Методическая разработка «Спутниковые навигационные системы»
методическая разработка

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

(РОСАВИАЦИЯ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

(филиал АТК)

Методическая разработка урока

Учебная дисциплина :

«Воздушная навигация и аэронавигационное обеспечение полетов».

Тема урока: «Спутниковые навигационные системы»

                                                                                                      Разработчик:

                                                                                        Преподаватель 1 категории

                                                                                       Сеничев Сергей Георгиевич

Санкт-Петербург

2020

      В настоящее время, в связи с переходом на новые стандарты образования, возрастают требования к оформлению методических разработок открытых уроков. Открытый урок, в отличие от обычного – специально подготовленная форма организации методической работы, в то же время, на таком уроке протекает реальный учебный процесс. Открытые уроки даются преподавателями с целью поделиться своими педагогическими находками. Поэтому методические разработки открытых уроков должны быть предельно ясными, чётко оформленными и содержать в себе ответы на все возможные вопросы. Цель данной методической рекомендации оказать преподавателям помощь в оформлении разработок открытых уроков, которые являются необходимым условием обеспечения учебного процесса. Дать преподавателям некоторые конкретные рекомендации, советы, которые, будут полезны и предостерегут от многих типичных ошибок. Условием успешного использования предлагаемых рекомендаций является стремление личности к самосовершенствованию.

    Данная методическая разработка может быть использована в работе преподавателей среднего профессионального  образования.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

Специальность:25.02.05 «Управление движением воздушного транспорта»

ПМ 01. « Организация и обслуживание движения воздушного транспорта гражданской авиации».    

МДК 01.02.  «Воздушная навигация и аэронавигационное обеспечение полетов».

Тема 2.1 « Воздушная навигация  и аэронавигационное обеспечение полетов»

Курс  3, группа 773

Урок  № 12   дата 21.11.2019.

Преподаватель 1 квалификационной  категории Сеничев Сергей Георгиевич.

Тема урока: «Спутниковые навигационные системы»

II Задачи и планируемые результаты

Задачи:

• Образовательные:

• раскрыть понятия о GLS, о системе захода на посадку основанной на использовании СНС;
• обеспечить в ходе урока усвоение необходимых условий для осуществления захода на посадку с использованием СНС;
• актуализировать знания по  применению GLS;

• Воспитательные:

• содействовать повышению уровня мотивации на уроках через средства обучения;

• Развивающие:

• создать условия для развития аналитических способностей курсантов, таких как умение анализировать, сопоставлять, сравнивать, обобщать, делать выводы по теме;

Планируемые результаты:

• Предметные:
• при реализации системно-деятельностного подхода, освоенный обучающимися в ходе изучения учебных предметов опыт  действия диспетчера при использовании GLS для захода на посадку.
• Личностные:

• готовность и способность курсанта к саморазвитию;
•  уметь организовать собственную деятельность при выборе метода и способа  захода на посадку;

• Метапредметные:

• уметь взаимодействовать в коллективе, иметь навык сотрудничать, работать как самостоятельно, так и в группах, согласовывая свои действия, приходя к компромиссам и взаимопониманию, демонстрировать толерантность и умение выходить из конфликтных ситуаций, слушать и слышать чужое мнение, уметь аргументировать свое.   

Формируемые компетенции:

• ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
• ПК 1.4. Своевременно выдавать управляющие команды и/или информационные сообщения экипажам воздушных судов и другим взаимодействующим органам, в том числе и с использованием английского языка.
• ПК 1.5. Анализировать, контролировать и управлять динамической воздушной обстановкой при угрозе возникновения потенциально конфликтных ситуаций при полете воздушных судов.

III.  Ресурсы

Основные: конспекты, плакаты по основным темам изучения, компьютер офисный с подключением к Интернету, проектор;

Дополнительные: схемы ЦАИ ГА, доска;

IV.  Тип, вид и цель урока

Тип урока – «Изучение нового материала и первичное закрепление»

Виды: лекция, презентация;

• цель урока: ознакомить с системой захода на посадку основанной на  использовании спутниковых навигационных систем;

V.  Ход занятия

1. Организационный этап 5 мин ( приветствие курсантов, фиксация отсутствующих)

2. Проверка домашнего задания 10 мин.(повторение пройденного материала, проверка домашнего задания, актуализация знаний)        

Вопросы для проверки знаний:

1. Преимущества СНС?
2.  Какие СНС существуют в настоящее время?
3. Для чего применяются функциональные дополнения?

3.Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся 45мин. (создание условий для осознания и осмысления новой учебной информации. Определение целей и задач урока). 

Изложение учебного материала. Постановка вопросов курсантам. Ответы на вопросы обучающихся.

Вступительная часть:

  На предыдущем занятии мы рассмотрели факторы влияющие на точность определения места с помощью СНС, а также методы для повышения точности. Если будем использовать  СНС для захода на посадку, то для возможности захода в сложных метеоусловиях необходимо повысить точность определения МС в пространстве. Как это реализовано мы и рассмотрим на сегодняшнем занятии.

2.2. Принцип действия GLS. Его преимущества и недостатки

Для работы GLS применяется спутниковая навигация. В принципе, вся перспективная система организации воздушного движения строится на увеличении точности самолетовождения, которую обеспечивает, в частности, определение местоположения самолета с использованием наряду с собственной инерциальной навигационной системой также спутниковой системы GPS или ГЛОНАСС. Однако для захода на посадку обычной спутниковой системы оказывается недостаточно. В системе GLS задействована наземная корректирующая станция (GBAS – Ground Based Augmentation System; по-русски ЛККС – локальная контрольно-корректирующая станция), которая передает дополнительный сигнал. На данный момент в России действует 112 ЛККС. [18]

Общая идеология построения GLS основана на использовании концепции дифференциальных подсистем и заключается в следующем: в точке расположения приемных антенн ЛККС, координаты которых в геодезической системе координат WGS-84 определены с высокой точностью, осуществляется прием и обработка сигналов ГНСС и формирование корректирующей информации. Затем полученная информация по каналу связи «земля-борт» передается в бортовое оборудование GLS, где используется для исключения ошибок измерений. В настоящее время погрешность определения координат ВС в бортовом оборудовании GLS не превышает 1 м с вероятностью 0.95.Все это изображено на рисунке 2.2:

Рисунок 2.2. – Принцип работы GLS

Ввиду того, что GLS предназначена для обеспечения посадки по I категории ИКАО, а в дальнейшем и для более высоких категорий, то при построении радиоканала передачи дифференциальных данных «земля-борт» большое внимание уделяется вопросам помехозащищенности и помехоустойчивости этого канала.

Построение наземной подсистемы GLS (GBAS/ЛККС) зависит от множества разнообразных факторов, определяемых как характеристиками места ее размещения, так и прогнозируемым режимом ее использования. Но, в любом случае, в составе ЛККС будет присутствовать модуль опорных приемников и передатчик VDB (высокочастотный цифровой передатчик). Передатчик VDB обеспечивает получение данных и поправок к дальномерным сигналам ГНСС посредством передачи цифровых данных в диапазоне частот 108…118 МГц с разделением каналов в 25 кГц. Область действия простирается на расстояние не менее 37 км от места расположения передатчика.

В общем случае структура бортового оборудования GLS зависит от структуры бортового комплекса ВС. Например, в качестве антенны бортового оборудования GLS может использоваться курсовая антенна системы инструментальной посадки ILS, а в качестве органов управления и индикации – пульт системы управления полетом ВС.

Основными функциями бортового оборудования GLS являются: прием сигналов ГНСС, прием и обработка сообщений ЛККС, выбор траектории захода на посадку (FAS), формирование параметров для точного наведения («ILS-подобных» сигналов), определение района точного захода на посадку (PAR), формирование навигационных параметров (координаты, скорости и время) и сигналов тревоги.

Отечественные ЛККС, обеспечивающие точные заходы на посадку ВС по категории I (в перспективе II и IIIа) метеоминимумов ИКАО, имеют следующие преимущества:

1. Возможность работы по нескольким спутниковым созвездиям – ГЛОНАСС, GPS и Galileo, что существенно повышает эксплуатационную готовность, целостность и, главное, непрерывность навигационного обслуживания.

2. Обеспечение точного захода на посадку при всех направлениях нескольких ВПП одновременно на нескольких аэродромах или посадочных площадках, находящихся в зоне действия радиоканала VDB одной ЛККС. Это является преимуществом по сравнению с системой ILS, для которой требуется установка отдельных дорогостоящих комплектов аппаратуры посадочных радиомаяков для каждого направления посадки на каждую ВПП.

3. Точность навигационного обслуживания в системах GLS не зависит от удаления ВС от порога ВПП, а также от базовой станции ЛККС в пределах её зоны действия. Это также является преимуществом по сравнению с системой ILS, в которой точность определения отклонения от радиоглиссады существенно зависит от удаления ВС от порога ВПП.

4. В системе GLS пространственная траектория конечного участка захода на посадку по данным FAS не может быть искажена внешними воздействиями, т.к. эти данные представляют собой кодированный набор цифр, по которым формируется «виртуальная» глиссада, относительно которой бортовое оборудование обеспечивает наведение ВС на ВПП. В радиомаячной системе ILS посадочная глиссада – равносигнальная зона радиоизлучения курсового и глиссадного маяков может быть опасно смещена переотражениями радиоволн от объектов, находящихся в пределах «критической зоны» относительно ВПП.

5. ЛККС обеспечивает навигационное обслуживание многих ВС, находящихся в зоне её действия; используется одновременно для посадочных и маршрутных процедур RNAV / RNP, стандартных процедур вылета SID и прибытия STAR по приборам, пробега, разбега, взлёта или ухода на второй круг, а также для руления на аэродроме. По сравнению с оборудованием ЛККС система ILS используется для выполнения только посадочных процедур.

6. Применение систем GLS не требует размещения ЛККС на осевой линии или вблизи ВПП, что исключает влияние впереди летящего ВС на приём посадочных данных следующими за ним ВС. Это в значительной степени снижает требования к эшелонированию заходящих на посадку ВС вдоль глиссады по сравнению с системой ILS. При этом резко увеличивается пропускная способность аэродрома.

7. Значительным экономическим преимуществом системы GLS является отсутствие зависимости её точности от состояния поверхности вокруг ВПП, что исключает необходимость соответствующих периодических сезонных работ и затрат на размещение и обслуживание обеспечивающего состояние этой поверхности наземного оборудования. Расходы на испытания при вводе в эксплуатацию и обслуживание ЛККС в несколько раз меньше, чем для системы ILS. Высокая точность аэронавигации в районе аэродрома с использованием ЛККС обеспечивает оптимизацию схем маневрирования ВС, в частности, сокращение длины линии пути, полётного времени, расхода топлива.

В процессе предоставления навигационного обслуживания ГНСС могут возникать различные ситуации, которые вызывают нарушение нормального функционирования навигационного оборудования (далее – аномалия). Из-за данных аномалий, а также благодаря другим недостаткам заход на посадку по GLSможет вызывать трудности или быть невозможен:

1. Установка данного вида функционального дополнения в труднодоступных и малоосвоенных регионах является экономически нецелесообразной, так как данный вид оборудования дорогостоящ и для его эксплуатации требуется технический персонал соответствующего уровня квалификации.
2. Возможны отказы оборудования навигационных спутников, навигационного оборудования СНС на борту ВС оборудования функциональных дополнений СНС как наземного, так и космического базирования.
3. В изданном ИКАО Руководстве по GNSS отмечается, что радиооборудование СНС подвержено влиянию как преднамеренных, так и непреднамеренных радиопомех.[12, с. 254]ИКАО рассматривает радиопомехи в качестве одного из основных факторов уязвимости СНС.

Повышенная по сравнению с наземными средствами радионавигации восприимчивость СНС к помехам объясняется чрезвычайно низким уровнем излучаемых антеннами спутниковых передатчиков навигационных и информационных радиосигналов, а также широкая(глобальная) зона покрытия радиоизлучением этих антенн.

4. Одной из особенностей аномалий в работе СНС является то, что их появление может быть различным для различных пользователей даже в одной и той же зоне полётов ВС ввиду использования различных созвездий ИСЗ для навигационных расчётов, различных алгоритмов RAIM, особенностей конструкции ВС и расположения антенн СНС, различной геометрии переотражений радиоволн от элементов рельефа земной поверхности и искусственных сооружений.
5. Возможно многолучевое распространение радиосигнала. Многолучевость образуется путем отражения сигналов от рельефа местности. В результате, на вход приёмника поступает несколько сигналов, прямой и отраженный, что приводит к фазовым искажениям результирующего сигнала. Данного рода эффект особенно сильно проявляется на этапе посадки ВС и при полетах в горных местностях;
6. Не все ВС оборудованы стандартным оборудованием для посадки по СНС. Более старые модификации самолетов изначально не оборудованы GBAS, и их внедрение является дополнительными экономическими тратами.

Из-за данных аномалий, к сожалению, заход по GLS возможен пока лишь по I категории ИКАО.

На сегодняшний день система GLS внедряется успешно. Многие подходы и посадки, основанные на GLS, были успешно проведены в различных аэропортах и в различных условиях на ВПП. Автоматические посадки и посадки с использованием ПНК были безопасно реализованы как в обычных, так и в сложных условиях.

В настоящее время использование систем спутниковой посадки GLS является практически единственным способом повышения безопасности вертолето- и самолетовождения. Ведущие производители авиационной техники включают системы GLS в перспективные навигационно-посадочные комплексы ВС.

В России активно поддерживают мировой тренд использования систем GLS для оборудования аэродромов и воздушных судов. В настоящее время можно заявить, что в России серийно производится все необходимое оборудование GLS для оснащения аэродромов, посадочных площадок и вертолетов.

Несмотря на все перечисленные в главе недостатки, преимуществ гораздо больше. Внедрение GLS улучшит безопасность, увеличит пропускную способность и предоставит эксплуатационные преимущества авиакомпаниям, пилотам, пассажирам, аэропортам и поставщикам услуг воздушного движения.

4.  Актуализация. Для  актуализации  знаний  в течении 10 мин  разыгрывается сценарий использования схем захода на посадку с использованием схемы аэропорта Пулково.  Для повторения  разыгрываем использование стандартных схем в аэропорту Мурманск.

5. Первичная проверка понимания.5мин Для проверки понимания  темы курсантами предлагается  ответить на вопросы:

           1). Какое наземное оборудование необходимо для использования GLS.

          2). Какая категория обеспечивается при заходе по GLS.

          3). Как отображается положение ВС относительно глиссады и курса.        

6.  Первичное закрепление: 5 мин 

 1. Изучить схемы захода GLS.

2. Провести розыгрыш захода с использованием GLS.

7. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению 5 мин.

Для лучшего закрепления материала, на дом задается задание:

1 Изучить схемы  захода на посадку и вылета с использованием ЛККС для своего аэродрома.

2.Изучить предложенный материал для расширения понимания данной темы.

8. Рефлексия 5 мин.  В конце занятия, если есть вопросы- ответы на них.

VI Этапы урока –

• наименование этапа урока
• время проведения этапа
• содержание этапа
• деятельность преподавателя
• деятельность курсантов