Оценка качества функционирования радионавигационных и радиолокационных средств зоны аэропорта в условиях воздействия непреднамеренных электромагнитных помех тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат технических наук Обрывалин, Сергей Геннадиевич

• Обрывалин, Сергей Геннадиевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Обрывалин, Сергей Геннадиевич

Введение.

1. Особенности функционирования радионавигационных и радиолокационных средств гражданской авиации при наличии электромагнитных помех.

1.1. Основные факторы, влияющие на качество функционирования радионавигационных и радиолокационных средств в условиях воздействия помех.

1.2. Анализ источников помех, влияющих на оценку качества функционирования радионавигационных и радиолокационных систем.

1.2.1. Основные источники помех для системы посадки и навигации.

1.2.2. Побочное излучение городского телевидения.

1.2.3. Побочное излучение станций ВЧ радиосвязи

1.2.4. Побочное излучение приводных автоматических радиостанций.

1.2.5. Основное излучение радиотехнических средства зоны аэропорта.

1.2.6.Влияние технического состояния радиотехнических средств зоны аэропорта.

1.2.7. Побочное излучение ОВЧ радиостанции.

1.2.8. Влияние основного и побочного излучения связных ВЧ-радиостанций на глиссадный канал РСП.

1.2.9. Влияние гармонической помехи на функционирование радиомаячной системы посадки.

1.3. Вероятностная оценка поражения приемника помехами.

1.3.1. Вероятность поражения по комбинационным каналам приема.

1.3.2. Вероятность поражения по интермодуляционным каналам приема.

Выводы по первой главе.

2. Качество функционирования радионавигационных и радиолокационных систем.

2.1. Основные понятия и определения.

2.2. Выбор основных параметров, характеризующих качество функционирования радионавигационных и радиолокационных систем.

2.3. Выбор контролируемых параметров радионавигационных систем.

2.4. Выбор контролируемых параметров радиолокационных систем (на примере радиолокационных станций УВД)

Выводы по второй главе

3. Разработка методов оценки качества функционирования радионавигационных и радиолокационных систем при их эксплуатации.

3.1. Метод оценки качества функционирования радионавигационных и радиолокационных систем при их эксплуатации на основе оценок параметров электромагнитной обстановки.

3.2. Метод оценки качества функционирования радионавигационных и радиолокационных систем на основе оценок информационных параметров сигнала.

3.3. Метод оценки качества функционирования радионавигационных и радиолокационных систем на основе комбинированного подхода.

3.4. Особенности оценки качества функционирования радиотехнических систем различного назначения

Выводы по третьей главе

4. Применение методов оценки качества функционирования радиотехнических систем.

4.1. Оценка качества функционирования радионавигационных систем.Ш

4.2. Оценка качества функционирования радиолокационных систем.И

4.3. Оценка качества функционирования систем радиосвязи.

Выводы по четвертой главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка качества функционирования радионавигационных и радиолокационных средств зоны аэропорта в условиях воздействия непреднамеренных электромагнитных помех»

Процесс технической эксплуатации авиационной техники, прежде всего, заключается в поддержании работоспособного состояния этой техники, предупреждение отказов, а при их возникновении - в устранении отказов. Для этого существуют соответствующие процедуры технического обслуживания и ремонта авиационной техники, иными словами речь идет о конкретных видах мероприятий, которые проводятся на конкретных видах авиационного оборудования и определяются регламентами выполнения указанных работ. Радиоэлектронное оборудовании, в этом смысле, имеет определенные специфические особенности, связанные с тем, что конкретные виды радионавигационного и радиолокационного оборудования работают в конкретных условиях распространения радиоволн и в условиях воздействия на них электромагнитных помех, порождаемых другими радиоэлектронными средствами, расположенными как в зоне данного аэропорта, так и за его пределами (например, воздействие сигналов телевизионных передатчиков и других радиосредств, не предназначенных для нужд гражданской авиации). Именно поэтому для радионавигационных и радиолокационных систем, эксплуатируемых в гражданской авиации (ГА) традиционное техническое обслуживание не гарантирует отсутствие или снижение риска отказов в процессе их функционального применения из-за возможности возникновения помех в определенное время или из-за изменений условий распространения электромагнитных волн на трассе. Например, известное явление затухания радиоволн ВЧ-диапазона в силу их физической природы может продолжаться минутами, полностью прерывая передачу информации. Важно отметить, что при этом, с точки зрения технической эксплуатации, само оборудование находится в работоспособном состоянии, однако свою основную функцию не выполняет. В этой связи в условия распространения радиоволн в данном регионе или условия возникновения, так называемых, непреднамеренных помех от других радиосредств должны входить в условия эксплуатации радионавигационных (РНС) и радиолокационных (РЛС) систем и определять их техническое состояние. Как известно, все нормативные документы по технической эксплуатации, предъявляющие соответствующие требования к различным РНС и РЛС, т.е. к их приемникам и передатчикам, относятся к некоторым усредненным условиям эксплуатации, когда полагается отсутствие замираний сигнала и отсутствие воздействия непреднамеренных помех, а поэтому возникает проблема оценки качества функционирования РНС и РЛС в условиях воздействия непреднамеренных электромагнитных помех (НЭМП) и поиска методов и средств устранения (или минимизации) этого воздействия. Задача осложняется тем, что по многим причинам предложить какие-либо единые подходы к ее решению не представляется возможным, и, прежде всего, потому, что радионавигационные и радиолокационные системы, эксплуатируемые в гражданской авиации, работают во многих частотных диапазонах радиоволн, поскольку каждый из них имеет свои специфические особенности как с точки зрения распространения радиоволн, так и сточки зрения возникновения НЭМП. Кроме того, РНС и РЛС ГА используют разные виды сигналов: аналоговые, цифровые и импульсные; разные виды модуляции: амплитудная, частотная, импульсная, кодово-импульсная и т.д.; разные мощности: от мкВт до МВт и т.д.

Сказанное определяет актуальность работы, в которой рассматриваются особенности функционирование радиолокационных и радионавигационных систем гражданской авиации, прежде всего систем посадки, в условиях воздействия на них непреднамеренных электромагнитных помех. Известно, что наибольшее число авиакатастроф и предпосылок к ним происходит именно на этапе выполнения воздушным судном посадки, а поэтому наличие разного рода помех может приводить к самым непредсказуемым последствиям.

Целью диссертационной работы, является оценка качества функционирования радионавигационного и радиолокационного оборудования ГА в зоне аэропорта при наличии непреднамеренных электромагнитных помех.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести анализ и обосновать понятие «изменяющиеся условия эксплуатации» радионавигационных (РНС) и радиолокационных (РЛС) систем.

2. Провести анализ процедур возникновения непреднамеренных электромагнитных помех (НЭМП) в процессе эксплуатации радионавигационных и радиолокационных систем.

3. Определить показатели, дающие возможность проведения оценки качества функционирования РНС и РЛС в процессе эксплуатации по типам оборудования.

4. Разработать методы получения оценок качества функционирования конкретных видов оборудования РНС и РЛС ГА по типам оборудования.

Объектом исследования являются РНС и РЛС ГА, расположенные в зоне аэропорта и подверженные воздействию НЭМП.

Предметом исследования является механизм возникновения НЭМП в процессе эксплуатации РНС и РЛС ГА различного назначения.

Методы исследования: системный анализ, методы теории оценок, теория вероятностей, теория помехоустойчивости радиосистем.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

- введено и обосновано понятие «изменяющиеся условия эксплуатации» радионавигационных и радиолокационных систем ГА для разных типов радионавигационного и радиолокационного оборудования;

- выполнен анализ возникновения НЭМП в процессе эксплуатации для различных видов РНС и РЛС ГА;

- введен и обоснован набор показателей, позволяющих проводить оценку качества функционирования РНС и РЛС ГА по типам оборудования;

- получены оценки качества функционирования РНС и РЛС ГА по типам оборудования в условиях воздействия НЭМП.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

1. Использовать понятие «изменяющиеся условия эксплуатации» для корректировки регламентов технического обслуживания конкретных видов радионавигационного и радиолокационного оборудования и для разработки новых нормативных документов по технической эксплуатации средств радиотехнического обеспечения полетов и связи.

2. Применять показатели для оценки качества функционирования РНС и РЛС ГА в авиационных предприятиях в условиях воздействия НЭМП.

3. Разрабатывать и применять меры по предотвращению НЭМП для РНС и РЛС, эксплуатируемых на авиапредприятиях и аэропортах.

На защиту выносится:

1. Понятие «изменяющиеся условия эксплуатации» применительно к технической эксплуатации радионавигационного и радиолокационного оборудования гражданской авиации.

2. Модели возникновения НЭМП в процессе технической эксплуатации различных типов средств радиотехнического обеспечения полетов.

3. Перечень показателей, позволяющих проводить оценку качества функционирования РНС и РЛС ГА по типам оборудования в изменяющихся условиях эксплуатации.

4. Проведение оценки качества функционирования разных типов РНС и РЛС ГА в условиях воздействия НЭМП.

Апробация и публикация материалов работы.

Результаты работы докладывались на кафедральных и межкафедральных семинарах в МГТУГА.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из которых 4 в изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка используемых работ, содержащих 58 наименований. Общий объем диссертации составляет 159 страниц, 47 рисунков, 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Радиолокация и радионавигация», Обрывалин, Сергей Геннадиевич

Основные выводы по работе сформулированы в конце каждой главы на основе перечисленных выше результатов.

Учитывая все вышесказанное, можно утверждать, что сформулированная цель работы была достигнута.

В настоящей работе рассматривались вопросы оценки качества функционирования радиотехнических систем и комплексов, т.е. исследовалась эффективность их функционирования в различных условиях эксплуатации. Возможные условия эксплуатации подразделялись на три варианта:

-идеализированные,

- типовые,

- изменяющиеся.

Исследовалось три типа РТС:

- радионавигационные системы, включая доплеровские системы,

- радиолокационные системы,

- радиосвязные, включая системы передачи дискретной информации.

Для всех трех типов РТС исследовались вопросы качества их функционирования в различных условиях эксплуатации и эффективность использования. Были предложены соответствующие показатели и выбраны определяющие параметры для каждого типа РТС. Все параметры сигналов, действующих в РТС, были разбиты на два класса: информационные параметры и параметры, характеризующие условия эксплуатации РТС.

Описаны методы и принципы оценка качества функционирования РТС на основе получения оценок параметров принимаемых радиосигналов. Для каждого типа РТС получены конкретные соотношения для оценок качества функционирования РТС и для оценок эффективности использования РТС. При этом рассматривались различные модели сигналов и помех, которые наиболее характерны для РТС ГА. Полученные соотношения и вытекающие из них результаты дают возможность проводить оценку качества функционирования типовых РТС ГА различных условиях эксплуатации. Это крайне важно при проведении сертификации РТС ГА, так как сертификационные требования обычно формулируются для конкретных РТС и для некоторых усредненных условий эксплуатации, что на практике может в значительной мере исказить точности оценок в части определения работоспособности РТС и пригодности их для эксплуатации.

Проведенные в работе исследования помогут более обоснованно формулировать соответствующие сертификационные требования, предъявляемые к РТС ГА и дают практические рекомендации по оценке качества функционирования проведению статистической аттестации РТС ГА.

Основные полученные в работе результаты и вытекающие из них выводы сформулированы в конце каждого раздела по тексту диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью представленной работы было получение оценок качества функционирования РНС и РЛС ГА по видам оборудования в зоне аэропорта при возникновении НЭМП. Для этого были проанализированы основные факторы, влияющие на качество функционирования в процессе ТЭ РНС и РЛС в условиях воздействия помех. Соответственно, был выполнен анализ источников помех, влияющих на оценку качества функционирования каналов информационного обмена «борт-Земля-борт», и получены вероятностные оценки поражения приемных устройств НЭМП. Были введены понятия идеализированных, типовых и изменяющихся условий эксплуатации РНС и РЛС в зависимости от уровня воздействия на них НЭМП, что позволило сформулировать понятия модернизированных и типовых РНС и РЛС. В соответствии с возможными различными условиями их эксплуатации были введены показатели качества функционирования, а также показатели качества модернизации РНС и РЛС, которые были связаны с возможностями их модернизации, которые устраняли бы (минимизировали) воздействие НЭМП на РЭС ГА. Здесь рассматривались варианты снижения уровня влияния НЭМП как организационного плана, так и технического. Были получены соотношения для определения оценок информационных параметров принимаемых сигналов. и для оценок параметров, которые характеризуют условия эксплуатации РЭС. При этом был предложен метод выбора контролируемых параметров РТС для оценки качества их функционирования.

В дальнейшем была получена аналитическая зависимость функции правдоподобия наблюдения за электромагнитной обстановкой относительно параметров, которые напрямую характеризуют электромагнитную обстановку в районе расположения РНС и РЛС.

Отдельно были рассчитаны вероятности возникновения аномальных ошибок при выделении в приемных устройствах информационных параметров и на этой основе были сформулированы условия, при которых аномальные ошибки можно не учитывать. Одновременно была получена функция правдоподобия при совместной оценке информационных параметров и параметров, характеризующих электромагнитную обстановку в зоне аэропорта, т.е. параметров, характеризующих условия эксплуатации РЭС.

Проведен достаточно подробный анализ влияния коррелированных шумов на оценку качества функционирования РТС в зоне аэропорта.

Были получены коэффициент снижения качества функционирования СПИ при определяющем параметре дисперсии ошибки в приеме информационного символа и коэффициенты снижения качества функционирования СПИ для различных условий эксплуатации этих систем.

Проанализированы качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации для различных РНС.

Определен коэффициент снижения качества функционирования РЛС при наличии внешних помех с неизвестной интенсивностью, т.е. при изменении условий эксплуатации РЛС, причем был выполнен анализ возможности повышения качества функционирования РЛС при введении в систему блока анализа мощности внешней помехи. Одновременно было проанализировано качество модернизации РЛС при изменении параметров окружающей среды на трассе распространения радиоволн для различных условий эксплуатации РЛС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Обрывалин, Сергей Геннадиевич, 2012 год

1. Эксплуатация радиотехнических комплексов. Под. ред. А.И.Александрова. - М.: Сов.радио, 1976. - 278 с.

2. Смирнов H.H. , Зубков Б.В., Чинючин Ю.М., Жорняк С.Н. Основы летно-технической эксплуатации, ремонта и безопасности полетов. -М.РИОМИИГА, 1981.-115 с.

3. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем УВД /

4. A.А.Кузнецов, А.И.Козлов, В.В.Криницин и др. /. М.: Транспорт, 1985. 344 с.

5. Воробьев В.Г., Константинов В.Д. Надежность и техническая диагностика авиационного оборудования. М.:2010, 448с.

6. Бакулев П.А. Радиолокационные системы/М.: Радиотехника, 2007, 376с.

7. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. -М.: Высшая школа, 1992. 231 с.

8. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Под ред.

9. B.Ю. Лавриненко. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1998. - 320 с.

10. Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Сов.радио, 1978. - 608 с.

11. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляция. T.I. М.: Сов.радио, 1972.-744 с.

12. Ю.Дружинин Г.В. Методы оценки и прогнозирования качества. М.: Радиои связь, 1982. - 160 с.

13. И.Ширман Я.Д. Радиолокационные системы: основы построения и теория./М.: радиотехника, 2007.12.3ащита от радиопомех. Под ред. М.В.Максимова. М.: Сов. радио, 1976.496 с.

14. З.Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов.радио, 1978. - 296 с.

15. Обрывалин С.Г. Об одной особенности технической эксплуатации радиотехнических средств гражданской авиации.//Актуальные вопросы развития воздушного транспорта. АвиаТранс-2011. Труды научно-практической конференции. Ростов-на-Дону, 2011, с.130-133.

16. Обрывалин С.Г. О корреляционном методе прогноза количества авиаперевозок. Научный Вестник МГТУГА, № 167, 2011, с.163-167.

17. Обрывалин С.Г. Влияние поляризации радиоволн на характеристики обнаружения радиолокационных станций. Научный Вестник МГТУГА, № 168, 2011, с.122-125.

18. Обрывалин С.Г. Оценка качества функционирования радиотехнических систем в процессе технической эксплуатации. Научный Вестник МГТУГА, № 176, 2011, с. 88-93,

19. Обрывалин С.Г. О влиянии неинформационных параметров сигналов на качество функционирования радиотехнических систем при их эксплуатации. Научный Вестник МГТУГА, № 176, 2011, с. 102-106.

20. Обрывалин С.Г. Особенности технической эксплуатации радиоэлектронных средств гражданской авиации в условиях воздействия помех. Научный Вестник МГТУГА, № 168, 2011, с. 126-129.

21. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Сов.радио, 1966. - 678

22. Фалькович С.Е., Хомяков Э.Н. Статистическая теория измерительных радиосистем. М.: Радио и связь, 1981. - 288 с.

23. Статистическая радиотехника. Под ред. В.А.Смирнова. М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1989. - 141 с.

24. Ширман Я.Д., МанжосВ.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981.-416с.

25. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983. -320 с.

26. Давыдов П.С, Сосновский A.A., Хаймович И.А. Авиационная радиолокация: Справочник. М.: Транспорт, 1984 - 223 с.

27. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем. Под ред. Н.М.Царькова. М.: Радио и связь, 1985. - 272 с.

28. Логвин А.И. Критерии оценки качества функционирования радиосистем УВД. В кн.: Проблемы технического обеспечения систем УВД. - М.:РИО МИИГА, 1984, с. 93-96.

29. Логвин А.И. Критерии и показатели эффективности использования авиационного радиооборудования. В кн.: Теория и практика применения и совершенствование систем ГА. - М.: РИО МИИГА, 1985,с.59-62.

30. Логвин А.И. Повышение эффективности использования радиолокационных систем ГА В кн.: Теория и практика функционального использования и эксплуатации РЭС ГА. - М.: РИО МИИГА, 1986, с. 131-133.

31. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации/М.:Радио и связь, 1992.

32. Бакулев П.А., Сосновский A.A. Радиолокационные и радионавигационные системы /М.: Радио и связь, 1994.

33. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь, 1985. -344 с.

34. Финкелынтейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983.-536 с.

35. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн, т.1 /М.: Радиотехника, 2005, 704с.

36. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн, т.2 /М.: Радиотехника, 2007, 680с.

37. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн, т.З /М.: Радиотехника, 2009, 640с.

38. Грачев В.В., Кейн В.М. Радиотехнические средства УВД. М.:Транспорт, 1975. 344 с.

39. Кузнецов A.A., Дубровский В.И. Эксплуатация радиооборудования аэродромов и трасс. М.: Транспорт, 1981. - 224 с.

40. Крыжановский Г.А. Введение в прикладную теорию УВД. М.: Машиностроение, 1984. - 364 с.

41. Авиационная радионавигация. Справочник./А.А. Сосновский,

42. И.А. Хаймович, Э.А. Лутин, И.Б. Максимов /. М.: Транспорт, 1990. - 264с.

43. Логвин А.И., Михайлов Б.В. Методы оценки эффективности функционирования радиотехнических систем и комплексов. В кн.: Методы и средства систем дистанционного радиозондирования. М.: МГТУ ГА, 1997, с. 42-44.

44. Кузнецов A.A., Дубровский В.И., Уланов A.C. Эксплуатация средств управления воздушным движением: Справочник. М.: Транспорт, 1983. -256 с.

45. Дубровский В.И., Крыжановский Г.А., Солодухин В.А. Организация радиотехнического обеспечения в системе УВД. М.: Транспорт, 1985. -164 с.

46. Трифонов А.П., Нечаев Е.П., Парфенов В.И. Обнаружение стохастических сигналов с неизвестными параметрами. Воронеж. :ВГУ, 1991.-246.

47. Фельдман Ю.И., Мандуровский И.А. Теория флюктуации радиолокационных сигналов, отраженных распределенными целями. М.:Радио и связь, 1988. - 272 с.

48. Олянюк П.В., Тучков Н.Т. Принципы функционирования РЛС УВД. Л.: ОЛАГА, 1984.-76 с.

49. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. М.: Сов.радио, 1978. - 320 с.

50. Крыжановский Г.А., Черняков М.В. Оптимизация авиационных систем передачи информации. М.: Транспорт, 1986. - 294 с.

51. Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых В.В. Случайные процессы.-М.:Телеком, 2009, 398с.

52. Шахтарин Б.И. Случайные процессы в радиотехнике. М.: Гелиос, 2006, 464с.