Моделирование функционирования космических и наземных систем наблюдения за воздушным движением
Ключевые слова:
авиационное наблюдение, ADS-B, автоматическое зависимое наблюдение – вещание, математическое моделирование, космические системы, обработка информацииАннотация
В настоящее время создаются и постепенно наращиваются орбитальные группировки космических аппаратов с возможностью приема, обработки и ретрансляции сигналов системы ADS-B (от англ. «Automatic Dependent Surveillance — Broadcast» — автоматическое зависимое наблюдение — широковещание), обеспечивающие глобальность и непрерывность наблюдения за воздушным движением. В соответствии с концепцией использования технологии ADS-B каждый участник воздушного движения передает в широковещательном режиме свои идентификационные данные, местоположение, и параметры состояния. Так как при разработке системы не предполагалось принимать сигналы на борту космического аппарата, существуют определенные проблемы, связанные с их энергетической доступностью, наличием коллизий сообщений от разных источников, влиянием эффекта Доплера и другими факторами. Разработана имитационная модель системы наблюдения за воздушным движением на основе приема сигналов, содержащих идентификационную и навигационную информацию и передающихся по радиоканалу в широковещательном режиме. Программно реализованные алгоритмы имитационного моделирования позволяют задавать различные ограничения и допущения (используя различные модели распределения источников излучений, пунктов приема сигналов авиационных систем связи, канала передачи информации, распределения частоты и длительности сигналов) и получать оценки целевых показателей функционирования космических и наземных систем обеспечения безопасности движения воздушных судов с учетом различных пространственных и энергетических факторов и условий распространения радиосигналов, а также реального размещения контролируемых объектов и динамики их движения в мировом воздушном пространстве. Приведены методики и примеры использования имитационной модели для расчета целевых показателей функционирования космических и наземных систем авиационного наблюдения.Литература
1. Barson J.V. Automatic Dependent Surveillance-Broadcast – The First Step in the FAA’s Next-Generation Air Transportation System // Aviation, Space and Environmental Medicine. 2009. vol. 80. no. 4. pp. 422–423.
2. Zhang J., Wei L., Yanbo Z. Study of ADS-B Data Evaluation // Chinese Journal of Aeronautics. 2011. vol. 24. no. 4. pp. 461–466.
3. Strohmeier M., Schäfer M., Lenders V., Martinovic I. Realities and Challenges of NextGen Air Traffic Management: The Case of ADS-B // IEEE Communications Magazine. 2014. vol. 52. no. 5. pp. 111–118.
4. Schäfer M. et al. OpenSky Report 2016: Facts and Figures on SSR Mode S and ADS-B Usage // 35th IEEE/AIAA Digital Avionics Systems Conference (DASC). 2016. pp. 1–9.
5. Carandente M., Rinaldi C. Aireon surveillance of the globe via satellite // Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications – Enhanced Surveillance of Aircraft and Vehicles (TIWDC/ESAV). 2014. pp. 53–55.
6. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of Signal Collisions over the North Atlantic for a Spaceborne ADS-B Receiver Using Aloha Protocol // Positioning. 2015. vol. 6. no. 03. pp. 23–31.
7. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of the Reception of Automatic Dependent Surveillance-Broadcast Signals in Low Earth Orbit // International Journal of Navigation and Observation. 2015. 11 p.
8. Van Der Pryt R., Vincent R. The CanX-7 Nanosatellite ADS-B Mission: A Preliminary Assessment // Positioning. 2017. vol. 08. pp. 1–11.
9. Brodsky Y., Rieber R., Nordheim T. Balloon-borne air traffic management (ATM) as a precursor to space-based ATM // Acta Astronautica. 2012. vol. 70. pp. 112–121.
10. Knudsen B.G. et al. ADS-B in space: Decoder implementation and first results from the GATOSS mission // 14th Biennial Baltic Electronic Conference (BEC). 2014. pp. 57–60.
11. Сайт компании «AnyLogic». URL: https://www.anylogic.ru (дата обращения: 19.05.2018).
12. Сайт компании «Элина компьютер». URL: http://elina-computer.ru/static/gpss-world.html (дата обращения: 19.05.2018).
13. Сайт ФГУП «ГосНИИАС». URL: http:// https://www.gosniias.ru/ (дата обращения: 19.05.2018).
14. Скороходов Я.А, Малышев Д.В. Анализ энергетической доступности сигналов системы АЗН-В для низкоорбитальных космических аппаратов с использованием статистического моделирования // Информация и космос. 2017. № 4. С. 137–141.
15. Baek K., Bang H. ADS-B based Trajectory Prediction and Conflict Detection for Air Traffic Management // International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2012. vol. 13. no. 3. pp. 377–385.
16. Xi L., Jun Z., Yanbo Z., Wei L. Simulation Study of Algorithms for Aircraft Trajectory Prediction Based on ADS-B Technology // 7th International Conference on System Simulation and Scientific Computing. 2008. pp. 322–327.
17. Zhang K., Qiao Y., Zhang C. Trajectory Tracking Using Auto-adaptive Multi-model Filtering Method in ADS-B System // Second International Conference on Robot, Vision and Signal Processing. 2013. pp. 93–97.
18. Thipphavong D.P., Schultz C.A., Lee A.G., Chan S.H. Adaptive Algorithm to Improve Trajectory Prediction Accuracy of Climbing Aircraft // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2013. vol. 36. no. 1. pp. 15–24.
19. Allnutt J.E. Satellite to Ground Radiowave Propagation: 2nd Edition // The Institution Of Engineering And Technology. 2010. 704 p.
20. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи // М.: Горячая линия-Телеком. 2012. 244 с.
21. Кантор Л.Я., Ноздрин В.В. Электромагнитная совместимость систем спутниковой связи // М.: НИИР. 2009. 280 с.
22. Roy A.E. Orbital Motion. Bristol (UK): Institute of Physics Publishing. 2005. 526 p.
23. Gupta O.P. Global Augmentation of ADS-B Using Iridium NEXT Hosted Payloads // Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference (ICNS). 2011. pp. 1–15.
24. Garcia M., Dolan J., Hoag A. Aireon's initial on-orbit performance analysis of space-based ADS-B // Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference (ICNS). 2017. pp. 4A1-1–4A1-8.
25. Нариманов Г.С. Основы теории полета космических аппаратов // М.: Машиностроение. 1972. 608 с.
26. Динамические статистические исследования по спутниковому приему сигналов ADS-B для глобального слежения за рейсами гражданской авиации // Всемирная конференция радиосвязи. 2015. 19 c. URL: https://www.itu.int/md/dologin_md.asp?lang=es&id=R15-WRC15-C-0100!!MSW-R (дата обращения: 17.05.2016).
27. Sklar B. Digital Communication. Fundamentals and Application: 2nd Edition // Prentice Hall. 2017. 1104 p.
28. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of Reflected ADS-B Signals over the North Atlantic for a Spaceborne Receiver // Positioning. 2016. vol. 7. pp. 51–62.
29. Скороходов Я.А., Андреев А.М. Моделирование функционирования космического сегмента системы автоматической идентификации морских судов // Информационно-управляющие системы. 2018. T. 93. no. 2. С. 36–48.
30. Скороходов Я.А., Махров К.Б., Малышев Д.В. Имитационная модель функционирования космической системы контроля движения морских судов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2017. С. 23–33.
31. Werner K., Bredemeyer J., Delovski T. ADS-B over satellite: Global air traffic surveillance from space // Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications – Enhanced Surveillance of Aircraft and Vehicles (TIWDC/ESAV). 2014. pp. 47–52.
32. Сайт издательского дома «Авиатранспортное обозрение». URL: http://www.ato.ru/blogs/ blog-alekseya-sinickogo/30-tysyach-aviareysov-v-sutki-nad-evropoy (дата обращения: 19.01.2016).
2. Zhang J., Wei L., Yanbo Z. Study of ADS-B Data Evaluation // Chinese Journal of Aeronautics. 2011. vol. 24. no. 4. pp. 461–466.
3. Strohmeier M., Schäfer M., Lenders V., Martinovic I. Realities and Challenges of NextGen Air Traffic Management: The Case of ADS-B // IEEE Communications Magazine. 2014. vol. 52. no. 5. pp. 111–118.
4. Schäfer M. et al. OpenSky Report 2016: Facts and Figures on SSR Mode S and ADS-B Usage // 35th IEEE/AIAA Digital Avionics Systems Conference (DASC). 2016. pp. 1–9.
5. Carandente M., Rinaldi C. Aireon surveillance of the globe via satellite // Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications – Enhanced Surveillance of Aircraft and Vehicles (TIWDC/ESAV). 2014. pp. 53–55.
6. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of Signal Collisions over the North Atlantic for a Spaceborne ADS-B Receiver Using Aloha Protocol // Positioning. 2015. vol. 6. no. 03. pp. 23–31.
7. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of the Reception of Automatic Dependent Surveillance-Broadcast Signals in Low Earth Orbit // International Journal of Navigation and Observation. 2015. 11 p.
8. Van Der Pryt R., Vincent R. The CanX-7 Nanosatellite ADS-B Mission: A Preliminary Assessment // Positioning. 2017. vol. 08. pp. 1–11.
9. Brodsky Y., Rieber R., Nordheim T. Balloon-borne air traffic management (ATM) as a precursor to space-based ATM // Acta Astronautica. 2012. vol. 70. pp. 112–121.
10. Knudsen B.G. et al. ADS-B in space: Decoder implementation and first results from the GATOSS mission // 14th Biennial Baltic Electronic Conference (BEC). 2014. pp. 57–60.
11. Сайт компании «AnyLogic». URL: https://www.anylogic.ru (дата обращения: 19.05.2018).
12. Сайт компании «Элина компьютер». URL: http://elina-computer.ru/static/gpss-world.html (дата обращения: 19.05.2018).
13. Сайт ФГУП «ГосНИИАС». URL: http:// https://www.gosniias.ru/ (дата обращения: 19.05.2018).
14. Скороходов Я.А, Малышев Д.В. Анализ энергетической доступности сигналов системы АЗН-В для низкоорбитальных космических аппаратов с использованием статистического моделирования // Информация и космос. 2017. № 4. С. 137–141.
15. Baek K., Bang H. ADS-B based Trajectory Prediction and Conflict Detection for Air Traffic Management // International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2012. vol. 13. no. 3. pp. 377–385.
16. Xi L., Jun Z., Yanbo Z., Wei L. Simulation Study of Algorithms for Aircraft Trajectory Prediction Based on ADS-B Technology // 7th International Conference on System Simulation and Scientific Computing. 2008. pp. 322–327.
17. Zhang K., Qiao Y., Zhang C. Trajectory Tracking Using Auto-adaptive Multi-model Filtering Method in ADS-B System // Second International Conference on Robot, Vision and Signal Processing. 2013. pp. 93–97.
18. Thipphavong D.P., Schultz C.A., Lee A.G., Chan S.H. Adaptive Algorithm to Improve Trajectory Prediction Accuracy of Climbing Aircraft // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2013. vol. 36. no. 1. pp. 15–24.
19. Allnutt J.E. Satellite to Ground Radiowave Propagation: 2nd Edition // The Institution Of Engineering And Technology. 2010. 704 p.
20. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи // М.: Горячая линия-Телеком. 2012. 244 с.
21. Кантор Л.Я., Ноздрин В.В. Электромагнитная совместимость систем спутниковой связи // М.: НИИР. 2009. 280 с.
22. Roy A.E. Orbital Motion. Bristol (UK): Institute of Physics Publishing. 2005. 526 p.
23. Gupta O.P. Global Augmentation of ADS-B Using Iridium NEXT Hosted Payloads // Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference (ICNS). 2011. pp. 1–15.
24. Garcia M., Dolan J., Hoag A. Aireon's initial on-orbit performance analysis of space-based ADS-B // Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference (ICNS). 2017. pp. 4A1-1–4A1-8.
25. Нариманов Г.С. Основы теории полета космических аппаратов // М.: Машиностроение. 1972. 608 с.
26. Динамические статистические исследования по спутниковому приему сигналов ADS-B для глобального слежения за рейсами гражданской авиации // Всемирная конференция радиосвязи. 2015. 19 c. URL: https://www.itu.int/md/dologin_md.asp?lang=es&id=R15-WRC15-C-0100!!MSW-R (дата обращения: 17.05.2016).
27. Sklar B. Digital Communication. Fundamentals and Application: 2nd Edition // Prentice Hall. 2017. 1104 p.
28. Van Der Pryt R., Vincent R. A Simulation of Reflected ADS-B Signals over the North Atlantic for a Spaceborne Receiver // Positioning. 2016. vol. 7. pp. 51–62.
29. Скороходов Я.А., Андреев А.М. Моделирование функционирования космического сегмента системы автоматической идентификации морских судов // Информационно-управляющие системы. 2018. T. 93. no. 2. С. 36–48.
30. Скороходов Я.А., Махров К.Б., Малышев Д.В. Имитационная модель функционирования космической системы контроля движения морских судов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2017. С. 23–33.
31. Werner K., Bredemeyer J., Delovski T. ADS-B over satellite: Global air traffic surveillance from space // Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications – Enhanced Surveillance of Aircraft and Vehicles (TIWDC/ESAV). 2014. pp. 47–52.
32. Сайт издательского дома «Авиатранспортное обозрение». URL: http://www.ato.ru/blogs/ blog-alekseya-sinickogo/30-tysyach-aviareysov-v-sutki-nad-evropoy (дата обращения: 19.01.2016).
Опубликован
2018-11-30
Как цитировать
Скороходов, Я. А. (2018). Моделирование функционирования космических и наземных систем наблюдения за воздушным движением. Труды СПИИРАН, 6(61), 29-60. https://doi.org/10.15622/sp.61.2
Раздел
Математическое моделирование и прикладная математика
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
