СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ВОЗДУШНОЙ НАВИГАЦИИ

В каналах передачі інф. використовуються сигнали, які мають передати інф. з максимальною достовірністю. Для того щоб сигнали були однозначно зрозумілими їх необхідно формувати за правилом, яке має бути постійним на протязі усього часу передачі повідомлень. Правила, які спів ставляють кожному повідомленню строго визначену комбінацію символів та відповідні їм сигнали наз. кодом, а відповідний процес перетворенaня повідомлень комбінацією різних символів, або відповідних їм сигналів наз. кодуванням. Послідовність символів, яка в процесі кодування присвоюється кожному з множ повідомлень наз. кодовим словом.

Символи, за допомогою яких записане поч. повідомлення скл. первинний алфавіт, а символи за допомогою яких повідомлення трансформується у певний код утв. вторинний алфавіт.

Процес відновлення змісту повідомлення за даним кодом наз. декодуванням. Необхідною умовою декодування є взаємна однозначна відповідність кодових слів у вторинному алфавіті символам первинного алфавіту.

Коди, у яких повідомлення представленні комбінацією з нерівною кількістю символів наз. нерівномірними, або некомплективними.

Коди, у яких повідомлення представленні комбінацією з рівною кількістю символів наз. рівномірними, або комплективними.

Основа коду – це кількість різних значень вторинного алфавіту, які може приймати кожний кодовий символ. Відповідно до основи, коди отримують свою назву. Якщо к-ть значень вторинного алфавіту 8, то це буде вісімковий код. Якщо код, складений таким чином, що будь-яка перестановка якісних ознак у кодових словах приведе до комбінації, яка належить тому ж коду то його називають повним.

Кількість комбінацій N повного коду визначається виразом 1: (1)

Де L – кількість символів у кодовому слові.

Для рівномірних кодів кількість символів L визначає довжину кодових слів, тобто значність коду. Для нерівномірних кодів поняття значності відсутнє.

Для п’яти значного двійкового коду к-ть комбінацій = 32.

Для однозначного декодування кодових комбінацій у приймача сигнали у каналі зв’язку повинні бути розподілені таким чином, щоб кожний символ повідомлення міг бути прийнятий окремо.

Розділення імпульсних сигналів може бути просторове, часове, якісне.

Просторове розділення передбачає використання багатоканального зв’язку і не потребує для розділення спеціальних методів кодування. При якісному розділенні комбінування відбувається за допомогою, як мінімум, 2 якісних ознак. Таке розділення допускає можливість одночасної передачі інф. від різних об’єктів через 1 канал зв’язку. При часовому розділенні повідомлення можуть передаватися за допомогою однієї якісної ознаки у вигляді тривалості імпульсу та тривалості паузи. При часовому розділенні використовується розділення у часі передачі повідомлень, які передаються по одній лінії зв’язку від різних джерел.

Коди можуть бути представлені через аналітичні залежності та формули, геометричні фігури, таблиці, графи.

Надлишковість інформації

Поняття надлишковості інформації було введене для кількісної оцінки інф. резерву коду, або для визначення к-ті додаткової інф. яка закладена у структурі первинного алфавіту. Якщо ентропія джерела повідомлень нерівна макс. ентропії для алфавіту з даною к-тю символів, то це означає, що повідомлення даного джерела моглиб нести більшу к-ть інф. Таким чином абсолютна недогруженість на символ такого джерела інф. ∆ D = (H_max - H) біт/символ (2)

Відносна недогруженість на символ алфавіту є безрозмірною величиною і називається інформаційною надлишковістю і може бути описана як: (3)

Де μ – коефіцієнт стиснення.

Крім загальної інф. надлишковості існують часткові види надлишковості. Так надлишковість, що обумовлена нерівномірним розподілом символів у повідомлені характеризує інф резерв повідомлень з рівно ймовірними символами відносно повідомлень, символи яких нерівномірні. Ця надлишковість визначається виразом (4) (4)

Надлишковість викликана статистичною залежністю між символами повідомлень яка характеризує інф. резерв повідомлень із взаємонезалежними символами, відносно повідомлень, в яких спостерігається статистична залежність між символами. Ця надлишковість Ds (5)

(5)

При відомих вирахуваних Dp та Ds можна визначити повну надлишковість D за виразом (6)

D = Dp +Ds – Ds*Dp (6)

Інформаційна надлишковість може бути усунена шляхом побудови оптимальних нерівномірних кодів. При цьому надлишковість первинного алфавіту усувається за рахунок раціональної побудови повідомлень за вторинним алфавітом. Довжину кодових комбінацій L можна представити виразом (7) (7), де m₁ і m₂ к-ть якісних ознак первинного і вторинного алфавітів. Значення L вибирають за більшим цілим числом. Так наприклад.

Тоді надлишковість від округлення Do можна визначити з формули (8). Де К – прийнята довжина кодового повідомлення, а ψ – розрахункова довжина кодової комбінації.

, де (8)

Надлишковість може бути задана, як у первинному алфавіті, так і у природі коду, який складений із символів вторинного алфавіту. Суть природної надлишковості кодів полягає у том, що при використанні двійкових кодів статична ймовірність появи 0 дещо більша ніж 1. Відомо, що макс. навантаження на символ є при рівно ймовірній появі символів. Тому ця характеристика приводить вже до природної надлишковості двійкового коду.

Якщо взяти до уваги всі цифри так званих статичних точок, коли в коді є всі нулі, або всі одинички, то можна переконатись, що надлишковість викликана нерівномірністю появи 0 і 1 для двійкового коду буде зменшуватись при збільшенні довжини коду. Надлишковість це явище яке завжди небажане, воно веде до непродуктивних затрат, однак для підвищення завадостійкості кодів надлишковість є необхідною і її вводять штучно у вигляді n k-тих символів.

Якщо у коді n – загальна к-ть символів, а n_i – к-ть символів, які визначають інформативність, то абсолютна к-ть надлишкових символів у коді (n_k) визначає формула (9) n_k = n - n_i (9)

Для таких кодів вводиться поняття відносної корегуючої надлишковості, яка може бути визначена на основі співвідношення (10) D = n_k / n_i = (n- n_i)/ n_i (10)

Отже, інф. надлишковість це явище необхідне, ця надлишковість вже закладена в алфавіті. Корегуюча надлишковість явище штучне і воно закладене в кодах. При застосуванні кодів потрібно розв’язувати компромісну задачу – збільшуючи надлишковість ми зменшуємо ймовірність його спотворення від завад, однак при цьому зменшуємо його швидкість передачі і при однакових характеристиках каналу зв’язку ми збільшуємо час передачі повідомлень. Ці задачі вирішуються на основі конкретних вимог для системи передачі інформації.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ВОЗДУШНОЙ НАВИГАЦИИ

Развитие гражданской авиации и расширение ее применения в различных областях народного хозяйства непрерывно изменяют и условия решения навигационных задач в полете.

Повышение интенсивности воздушного движения предъявляет новые требования к точности навигации в целях предупреждения столкновений между самолетами в воздухе при пересечениях воздушных трасс, а также для обеспечения приема прибывающих в зону аэропорта самолетов. Точная навигация является главным фактором, позволяющим повысить пропускную способность воздушных трасс за счет более плотного бокового, вертикального и продольного эшелонирования.

Для повышения экономической эффективности транспортных полетов дальние рейсы, например через океаны, организуются с выбором оптимального маршрута, учитывающего распределение ветра на трассе. Такие маршруты более сложны для навигационного обеспечения по сравнению с обычными ортодромическими трассами и требуют специальных мер для их успешного выполнения. Влияние экономики проявляется также в тенденции к сокращению летного экипажа, что требует, в частности, обеспечения командира экипажа автоматизированными бортовыми и наземными техническими средствами.

Общая логическая схема навигационного процесса, оставаясь в принципе неизменной, практически реализуется при скоростных и высотных полетах с существенными особенностями, вытекающими из требований к технике и методике навигации конкретных летательных аппаратов. Для обеспечения наибольшей надежности и точности в любых возможных условиях полета на борту современного самолета необходимо иметь несколько независимых датчиков курса и скорости полета, работающих на различных принципах действия, а определение текущих координат вести как методами независимых определений, так и методами счисления. Увеличение числа каналов сбора навигационной информации достигается также путем дублирования некоторых одинаковых датчиков.

Особенности траекторий и временных характеристик движения самолетов требуют выполнения всех вычислительных и логических операций немедленно в реальном масштабе времени или даже с упреждением (прогнозирование хода полета) и тем самым определяют необходимость высокой оперативности при сборе и обработке информации.

Повышенные требования предъявляются также и к пилотированию, которое должно обеспечить высокое качество регулирования режима полета и особенно качество переходных процессов: плавность (апериодичность), краткость (малую постоянную времени), астатизм (отсутствие систематической ошибки по окончании переходного процесса), устойчивость. Для выполнения этих задач необходимы повышение точности и оперативности выработки решений на изменение положения органов управления самолетом и его двигательной установкой.

Реализация отмеченных требований приводит к усложнению информационных процессов на борту летательного аппарата, резкому повышению их объема и темпа.

В связи с развитием средств сбора навигационной информации, усовершенствованием и созданием новых датчиков курса, высоты, скорости, угла сноса, параметров линий положения и других величин экипаж получает такой объем исходных данных, который не может быть полностью использован при решении задачи навигации «ручными» способами, когда основные вычислительные и логические операции выполняются штурманом или пилотом. Это является следствием ограниченных возможностей человека при обработке информации в процессе управления.

Существенным недостатком человека-оператора является также его ограниченная возможность оперировать с многозначными числами, даже при использовании средств механизации счета (линейки, номограммы и т. п.), что непосредственно сказывается на точности результатов.

Из других недостатков человека, как звена в системе управления, следует отметить утомляемость при выполнении однообразных операций, подверженность мешающему воздействию внешних факторов, малую оперативную память.

Все эти недостатки особенно сказываются на тех этапах полета, где навигационные и пилотажные задачи тесно переплетаются между собой (при сложном маневрировании на маршруте и заходе на посадку). Определение целесообразного воздействия на органы управления самолетом на основании показаний навигационных приборов требует в этих случаях быстрого и точного учета таких характеристик движения, как скорости изменения (производные) координат, без чего не обеспечиваются плавный вывод и удержание самолета на программной траектории. Выработка пилотажных решений чисто интуитивным или рефлекторным (приобретенным в процессе предыдущего опыта и тренировок) путем в условиях современных полетов уже себя не оправдывает. Так, при использовании для захода на посадку только нуль-индикаторов курса и глиссады пилот практически не в состоянии точно вести самолет по заданной программе, так как эти приборы не дают информации о скоростях изменения координат.

Применение автоматизации для совершенствования навигации и пилотирования современных самолетов основывается на ряде преимуществ вычислительных устройств по сравнению с человеком-оператором (пилотом или штурманом) при решении задач общей логической схемы навигации.

Эти преимущества следующие: высокая скорость выполнения вычислительных и простейших логических операций, высокая (при применении цифровых машин практически неограниченная) точность вычислений, большая оперативная память и малое время обращения к ней, быстрая реакция на внешние сигналы, меньшая подверженность ошибкам при выполнении многократно повторяющихся операций, отсутствие «усталости».

Однако преимущества автоматических устройств при выполнении конкретных операций навигационного процесса не умаляют ведущей роли человека на пилотируемом летательном аппарате, для которого любая машина является орудием, повышающим производительность труда. Человек обладает целым рядом психофизиологических свойств, позволяющих решать навигационные задачи, как и вообще задачи управления, в условиях, когда машина оказывается неэффективной. К таким свойствам относятся:

большой диапазон принимаемых сигналов;

способность к инициативе в случаях изменения обстановки, требующих творческого решения задачи и выработки суждений в условиях недостаточности поступающей информации;

длительная память, позволяющая учитывать накопленный опыт.

 

Основными задачами автоматизации навигации являются:

§ сбор первичной информации от всех применяемых в данных условиях датчиков;

§ обработка полученных данных оптимальными способами;

§ полное (по трем координатам) решение навигационной задачи с использованием точных аналитических зависимостей на основе оптимального комплексного использования различных датчиков;

§ решение всех вычислительных и логических задач в реальном масштабе времени, с наименьшим временем запаздывания;

§ обеспечение наглядной и оперативной автоматической индикации внешних условий и навигационных элементов движения самолета;

§ повышение экономичности полетов.