Разработка программно-алгоритмического обеспечения обработки информации с коррекцией навигационного решения по данным от системы предупреждения столкновения в воздухе


Авторы

Мациюк Д. Ю.

Филиал публичного акционерного общества "Яковлев" - Центр комплексирования, Москва, Россия

e-mail: daniil.matsiyuk@yandex.ru

Аннотация

Работа посвящена актуальной проблеме обеспечения устойчивости и точности навигационного решения современных гражданских воздушных судов в условиях динамично меняющейся среды. Основное внимание уделяется разработке и программной реализации специализированных алгоритмов, позволяющих осуществлять коррекцию текущих координат борта за счет обработки информации, поступающей от традиционных источников навигационной информации и от систем предупреждения столкновений совместно с модулем автоматического зависимого наблюдения. В условиях нарастающей интенсивности воздушного движения и потенциальной уязвимости глобальных навигационных спутниковых систем к внешним помехам, создание альтернативных и резервных методов определения текущих координат местоположения самолета становится критически важным направлением развития авиационной отрасли.
В работе раскрывается архитектура программно-алгоритмического комплекса, способного интегрировать разнородные потоки данных в единый навигационный контур. Основой предлагаемого решения выступает математический аппарат расширенного фильтра Калмана, который эффективно справляется с задачами фильтрации стохастических шумов и линеаризации уравнений измерения при работе с нелинейными координатами. Особое место в работе занимает описание механизмов временной синхронизации и экстраполяции данных, необходимых для компенсации задержек в каналах связи и приведения всех измерений к единому моменту времени.
В рамках реализации проекта внедрена система адаптивного оценивания геометрического фактора расположения окружающих целей, от которых система предупреждения столкновений в воздухе получает данные. Это позволяет программному комплексу приоритизировать информацию от наиболее выгодно расположенных воздушных судов, минимизируя влияние неблагоприятной геометрии на итоговую ошибку позиционирования. Применяемые алгоритмы контроля целостности и валидации данных обеспечивают предварительную фильтрацию от аномальных выбросов и ложных сигналов, повышая достоверность формируемого навигационного решения. Результаты проведенных имитационных экспериментов демонстрируют устойчивое снижение погрешностей определения координат, что подтверждает практическую эффективность предложенных алгоритмических подходов. 

Ключевые слова:

коррекция навигационного решения; целостность навигационного решения; избыточность навигационного решения; системы предупреждения столкновений; пилотажно-навигационный комплекс; расширенный фильтр Калмана; автоматическое зависимое наблюдение; алгоритмы обработки данных; бортовое оборудование

Список источников

  1. Авиационная радионавигация: Справочник / под ред. А.А. Сосновского. — М.: Транспорт, 1990. — 264 с. 
  2. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных системах. — М.: Машиностроение, 1991. — 512 с. 
  3. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 752 с.
  4. Неретин Е.С., Будков А.С. Архитектура и алгоритмическое обеспечение перспективных систем самолетовождения // Вестник МАИ. 2018. Т. 25. № 3. С. 145-156.
  5. Bar-Shalom Y., Li X. R., Kirubarajan T. Estimation with Applications to Tracking and Navigation: Theory, Algorithms and Software. – New York: Wiley-Interscience, 2001. – 592 p.
  6. Brown R. G., Hwang P. Y. C. Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering with MATLAB Exercises. – 4th ed. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2012. – 400 p.
  7. Gelb A. (ed.). Applied Optimal Estimation. – Cambridge, MA: The MIT Press, 1974. – 374 p.
  8. Grewal M. S., Weill L. R., Andrews A. P. Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration. – 2nd ed. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2007. – 552 p.
  9. Groves P. D. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems. – 2nd ed. – Boston: Artech House, 2013. – 800 p.
  10. Kaplan E. D., Hegarty C. J. Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications. – 3rd ed. – Boston: Artech House, 2017. – 1064 p.
  11. Kayton M., Fried W. R. Avionics Navigation Systems. – 2nd ed. – New York: Wiley-Interscience, 1997. – 800 p.
  12. RTCA. DO-178C: Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification. – Washington, DC: RTCA, 2011. – 144 p.
  13. RTCA. DO-185B: Minimum Operational Performance Standards for Traffic Alert and Collision Avoidance System II (СПСВ II) Airborne Equipment. – Washington, DC: RTCA, 2008. – Vol. I. – 548 p.; Vol. II. – 744 p.
  14. RTCA. RTCA/DO-283B: Minimum Operational Performance Standards for Required Navigation Performance for Area Navigation. – Washington, DC: RTCA, 1997. – 250 p.
  15. SAE International. ARP4754A: Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems. – Warrendale, PA: SAE International, 2010. – 115 p.
  16. SAE International. ARP4761: Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment. – Warrendale, PA: SAE International, 1996. – 331 p.
  17. Spitzer C. R. Avionics. – Boca Raton: CRC Press, 2006. – 228 p.
  18. Spitzer C. R. (ed.). Digital Avionics Handbook. – 2nd ed. – Boca Raton: CRC Press, 2006. – 446 p.
  19. AIM Online. ARINC 429 Tutorial [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.aim-online.com/products-overview/tutorials/arinc-429-tutorial/ – Дата обращения: 14.04.2026.
  20. EASA. Deviations for an ETSO [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.easa.europa.eu/sites/default/files/dfu/certification-docs-deviation-ETSO.DevP.64-rev-A.p... – Дата обращения: 14.04.2026.
  21. Electronic Code of Federal Regulations (eCFR). 14 CFR § 91.227 Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) Out equipment performance requirements [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ecfr.gov/current/title-14/chapter-I/subchapter-F/part-91/subpart-C/section-91.227 – Дата обращения: 14.04.2026.
  22. EUROCONTROL. ACAS Guide – Airborne Collision Avoidance Systems. Version 5.0 (April 2025) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.eurocontrol.int/sites/default/files/2025-09/eurocontrol-safety-acas-guide-5-0.pdf – Дата обращения: 14.04.2026.
  23. Federal Aviation Administration (FAA). Advisory Circular AC 20-115D: Airborne Software Development Assurance Using EUROCAE ED-12 and RTCA DO-178 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC_20-115D.pdf – Дата обращения: 14.04.2026.
  24. Federal Aviation Administration (FAA). Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/avs/offices/afx/afs/afs400/afs410/ADS-B – Дата обращения: 14.04.2026.
  25. Federal Aviation Administration (FAA). Installation (ADS-B equipage) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.faa.gov/air_traffic/technology/equipadsb/installation – Дата обращения: 14.04.2026.
  26. Federal Aviation Administration (FAA). Introduction to TCAS II version 7.1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/СПСВ%20ii%20v7.1%20intro%20booklet.pdf – Дата обращения: 14.04.2026.
  27. Legal Information Institute, Cornell Law School. 14 CFR § 91.225 Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) Out equipment and use [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.law.cornell.edu/cfr/text/14/91.225 – Дата обращения: 14.04.2026.
  28. RTCA. DO-178() Software Standards Documents & Training [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rtca.org/do-178/ – Дата обращения: 14.04.2026.

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход