Бортовая система содействия пилотированию летательного аппарата, основанная на системе gnss, имеющая избыточную и несходную архитектуру для повышенного уровня достоверности

Бортовая система содействия пилотированию летательного аппарата, основанная на системе gnss, имеющая избыточную и несходную архитектуру для повышенного уровня достоверности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Объектом изобретения является бортовая система содействия пилотированию летательного аппарата, известная под англо-саксонским сокращением GLS (GNSS Landing System). В частности, изобретение касается содействия пилотированию в фазе захода на посадку, то есть в фазе, предшествующей приземлению летательного аппарата.

Изобретение относится к области систем содействия пилотированию, основанных на применении систем GNSS.

Система содействия пилотированию типа GLS предоставляет отклонения углового и метрического наведения вдоль траектории захода на посадку летательного аппарата в направлении посадочной полосы аэропорта с точностью, достаточной для обеспечения приземления и автоматического руления самолета в условиях почти нулевой видимости.

Эти отклонения вырабатывают на основании трехмерного позиционирования летательного аппарата, получаемого при помощи системы GNSS (Global Navigation Satellite System) и связанной с ней системы типа GBAS (Ground Based Augmentation System). Позиционирование, обеспечиваемое системой GBAS, приводят к идеальной трехмерной траектории, которой должен следовать самолет, чтобы довести его до посадочной полосы.

В зависимости от уровня видимости при приземлении определяют несколько категорий захода на посадку. Так называемый заход категории I не позволяет следовать до самого приземления, а только приблизиться к зоне приземления до так называемой высоты принятия решения в 100 футов. Заход на посадку категории I должен удовлетворять требованиям безопасности, количественно определяемым в виде риска получения необнаруженных ошибочных выходных данных менее 10^-7 в час.

При так называемом заходе на посадку категории III, происходящем вблизи земли и в условиях видимости, которые могут быть очень ограниченными, система GLS должна гарантировать уровень необнаруженных ошибочных выходных данных ниже 10^-9 в час. Под выходными данными следует понимать все измерения отклонений наведения, предоставляемые системой GLS для содействия навигации в фазе захода на посадку.

Следовательно, существует потребность в разработке системы GLS с очень высоким гарантированным уровнем достоверности, совместимым с потребностями фазы захода на посадку категории III.

Известные технические решения для реализации систем GLS чаще всего совместимы только с процедурами захода на посадку категории I, то есть они не позволяют гарантировать достаточно низкий уровень необнаруженных ошибок на выходе.

Различают два типа архитектуры известных систем GLS. Первый тип архитектуры на основе одноканального приемника GNSS показан на фиг. 1. Она в основном содержит приемник GNSS 101, например, типа GPS или GPS/SBAS (Satellite Based Augmentation System), соединенный, с одной стороны, через средства 103 усиления и фильтрации с антенной 102 приема спутниковых радионавигационных сигналов GPS или GPS/SBAS и, с другой стороны, с декодером 105 типа VDB (VHF Data Broadcast), который принимает через антенну СВЧ 101 сигналы типа GBAS (Ground Based Augmentation System), передаваемые наземной станцией. Декодер VDB 105 передает в приемник GNSS 101 набор поправок, называемых также данными дополнения, которые позволяют повысить надежность сигналов GNSS, принимаемых через антенну 102. На основании сигналов GNSS и поправок GBAS приемник GNSS 101 реализует, с одной стороны, функцию 111 навигации и, с другой стороны, функцию 112 захода на посадку, а также функцию 113 отслеживания. Функция 111 навигации выдает на выходе набор измерений положения, скорости и времени, обеспечивая содействие навигации.

Функция 112 захода на посадку выдает на выходе набор аналогичных измерений или отклонений, обеспечивая содействие при посадке в фазе захода на посадку.

Наконец, функцию 113 отслеживания применяют, чтобы гарантировать риск достоверности, соответствующий операциям ограниченной критичности, например, операциям типа “Major” для навигации или “Hazardous” для захода на посадку. Для операций этого типа риск достоверности, связанный с материальной неисправностью приемника, должен быть ограничен до 10^-7/час, как было указано выше.

Решение одноканального типа, представленное на фиг. 1, не позволяет удовлетворять требованиям безопасности операций с более высоким уровнем риска достоверности, например, операций, относящихся к типу “catastrophic”, для которых риск достоверности должен быть ниже 10^-9/час. Действительно, чтобы отвечать таким требованиям безопасности, необходимо, чтобы вероятность того, что простой отказ влечет ошибки достоверности, была ничтожной по отношению к риску достоверности 10^-9/час. Если взять коэффициент 1000, то вероятность появления простой неисправности, влияющей на достоверность, должна быть ниже 10^-12/час, что является недостижимым. Решения, основанные на применении одного канала, не защищены от простой неисправности, так как они не предполагают наличия внешнего средства мониторинга, позволяющего обнаружить эту неисправность. Заходы на посадку категории III относятся к типу “catastrophic” и, следовательно, не могут применяться при помощи этого типа одноканального решения.

Второй тип архитектуры, основанный на двухканальном механизме модулей GNSS, представлен на фиг. 2. Идентичные элементы архитектуры на фиг. 1 и 2 обозначены одинаковыми позициями.

Второй модуль GNSS 201, называемый также вторым каналом, связан с первым приемником GNSS 101 для повышения уровня достоверности всей системы. Для этого при помощи двух компараторов 211, 213 осуществляют перекрестное сравнение выходных данных каждой функции захода на посадку 112, 212. Простой критерий позволяет исключить измерения отклонений наведения, которые слишком различаются между двумя модулями. В каждом модуле GNSS 101, 201 осуществляют облегченное отслеживание 214, 215, но оно позволяет гарантировать соответствующий риск достоверности только для операций категории I.

Второй канал 201 образует механизм внешнего контроля первого канала 101, однако это решение не обеспечивает независимости обоих каналов. Действительно, параллельное использование двух каналов без обеспечения их непохожести защищает только от ошибок достоверности, связанных с разнообразием компонентов по их изготовлению и степени надежности, но не гарантирует обнаружения ошибок достоверности, связанных с концептуальными погрешностями, проявляющимися при одном и том же внешним событии. В качестве примеров внешних событий, не обнаруживаемых при помощи решения, представленного на фиг. 2, можно указать:

- отказ электронных компонентов, связанный со специфической средой вибрации, ускорения или температуры: в приемниках GNSS чувствительными к этим явлениям являются фильтры, генераторы колебаний, усилители, которые могут привести к ошибкам достоверности,

- отказ функций питания, связанный с нарушениями в работе каскадов первичного питания двух приемников 101, 201,

- отказ функций GNSS, связанный со специфической конфигурацией, неожиданной для приемника системы GNSS, например, касающейся модуляции сигнала, доплеровского эффекта, ощущаемого приемником, специфической геометрии группировки спутников или конкретного момента приема сигналов,

- отказ функций GNSS, связанный со специфической конфигурацией, неожиданной для приемника самолета,

- отказ функций GNSS, связанный со специфической средой (динамика, положение в полете, расчетное место, текущее время…), неожиданной для приемника помех и/или множественных путей,

- отказ функций захода на посадку, связанный со специфической конфигурацией, неожиданной для приемника наземной станции и приемника передаваемых поправок (идентификация, аутентификация, сегмент захода на посадку (FAS), передаваемые поправки…).

Для всех представленных выше примеров единое событие может свидетельствовать об одинаковом конструктивном дефекте на двух каналах 101, 201, что не позволяет применить функции сравнения, так как оба канала могут выдавать очень похожую ошибку достоверности, которую поэтому не может обнаружить простой компаратор.

Этот недостаток недопустим при операциях захода на посадку категории III типа “Catastrophic” по двум причинам. Прежде всего простая неисправность может привести к ошибке, не обнаруженной на выходе двойного канала. С другой стороны, зависимость двух каналов от общих неисправностей значительно ограничивает выигрыш, достигаемый в отношении риска достоверности, и не позволяет добиться желаемого уровня 10^-9/час не обнаруживаемых неисправностей.

Эту проблему можно проиллюстрировать при помощи следующего уравнения с использованием следующих переменных:

- HMI - обеспечиваемый риск достоверности,

- HMI_C - риск достоверности, общий для обоих приемников и связанный с конструктивным дефектом,

- HMI_Rx1 - риск достоверности, характерный для первого приемника 101,

- HMI_Rx2 - риск достоверности, характерный для второго приемника 201,

- Р - вероятность необнаружения ошибки достоверности при сравнении результатов, выдаваемых двумя приемниками 101, 201.

Таким образом:

HMI=HMI_C+P·(HMI_Rx1+HMI_Rx2+HMI_Rx1·HMI_Rx2)

Это уравнение отражает от факт, что принцип двойного канала позволяет снизить только риски достоверности HMI_Rx1, HMI_Rx2, независимые между двумя приемниками 101, 201, воздействуя на вероятность Р. С другой стороны, невозможно исключить общие риски достоверности HMI_C.

Таким образом, существующие решения не позволяют ограничить риск достоверности до уровня безопасности, необходимого при операции захода на посадку категории III.

Задачей изобретения является разработка системы GLS, которая позволяет получать уровень достоверности, достаточный, чтобы гарантировать риск выдачи не обнаруживаемой ошибочной информации на уровне, необходимом для операций захода на посадку категории III.

Изобретение позволяет также избежать ситуации, когда простая неисправность влечет за собой не обнаруживаемую ошибочную информацию.

Таким образом, объектом изобретения является устройство приема радионавигационных сигналов для содействия пилотированию летательного аппарата, отличающееся тем, что содержит несхожие первый ведущий модуль GNSS и второй ведомый модуль GNSS, при этом первый ведущий модуль GNSS содержит первое средство обработки сигналов и первое средство вычисления данных наведения на основании измерений, поступающих от упомянутого первого средства обработки сигналов, при этом второй ведомый модуль GNSS содержит второе средство обработки радионавигационных сигналов и второе средство вычисления данных наведения на основании измерений, поступающих от упомянутого второго средства обработки сигналов, при этом каждый модуль GNSS дополнительно содержит средство сравнения между выходами X_g1, X_g2 упомянутых первого и второго средств вычисления данных наведения, выполненное с возможностью исполнения следующего теста достоверности:

,

и вывода об ошибке достоверности, если упомянутый тест подтверждается, при этом K_g является порогом обнаружения, заранее установленным таким образом, чтобы получить заданную вероятность P_nd обнаружения погрешности, влияющую на одно или другое или одновременно на оба измерения X_g1, X_g2, и заданную вероятность P_fa ложной тревоги.

Согласно отличительному признаку изобретения, порог обнаружения Kg определяют при помощи следующих двух неравенств:

где VAL является допустимым предельным значением погрешности по двум измерениям X_g1, X_g2, ниже которого гарантирована достоверность упомянутых измерений.

Согласно другому отличительному признаку изобретения, общие источники погрешности между первым ведущим модулем GNSS и вторым ведомым модулем GNSS исключены из вычисления вариации разности между выходами X_g1, X_g2 упомянутых первого и второго средств вычисления данных наведения.

В частном варианте выполнения изобретения данные наведения, по меньшей мере, равны одной из следующих данных: горизонтальное положение, боковое отклонение, боковое прямолинейное отклонение, вертикальное отклонение, вертикальное прямолинейное отклонение или расстояние до порога полосы.

В версии выполнения изобретения средство сравнения предварительно осуществляет этап компенсации асинхронности между первым ведущим модулем GNSS и вторым ведомым модулем GNSS по данным наведения горизонтального положения.

Асинхронность компенсируют, например, вычисляя разность ΔPOS горизонтальных положений P_a, P_b, выдаваемых первым и вторым средствами вычисления данных наведения, следующим образом:

ΔPOS=P_b-P_a-V_a⋅(T_b-T_a),

где V_a является измерением скорости, выдаваемым первым средством вычисления данных наведения, T_a является измерением времени, выдаваемым первым средством вычисления данных наведения, и T_b является измерением времени, выдаваемым вторым средством вычисления данных наведения.

Асинхронность можно также компенсировать, синхронизируя вычисленные данные наведения по характеристической составляющей принятого радионавигационного сигнала.

Согласно другому отличительному признаку изобретения, первый и второй модули GNSS имеют материальную и/или программную несхожесть.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения, первый и второй модули GNSS сходны материально, но используют следующие несхожие виды цифровой обработки: разную цифровую фильтрацию, разные корреляторы, назначение разных частотных планов.

В версии выполнения устройство в соответствии с изобретением содержит отдельные антенну и предварительный усилитель для питания каждого модуля GNSS таким образом, чтобы ограничить общие источники ошибки достоверности.

В другой версии выполнения изобретения тест достоверности изменяют следующим образом:

,

где b является систематической погрешностью измерения, вычисляемой на основании априорного знания расстояния между двумя антеннами.

В другой версии выполнения устройство в соответствии с изобретением содержит антенну, средство деления мощности сигнала, принимаемого антенной, и два отдельных предварительных усилителя для питания каждого модуля GNSS таким образом, чтобы ограничить общие источники ошибки достоверности.

Объектом изобретения является также многорежимный приемник для содействия навигации летательного аппарата, содержащий систему посадки по приборам ILS и заявленное устройство приема радионавигационных сигналов для применения функции содействия посадке GLS в фазе захода на посадку.

Объектом изобретения является также гибридная система содействия навигации, содержащая многорежимный приемник, содержащий систему посадки по приборам ILS и гибридизационную инерциальную систему GNSS-IRS, включающую в себя инерциальную систему IRS, выдающую инерциальные данные, и средство гибридизации навигационных данных GNSS при помощи упомянутых инерциальных данных, отличающаяся тем, что дополнительно содержит заявленное устройство приема радионавигационных сигналов, первый ведущий модуль GNSS которого встроен в упомянутую инерциальную систему для выдачи упомянутых навигационных данных GNSS, а второй ведомый модуль GNSS встроен в упомянутый многорежимный приемник.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - архитектура известной одноканальной системы GLS.

Фиг. 2 - архитектура известной двухканальной системы GLS для операций захода на посадку категории I.

Фиг. 3 - архитектура известного оборудования MMR.

Фиг. 4 - архитектура заявленной системы GLS в первом варианте выполнения, касающемся ее применения в оборудовании MMR.

Фиг. 5 - архитектура заявленной системы GLS во втором варианте выполнения, касающемся ее применения в оборудовании GIRS.

Фиг. 6 - архитектура заявленной системы GLS в третьем варианте выполнения, касающемся ее применения в автономном приемнике GNSS.

Фиг. 7 - схема вычисления вариации погрешности на горизонтальном положении для применения функции сравнения данных наведения, выдаваемых каждым каналом GNSS заявленной системы.

Фиг. 8а, 8b, 8с - три примера архитектур с одной и с двумя антеннами для одноканальной или двухканальной системы GLS.

Фиг. 9 иллюстрирует параметры, необходимые для подготовки фазы захода на посадку.

Известная архитектура многорежимного приемника MMR, применяющего функцию содействия заходу на посадку GLS

На фиг. 3 схематично представлена известная архитектура многорежимного приемника MMR для осуществления функций содействия навигации и посадки, в частности, в фазе захода на посадку.

Получение отклонения наведения, позволяющее осуществлять автоматическое управление самолетом для фаз захода на посадку и приземления категории III, в настоящее время возможно только путем обработки на борту самолета радиоэлектрических сигналов, передаваемых наземными маяками в рамках механизмов посадки типа ILS (Instrument Landing System) или MLS (Microwave Landing System). Эти сигналы проходят обработку в приемниках сигналов СВЧ (сверхвысокой частоты) и УВЧ (ультравысокой частоты), состоящих из аналогового приемного модуля 301, который позволяет преобразовывать и оцифровывать радиоэлектрические сигналы, принимаемые антенной СВЧ или УВЧ 302, и из вычислительного модуля 303, 304, который позволяет трансформировать оцифрованные сигналы в измерения отклонения наведения, передаваемые на системы-пользователи через цифровую шину связи. Эти модули обработки встроены в устройство, называемое MMR (Multi Mode Receiver - многорежимный приемник).

Чтобы гарантировать достоверность выходного сигнала с учетом ограниченной надежности цифровых вычислительных элементов, как правило, модуль вычисления отклонений наведения состоит из двух разных вычислительных устройств 303, 304, элементы которого непрерывно сравниваются компаратором 305 для обнаружения аномалий работы. Чтобы избежать риска режима, общего для двух вычислительных устройств 303, 304, в конструкцию этих двух устройств вносят материальную и программную несхожесть.

Кроме того, устройство MMR предназначено также для осуществления функции содействия посадке GLS. Для этого оно дополнительно содержит модули, необходимые для предоставления данных наведения в режиме ILS или MLS, модуль GNSS 306, который принимает сигналы, передаваемые радионавигационными спутниками, через спутниковую антенну 307, а также модуль VDB 308, который позволяет принимать сообщения от наземной станции GBAS.

Автономная локализация, осуществляемая при приеме спутниковых сигналов, не имеет достаточных характеристик, чтобы наводить самолет во время фазы захода на посадку и приземления. Роль наземной станции GBAS в основном сводится к передаче сообщений коррекции, необходимых для функционального дополнения автономного приемника GNSS, а также для передачи траекторий захода на посадку, используемых в аэропорту в данный момент.

Функцию GLS применяют в современных системах только для поддержки операций захода на посадку категории I, которые характеризуются меньшей критичностью, чем операции категории III, и для которых требования безопасности является менее строгими. Поэтому функцию GLS поддерживает одноканальное вычислительное устройство GNSS, содержащее аналоговый радиочастотный модуль (не показан), позволяющий усиливать и оцифровывать радиоэлектрические сигналы, передаваемые спутниками, и вычислительный модуль 309, позволяющий выделять из оцифрованных сигналов данные, передаваемые спутниками, и измерения расстояния до этих спутников, чтобы получить измерения отклонения наведения 310. В альтернативном варианте можно также применять спутниковую систему функционального дополнения SBAS для получения альтернативных измерений отклонений наведения 311. Выбор осуществляет пользователь при помощи переключателя выходов 312, которые позволяет переключаться на измерения отклонений наведения, соответственно выдаваемые системой ILS, системой GLS, дополняемой через систему GBAS, или системой GLS, дополняемой через систему SBAS. Наконец, приемник GNSS 313 содержит также модуль 313 вычисления положения для навигации, который использует также поправки, предоставляемые системами GBAS или SBAS. Однако предоставляемые навигационные измерения не касаются фазы захода на посадку и вводятся лишь в качестве информационного сопровождения.

Сообщения от системы функционального дополнения GBAS, передаваемые через наземную станцию, содержат, в частности, следующие данные в специфическом случае радионавигационной системы GPS:

- поправки, передаваемые одночастотной L1 наземной станцией GPS, которые при их применении к сигналам GPS с частотой L1, принимаемым на борту самолета, позволяют гарантировать точность и требуемую достоверность для заходов на посадку категории I-III,

- данные, определяющие путь, которому должен следовать самолет в фазе захода на посадку и приземления. Этот путь использует приемник GPS для определения бокового и вертикального отклонения между вычисленным положением самолета и предназначенным для следования путем.

Эти сообщения GBAS передаются на частоте СВЧ, их принимает антенна СВЧ 302 системы MMR, демодулирует аналоговый модуль 301 и декодирует декодер VDB 308.

Приемник выдает боковое и вертикальное отклонения наведения “GLS GAST-C” (для заходов на посадку категории I) или “GLA GAST-D” (для заходов на посадку категории I-III).

При помощи переключателя 312 приемник MMR делает выбор между различными источниками отклонения наведения по команде пилота самолета между отклонениями, вычисленными на основании системы ILS (или MLS), отклонений, вычисленных на основании спутниковых данных GPS, скорректированных спутниковыми данными SBAS (SLS), и отклонениями, вычисленными на основании спутниковых данных GPS, скорректированных данными наземной станции аэропорта GBAS (GLS).

Приемник GNSS 306 выдает выходные данные для навигации 314, включающие в себя горизонтальное положение для локализации самолета и скорость, используемую функциями ADS-B (“Automatic Dependent Surveillance Broadcast) самолета. В настоящее время эти выходные навигационные данные 314 вычисляют на основании принимаемых одночастотных L1 сигналов GPS, корректируемых либо данными наземной станции GBAS, либо спутниковыми данными SBAS в зависимости от их доступности.

Новые спутниковые группировки, например, входящие в состав европейской системы GALILEO, и новые частоты передачи спутников (частота L5 в дополнение к частоте L1) позволяют улучшить доступность, точность, непрерывность и достоверность локализации и скорости самолета.

Как было указано выше, одноканальная архитектура, показанная на фиг. 3, относительно функции GLS не позволяет выдавать сигналы с высоким уровнем достоверности, способные обеспечивать поддержку заходов на посадку категории III, учитывая риск не обнаруживаемой погрешности модуля GNSS 306.

Архитектура многорежимного приемника MMR, применяющего функцию содействия заходу на посадку GLS с высоким уровнем достоверности в соответствии с изобретением

На фиг. 4 представлена архитектура приемника MMR в соответствии с изобретением, применяющая функцию содействия навигации GLS. Элементы, общие для архитектур, показанных на фиг. 3 и 4, обозначены одинаковыми позициями.

Приемник GNSS 306 с архитектурой, показанной на фиг. 3, заменен приемником GNSS 401 в соответствии с изобретением, который встроен в обычную структуру существующего устройства MMR, чтобы сделать его совместимым с требованиями захода на посадку и приземления в режиме GLS категории III.

Приемник GNSS 401 содержит два несхожих модуля GNSS 402, 403, работающих в соответствии с конфигурацией «ведущий-ведомый».

Приемник GNSS 401 выполнен на основе платы, на которой физически расположены оба модуля GNSS 402, 403 и которая выполняют роль механического и электрического интерфейса модуля с устройством, в котором он установлен. Под электрическим интерфейсом следует понимать, в частности, линии питания модуля, соединение с антенной, шину цифровых данных и дискретные цифровые входы/выходы. Эта плата содержит выключатель 405 на цифровой шине, который направляет вычисленные данные для нужд функции содействия посадке GLS. Активацию этого выключателя осуществляют при помощи «логического ИЛИ» дискретных команд, выдаваемых каждым из модулей GNSS 402, 403.

Первый ведущий модуль GNSS 403 выполнен с возможностью приема и обработки сигналов GNSS, поступающих от нескольких группировок радионавигационных спутников, например, группировок системы GPS или системы GALILEO, и передаваемых на нескольких разных частотах. Он содержит, по меньшей мере, модуль 431 обработки радионавигационного сигнала и выделения из него радионавигационных данных GNSS или данных GNSS, дополненных системой SBAS. На основании измерений, выдаваемых этим первым модулем 431 обработки сигнала, второй модуль 432 выдает данные о положении, необходимые для содействия навигации, третий модуль 433 выдает данные наведения на основании измерений GNSS, дополненных поправками, получаемыми от системы функционального дополнения SBAS, и четвертый модуль 434 выдает данные наведения на основании измерений GNSS, дополненных поправками, получаемыми от наземной системы функционального дополнения GBAS.

Изобретение касается именно четвертого модуля 434, выходы которого используют для осуществления функции содействия процедуре захода на посадку GLS.

Второй модуль GNSS 402, работающий в режиме ведомого модуля по отношению к первому модулю GNSS 403, тоже содержит модуль 421 обработки радионавигационного сигнала и выделения из него радионавигационных данных GNSS и модуль 422, который выдает данные наведения на основании измерений GNSS, дополненных поправками, получаемыми от наземной системы функционального дополнения GBAS.

Предпочтительно второй модуль GNSS 402 является модулем, совместимым только с одним типом группировок GNSS и только с одной частотой. Главной функцией этого ведомого модуля 402 является контроль первичного канала 403 функции захода на посадку GLS.

Каждый модуль GNSS дополнительно содержит компаратор 435, 423, выполненный с возможностью сравнения данных наведения, выдаваемых каждым модулем. После осуществления такого перекрестного сравнения каждый компаратор 435, 423 выдает информацию в направлении выключателя 405, касающуюся достоверности измерения, выдаваемого модулем 434 вычисления данных наведения ведущего модуля GNSS 403. Перекрестное сравнение осуществляют для того, чтобы обезопасить себя от неисправности, которая может возникнуть в одном из двух компараторов 423, 435. В случае применения только одного компаратора его неисправность может привести к отсутствию указания на ошибку достоверности на выходе данных наведения.

Предпочтительно ведущий модуль GNSS 403 передает на ведомый модуль 402 набор данных, позволяющих ему работать в ведомом режиме.

Плата приемника GNSS 401 в соответствии с изобретением обеспечивает также связь между всеми функциями, установленными между двумя модулями GNSS 402, 403.

Виды обработки, необходимые для работы ведущего модуля GNSS 403

Ведущий модуль GNSS 403 осуществляет все виды обработки, необходимые для автономной работы приемника GNSS. В частности, он производит сбор и отслеживание сигналов на разных частотах и от разных группировок, декодирование сообщений GNSS, вычисление положения для навигации, а также вычисление положения и отклонений наведения GBAS.

Для выработки отклонений наведения GBAS ведущий модуль GNSS 403 должен применять набор перечисленных ниже стандартных видов обработки. В частности, он должен производить фильтрацию, усиление и дискретизацию принятого радионавигационного сигнала, идентификацию списка спутников GNSS, видимых для приемника, на основании данных, находящихся в распоряжении приемника (альманахи или эфемериды, получаемые из декодированных сообщений, передаваемых спутниками GNSS, известное расчетное положение самолета…). Кроме того, ведущий модуль GNSS 403 должен выявлять и отслеживать сигналы GNSS видимых спутников GNSS при помощи локальной копии принимаемого сигнала, вырабатывать измерения псевдорасстояния, необходимые для вычисления данных положения, скорости и времени, называемых также данными PVT, на основании несущей фазы и кодовой фазы локальной копии, приведенной в соответствие с принятым сигналом, демодулировать и извлекать сообщения, переданные при помощи сигналов GNSS, которые содержат параметры, необходимые для вычисления точного положения передающего спутника (эфемериды и параметры спутникового времени), проверять достоверность декодированных сообщений при помощи данных, содержащихся в сообщении VDB, корректировать и идентифицировать достоверные псевдорасстояния при помощи данных, содержащихся в сообщении VDB, вычислять и подтверждать решение данных PVT (положение, скорость и время) на основании скорректированных псевдорасстояний, оценивать погрешность в вычисленных данных PVT, вычислять боковое и вертикальное отклонение между вычисленным решением PVT и путем захода на посадку, описанном в сообщении VDB. Наконец, компаратор 435 должен контролировать достоверность измерения отклонения посредством сравнения данных, вычисленных ведущим приемником 403, с данными, вычисленными ведомым приемником 402.

Работа в режиме «ведущий-ведомый» между двумя модулями GNSS 402, 403

Ведущий модуль GNSS 403 передает на ведомый модуль GNSS 402 некоторые данные таким образом, чтобы ему не нужно было производить избыточную обработку, уже осуществленную ведущим модулем. В частности, на ведомый модуль передается список видимых спутников, а также сообщения, выделенные из принятых сигналов GNSS, такие как эфемериды и параметры спутникового времени.

На основании этой информации ведомый модуль GNSS 402 осуществляет следующие виды обработки: фильтрацию, усиление и дискретизацию частотной полосы GNSS, поиск и отслеживание сигналов GNSS от видимых спутников в зависимости от данных, передаваемых ведущим модулем 403, и при помощи локальной копии принимаемого сигнала. Затем ведомый модуль вырабатывает измерения псевдорасстояний, необходимые для вычисления PVT для функции GLS на основании несущей фазы и кодовой фазы локальной копии, приведенной в соответствие с принятым сигналом. Он проверяет достоверность сообщений, поступающих от ведущего модуля 403, при помощи данных, содержащихся в сообщении VDB, корректирует и идентифицирует достоверные расстояния при помощи данных, содержащихся в сообщении VDB, вычисляет и подтверждает измерения PVT на основании скорректированных псевдорасстояний, оценивает погрешность, влияющую на вычисленные измерения PVT, вычисляет боковое и вертикальное отклонение между вычисленным измерением PVT и путем захода на посадку, описанным в сообщении VDB, и, наконец, контролирует достоверность бокового отклонения, сравнивая 423 данные, вычисленные этим ведомым модулем 402, с данными, вычисленными ведущим модулем 403.

Для обеспечения оптимальной работы избыточная обработка между двумя модулями GNSS исключена. В частности, виды обработки, осуществляемые ведомым модулем GNSS 402, служат только для проверки достоверности выдаваемых данных наведения GLS с временем подачи тревожного сигнала, меньшим заранее определенного времени порядка двух секунд.

В частности, можно ослабить требования фильтрации (по ширине полосы, по крутизне режекции за пределы полосы, по изменению группового времени в полосе) и требования к коррелятору, используемому для согласования локальных сигналов, генерируемых приемником, с сигналами GNSS, передаваемыми спутниками. Кроме того, требование к периоду обновления вычислений измерения PVT и отклонения тоже можно ослабить и привести к периоду, совместимому с временем подачи тревожного сигнала в две секунды.

Таким образом, второй модуль GNSS 402 производит только те виды обработки, которые необходимы для выработки второго набора данных наведения для сравнения с первым набором, выдаваемых первым модулем 403, чтобы повысить достоверность этих измерений.

Каждый из двух модулей 402, 403 осуществляет перекрестное сравнение выдаваемых измерений для управления выключателем 405 передачи отклонений GLS.

Предложенная архитектура остается в силе как для случая, когда приемник выдает отклонения GLS сразу, так и для случая, когда приемник выдает дифференциальные положения, корректируемые при помощи данных GBAS. В этом последнем случае вычисление отклонений и контроль вычисленных отклонений осуществляют соответственно вычислительные устройства 303, 304 системы ILS.

Предпочтительно приемник GNSS 401 выполнен с возможностью интегрирования в многорежимное устройство MMR, архитектура которого описана со ссылками на фиг. 4.

В других версиях выполнения изобретения, описанных со ссылками на фиг. 5 и 6, его можно также интегрировать в гибридную систему GNSS с инерциальным устройством типа GIRS, или он может работать как автономный приемник GNSS.

На фиг. 5 схематично представлена архитектура объединенной системы MMR и GIRS. Общие элементы, уже описанные на фиг. 3 и 4, обозначены теми же позициями.

Ведущий приемник GNSS 403 параллельно осуществляет две функции: с одной стороны, функцию навигации GNSS 433, выходы которой можно сочетать с инерциальными системами (IRS) для повышения характеристик доступности, достоверности и непрерывности навигации и, с другой стороны, функцию захода на посадку GNSS 434, выходы которой переключатель 312 выбирает или не выбирает в зависимости от запрашиваемого пользователем типа захода на посадку, то есть ILS, MLS или GLS.

Для приложения типа MMR, описанного со ссылками на фиг. 4, интегрирование двойного канала GNSS в соответствии с изобретением в устройство MMR позволяет оптимизировать применение функции захода на посадку GNSS, которая находится вблизи функций захода на посадку ILS/MLS и вычислительного устройства 312 выбора данных. Вместе с тем, оно не оптимизирует применения функции навигации по причине отсутствия близости с внешней инерциальной системой IRS.

Архитектура, представленная на фиг. 5, предназначена для приближения навигационной функции GNSS 434 к инерциальной системе IRS 504. Комплекс, образованный ведущим модулем GNSS 403, инерциальной системой IRS 504, а также вычислительным устройством 502 гибридизации навигационных данных, представляет собой устройство 502, называемое GIRS (GNSS-Inertial Reference System). Преимуществом этой архитектуры является оптимизация достоверности, непрерывности и доступности навигационного решения за счет приближения функции GNSS с инерциальной функции. Совместное использование устройства 502 GIRS и устройства 501 MMR позволяет обеспечить несхожесть видов обработки GNSS, необходимую для операций захода на посадку категории III. Это позволяет оптимизировать функцию захода на посадку GNSS за счет ее размещения вблизи устройства MMR и функцию навигации за счет ее размещения вблизи инерциальной системы 504. Эта архитектура является версией осуществления изобретения.

На фиг. 6 схематично представлена другая версия выполнения изобретения, в которой заявленный приемник GNSS 601 разработан для автономной работы. В этом случае устройства, относящиеся к системе ILS, являются внешними по отношению к самому приемнику GNSS 601. Отличие от применения в устройстве MMR состоит в том, что переключатель 312 находится внутри приемника GNSS 601, тогда как он был внешним в случае применения в многорежимной системе MMR.

Применение функции сравнения данных GLS каждого модуля GNSS

Далее следует более детальное описание применения компаратора 423, 435 данных, выдаваемых каждым модулем GNSS 402, 403. Целью этого сравнения является ограничение количества необнаруженных неисправностей, когда они влияют на тот или иной из модулей, а также когда на эти модули одновременно влияет ошибка, имеющая общий источник.

Данными, выдаваемыми каждым модулем GNSS, достоверность которых необходимо контролировать, являются, в частности, но не ограничительно следующие данные: дифференциальное горизонтальное положение GBAS, курс на выбранную посадочную полосу, линеаризованное боковое отклонение, линеаризованное вертикальное отклонение, вертикальное расстояние до LTP/FTP, боковое отклонение, вертикальное отклонение, расстояние до порога полосы и параметры захода на посадку, такие как угол захода на посадку, выбранная посадочная полоса, или активное обслуживание GBAS захода на посадку.

В дальнейшем под данными наведения следует понимать совокупнос