Основной тенденцией развития авиации в России, как и во всех развитых странах мира, является размещение всё большего количества различного электронного оборудования в летательных аппаратах. С помощью подобной автоматизации можно не только упростить работу пилота, но и повысить уровень безопасности полётов. В решение этой глобальной проблемы внес вклад четверокурсник факультета автоматики и вычислительной техники ВятГУ Алексей Лапицкий. Под руководством доцента кафедры электронных вычислительных машин Василия Мельцова он предложил способ, позволяющий получать максимально полную и достоверную информацию о воздушном судне на основе использования навигационной системы, работающей в режиме MODE-S. Результаты проведенного исследования представлены в статье «Method of Recognition MODE-S Signal Format by the Preamble and Its FPGA Realization» сборника материалов международной конференции ElConRus-2020.
Все летательные аппараты оснащены транспондерами – приемопередающими устройствами, посылающими специальный сигнал в ответ на принятый запрос. Принцип работы большинства транспондеров определяется стандартом MODE-S. С помощью сигналов от транспондера операторы на земле могут распознать тип воздушного судна, определить его принадлежность тому или иному государству, получить сведения об основных параметрах полёта: высоте, скорости, пункте назначения.
Информационной части сигнала предшествует преамбула, служащая для синхронизации приемника и передатчика. Она состоит из четырех импульсов заданной амплитуды (пиков), отстоящих друг от друга на определенном расстоянии. К сожалению, при обработке реального сигнала из эфира возникает несколько факторов, которые могут помешать корректному обнаружению преамбулы. Первый связан с тем, что сама форма сигнала не является строго прямоугольной, а переход из одного значения в другое занимает некоторое время. Таким образом, прямоугольный сигнал принимает форму, больше напоминающую «удлинённый пик». Второй особенностью работы с реальным сигналом является его изменяющаяся амплитуда. Максимальное значение пика может опускаться с 255 до 60, что в некоторых случаях воспринимается устройствами как низкий уровень сигнала. В-третьих, сигнал может быть подвержен временным искажениям. Это отражается на положении пиков преамбулы относительно друг друга. Все эти факторы приводят к тому, что часть преамбул может быть не обнаружена, что, соответственно, приведёт к пропуску информационной части сигнала. Большинство серийно выпускаемых транспондеров, присутствующих на мировом рынке авионики, определяют около 80 % сигналов из реального эфира.
Метод, предложенный Алексеем Лапицким, по сути представляет собой ряд алгоритмов, анализирующих строго заданные фрагменты эфира, равные по длине преамбуле. Эти алгоритмы не только обнаруживают возможные ошибки сигнала, но и способны корректировать искажённые как по амплитуде, так и по длительности импульсов, данные. Эффективность обнаружения сигналов возрастает почти на 9 %.
Удается обнаружить более слабые и искажённые сигналы, не распознаваемые с помощью других методов, что влияет на общее количество обнаруживаемых преамбул сигналов. Более точное и корректное определение преамбулы влечет повышение корректности и достоверности декодирования информационной части сообщения, -
пояснил Алексей Лапицкий.
Реализация разработанных алгоритмов с помощью программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) позволяет значительно сократить габариты самого приёмопередающего устройства и снизить его стоимость.
Важно отметить, что с помощью предложенного студентом ВятГУ метода воздушную обстановку можно наблюдать не только с земли. Любое воздушное судно способно отправить широковещательный запрос всем летательным аппаратам, в том числе беспилотным, и получить ответный сигнал, содержащий необходимые данные. Эта функция позволяет пилотам владеть полной информацией о находящихся вокруг летательных объектах, их скорости и высоте полёта, что позволяет избежать возможных столкновений, заранее корректируя свой курс.
#ВятГУ #БезопасностьПолетовВятГУ #НаукаВятГУ
