Разработка в США системы инструментальной посадки "Джейпалс"

Полковник О. Шатров

Министерство обороны США для расширения возможностей по применению авиации в сложных метеоусловиях и при ограниченной видимости реализует программу создания новой универсальной системы точной инструментальной посадки "Джейпалс" (JPALS - Joint Precision Approach and Landing System) для использования во всех видах вооруженных сил. Она должна заменить находящиеся на вооружении инструментальные системы обеспечения захода на посадку ILS, PAR, MLS, AGLS, которые имеют следующие недостатки:

невысокая точность определения координат летательного аппарата (ЛА);

- постоянно возникающие проблемы с распределением ограниченного количества рабочих частот при интенсивном использовании авиации;

- большие временные затраты на развертывание систем;

- несовместимость с гражданскими радиолокационными станциями PAR (Precision Approach Radar) и аппаратурой стран НАТО - системой MMLS (Mobile Microwave Landing System).

Основными требованиями международной организации гражданской авиации (ИКАО) к организации управления воздушным движением при точном заходе на посадку являются:

- среднеквадратические погрешности (на плоскости, и по высоте) определения местоположения воздушного средства по I категории (до высоты 60 м) - 74 и 24 м, по II категории (до высоты 30 м) - 38 и 10 м, по III категории (до высоты менее 30м)- 12 и 12 м;

- численное значение доступности взлетно-посадочной полосы по I категории (до высоты 100 м) - 0,9975, по I категории (до высоты 60 м) - 0,9985, по II категории (до высоты 30 м) - 0,9985, по III категории (до высоты менее 30 м) - 0,999;

- время до выдачи предупреждения по I категории (до высот 100-60 м) - 6 с, по II и III категориям (до высоты 30 м и менее) -1 с;

- непрерывность навигационно-временного обеспечения по 1-Й категориям - в течение 15 с, по III категории - в течение 30 с.

Новая система "Джейпалс" должна удовлетворять требованиям ИКАО III категории и разрабатывается с использованием технологических наработок, полученных при создании гражданской системы LAAS (Local Area Augmentation System). Она, по замыслу разработчиков, обеспечит более высокие точность определения координат и скорости ЛА, помехоустойчивость и ремонтопригодность. Ее основным отличием от системы LAAS, отвечающей требованиям I категории ИКАО к точности и надежности навигационно-временного обеспечения (НВО) воздушных средств, является возможность обеспечения посадки самолета на авианосец по приборам.

Вариант размещения аппаратуры системы "Джейпалс" на аэродроме: 1 - ИСЗ КРНС "Навстар"; 2- наземные приемные устройства КРНС "Навстар"; 3 - базовые станции; 4 - ЛА; 5 - взлетно-посадочные полосы

В комплект системы "Джейпалс" войдут: аппаратура потребителей (АП) космической радионавигационной системы (КРНС) "Навстар" (радиоприемное устройство, адаптивная антенная решетка, антенный блок), инерциальная навигационная система, подсистема управления и отображения, радиоаппаратура закрытой помехозащищенной передачи данных, источник бесперебойного электропитания, соединительные кабели и упаковки для переноски.

Определение координат ЛА в системе "Джейпалс" будет осуществляться по данным от АП системы "Навстар", работающей в дифференциальном режиме и принимающей открытый (С/А - Clear Acquisition) и защищенный (P(Y) - Protected) сигналы с борта спутника на частотах 1575,42 (L1) и 1227,6 МГц (L2).

Для обеспечения дифференциального режима работы по периметру аэродрома размещается сеть топопривязанной АП системы "Навстар", измеряющей псевдодальность до ИСЗ и фазу получаемого сигнала. Информация от приемников по УКВ-радиоканалам передается на базовую станцию системы, на которой вычисляются поправки, и данные о них передаются потребителям в ОВЧ-диапазоне. Применение такого принципа работы позволяет достигать точности определения координат положения ЛА по высоте 2-20 см, а скорости его движения до 0,01 м/с.

Применение дифференциального режима в точном режиме НВО способствует повышению устойчивости бортовой военной АП, так как позволяет эффективно подавлять погрешности, возникающие при нештатной работе системы (например, при уходе бортовых шкал времени отдельных ИСЗ, отказе бортового стандарта частоты с переходом на кварцевый генератор или нарушении работы наземного комплекса системы).

При установке системы на борту авианесущего корабля обмен данными между приемными устройствами КРНС "Навстар", базовой станцией и заходящим на посадку ЛА осуществляется с помощью сигналов, зашифрованных Р(У)-кодом. Для применения системы в интересах гражданской авиации предусмотрена передача информации по открытым каналам в стандарте ИКАО.

Наивысшие требования к точности вывода ЛА в заданную точку (оптимально - не хуже 15 см; нормально - 30 см) предъявляются для обеспечения посадки палубного самолета с использованием тормозного гака и аэрофиксатора. Согласно тактико-техническим требованиям вероятность отклонения этого параметра на величину более 1 м не должна превышать 10^-7.

Концепция работы перспективной инструментальной системы "Джейпалс"

Решение этой задачи затруднено из-за перемещения полетной палубы, обусловленного бортовой и килевой качкой корабля, его рысканьем и изменением высоты палубы на волнении. Для учета и коррекции параметров движения корабля в системе будут рассчитываться и передаваться на борт самолета относительный вектор его положения и точки посадки. При этом учитываются данные от инерциальных навигационных систем корабля, самолета, а также их бортовых приемников КРНС "Навстар". Аналогично будет выполняться посадка ЛА с вертикальным взлетом и посадкой. Обновление информации об относительных координатах и скорости сближения ЛА и корабля должно осуществляться с периодичностью 50 мс.

Достичь определения относительных координат между ЛА и кораблем с точностью в несколько десятков сантиметров с помощью обычного дифференциального режима сложно. Поэтому для варианта системы, устанавливаемого на авианосцах, предполагается использовать метод измерения относительного изменения фазы несущей частоты сигнала RKCPT (Relative Kinematic Carrier Phase Tracking), которое возникает из-за движения носителя.

Основными достоинствами новой системы являются ее высокая мобильность, возможности быстрого развертывания аппаратуры на любой взлетно-посадочной полосе, анализа и учета аэродинамических и технических характеристик самолета, одновременного обслуживания нескольких заходящих на посадку ЛА и контроля поступающей от них информации.

Высокая помехоустойчивость системы будет достигаться использованием в АП системы "Навстар" антенных блоков с управляемой диаграммой направленности, в частности адаптивной антенной решеткой, формирующей глубокие провалы (нули) диаграммы направленности в направлении источников помех, что улучшает соотношение сигнал/шум на входе приемника. При этом коэффициент усиления антенны в направлении принимаемых сигналов будет оставаться на уровне не менее 20-30 дБ.

Для работы в системе "Джейпалс" на ЛА планируется устанавливать 24-канальный двухпроцессорный приемник системы "Навстар". Один процессор будет управлять работой всей системы "Джейпалс", в том числе осуществлять раздельную обработку сигналов, передаваемых на частотах L1 и L2, и расчет вектора движения ЛА. Он будет монтироваться в свободный слот блока инерциальной навигационной системы (например, Н-764 фирмы "Хани-уэлл"). Второй процессор, размещенный в отдельном блоке, отвечает за совместную обработку информации, поступающей от пилотажно-навигационных приборов ЛА и системы "Джейпалс", и за формирование на ее основе сигнала управления ЛА в автоматическом режиме или выдачу команды экипажу во время ручного управления. Они объединены синхронизирующей шиной передачи данных со скоростью 1 Мбит/с.

В 2005 году фирма "Ханиу-элл" разработала новый процессор, способный выполнять одновременно функции двух процессоров и обмениваться данными в локальной сети Ethernet. Он подключается к свободному слоту инерциальной навигационной системы и имеет возможность дальнейшей модернизации. Программное обеспечение процессоров написано на языке "Ада".

Разработка технологии системы "Джейпалс" была начата в 1996 году. В 2005 году успешно завершились летные-демонстрационные испытания экспериментальных образцов аппаратуры при посадке самолетов на аэродром и авианосец. По их результатам планировалось до 2013 года провести полномасштабную разработку системы, а в период с 2009 по 2012 год поставить девять опытных образцов системы: два для стендовых испытаний; три на авиабазу Патаксент-Ривер (стационарный, мобильный и резервный); четыре для проведения флотских испытаний (по одному комплекту будет установлено на атомные авианосцы "Карл Винсон" и "Рональд Рейган" типа "Нимитц", универсальные десантные корабли "Нассау" и "Пелелыо" типа "Тарава").

Оборудование для развертывания тактической версии системы "Джейпалс" размещается в двух специальных рюкзаках

Выполнение захода на посадку с использованием стационарной (слева) и тактической (справа) инфраструктуры системы "Джейпалс" (концепция)

Достоинством системы, ретранслирующей сигналы КРНС "Навстар" станцией SRGPS, установленной на корабле, является возможность ее использования при любых погодных условиях

1 - антенная система УКВ-диапазона; 2 - антенная система КРНС "Навстар"; 3 - встроенные модули, включающие приемники УКВ-диапазона, КРНС "Навстар", а также аппаратуру инерциальной навигационной системы и вычислительное устройство

 Серийное производство и поставку в войска систем "Джейпалс" предполагается начать в 2014 году. Всего планами министерства обороны США предусматривается оборудовать новой аппаратурой 157 аэродромов, 288 кораблей и более 13 000 Л А. По предварительной оценке, общие затраты на разработку и закупку аппаратуры составят более 2,3 млрд долларов.

Установка системы "Джейпалс" на аэродромах и авианесущих кораблях позволит применять авиацию в сложных погодных условиях, снизить потери личного состава и боевой техники, а также оперативно развертывать системы инструментальной посадки на новых аэродромах.

Зарубежное военное обозрение. ~ 2012. № 5. - С. 59-63

• Ародромная система аварийной остановки