики не соответствующие стандартам ИКАО, не будут обнаружены системой ТСAS 2000. При полете в любом воздушном пространстве экипаж самолета должен непрерывно внимательно следить за воздушной обстановкой и находиться настороже.

1.7 Предупреждения о воздушной обстановке и рекомендации по устранению конфликтной ситуации.

Предупреждение  о воздушной обстановке (ТА) выдается при обнаружении конфликтующего самолета, для которого прогнозируется, что ему потребуется 20-48 секунд для вхождения в защищаемую системой зону столкновения.

Фактическое расстояние в момент выдачи предупреждения варьируется по той причине, что  оно зависит от скорости сближения  и высоты полета конфликтующего самолета. Речевое сообщение ТА выдается словами «TRAFFIC, TRAFFIC» (воздушный объект, воздушный объект). Отметка такого самолета появляется на дисплее VSI/TRA в виде сплошного кружка ЯНТАРНОГО цвета, располагающегося в месте, точно отображающем дальность и пеленг относительно самолета, оборудованного системой TCAS 2000.

В прилегающем  поле данных указывается высотное разделение, сообщается, находится ли конфликтующий  самолет выше или ниже самолета, оборудованного системой TCAS 2000, а также  изображается стрелка, направленная вверх или вниз и показывающая направление вертикальной скорости вторгающегося самолета в том случае, если она превышает 500 футов в минуту.

Рекомендация  по устранению конфликтной ситуации (RA) выдается в отношении конфликтующего самолета, для которого прогнозируется, что ему потребуется 15-35 секунд для  входа в защищаемую системой зону столкновения. Фактическое расстояние в момент выдачи этой рекомендации варьируется по той причине, что оно зависит от скорости сближения и высоты полета конфликтующего самолета.

Если  конфликтующий самолет входит в  зону предупреждения, то системой выдается рекомендация RA, которая отображается на дисплее VSI/TRA в виде КРАСНОЙ дуги запрещенных и ЗЕЛЕНОЙ дуги заданных вертикальных скоростей и сопровождается голосовым сообщением. Отметка конфликтующего самолета отображается на дисплее VSI/ TRA в виде сплошного квадрата КРАСНОГО цвета, располагающегося в месте, точно отображающем дальность и пеленг относительно самолета, оборудованного системой.