Особенности использования принципа репродукции измерений в пилотажно-навигационных комплексах

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-методологические основы принципа репродукции измерений в пилотажно-навигационных комплексах

1.1. Генезис концепции избыточности и репродукции в отечественной школе авиастроени

1.2. Принцип репродукции измерений как базис современной авионики: сущность, эволюция, классификация

1.3. Классификация методов дублирования и мажоритирования (полное/частичное резервирование, «голосование», временная и пространственная репродукция, гибридные схемы)

1.4. Роль научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана и ИТМО в развитии высокоточных лазерных и гироскопических систем

1.5. Нормативно-правовое регулирование точностных характеристик авиационных приборов (АП-25, ГОСТ Р, требования Росавиации)

1.6. Сравнительный анализ отечественных и международных стандартов (DO-178C, DO-254, ARINC 705A)

1.7. Зарубежный опыт реализации репродукции измерений в гражданской авиации (системы ADIRU, вертолётные комплексы, уроки авиационных происшествий)

1.8. Выводы по главе 1

Глава 2. Метрологический анализ и оценка точности репродукции навигационных параметров

2.1. Исследование механизмов формирования погрешностей в репродуктивных измерительных каналах (инструментальные, методические, внешние факторы)

2.2. Физическое и имитационное моделирование распространения погрешностей в многоканальной системе

2.3. Алгоритмическое обоснование достоверности навигационных данных при многократном воспроизведении (мажоритарная обработка и голосование с коррекцией, идентификация отказавшего канала в реальном времени, фильтр Калмана, взвешенное голосование, скользящее окно)

2.4. Сравнительный анализ технических решений российских производителей (БИНС на лазерных гироскопах, микромеханические системы, комплексирование с ГЛОНАСС)

2.5. Цифровые интерфейсы и протоколы передачи репродуцированных данных (ARINC 429, MIL-STD-1553B, Ethernet Aviation)

2.6. Оценка наработки на отказ и показателей надежности ПНК в условиях репродукции сигналов (математические модели резервированных систем, расчёт вероятности безотказной работы, моделирование общих отказов (common cause failure))

2.7. Экспериментальные данные по отказам каналов в эксплуатации и стендовые испытания

2.8. Выводы по главе 2

Глава 3. Практические аспекты эксплуатации и обеспечения метрологической стабильности авиаприборов

3.1. Методика технического обслуживания и контроля качества измерений ПНК

3.2. Экспериментальная отработка (стенд + лётные испытания)

3.3. Эргономика и подготовка экипажа к действиям при рассогласовании каналов

3.4. Оценка экономической эффективности решений по репродукции измерений

3.5. Рекомендации по совершенствованию нормативной базы

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Особенности использования принципа репродукции измерений в пилотажно-навигационных комплексах

Направление: Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии
Специальность: 12.02.01 Авиационные приборы и комплексы

ВВЕДЕНИЕ

Современная авиация предъявляет беспрецедентно высокие требования к надежности и точности измерительных систем, используемых в пилотажно-навигационных комплексах (ПНК). Принцип репродукции измерений, представляющий собой многократное воспроизведение результатов измерения одного и того же навигационного параметра независимыми измерительными каналами с последующей обработкой полученных данных алгоритмами мажоритирования, является ключевым методом обеспечения отказоустойчивости и информационной достоверности в современных авиационных системах. Актуальность данной темы обусловлена необходимостью повышения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации Российской Федерации в условиях ужесточения требований к сертификации авиационного оборудования, расширения эксплуатационной области применения ПНК и развития отечественной элементной базы авиационного приборостроения.

В последние годы произошел качественный переход от простого дублирования отдельных приборов к созданию интегрированных бортовых измерительно-вычислительных комплексов, реализующих многоуровневую репродукцию навигационной информации с использованием разнородных физических принципов измерения. Научные школы МГТУ им. Н.Э. Баумана и Университета ИТМО разработали фундаментальные основы построения высокоточных лазерных гироскопических систем и микромеханических датчиков, что позволило создать отечественные образцы бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) с характеристиками, соответствующими современным международным стандартам. Вместе с тем практика эксплуатации авиационных приборов выявляет ряд нерешенных проблем, связанных с особенностями формирования и распространения погрешностей в многоканальных репродуктивных системах, а также с алгоритмической обработкой рассогласований измерительных каналов в реальном времени полета.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе характеризуется наличием фундаментальных работ по теории избыточности измерительных систем, методам резервирования и анализу надежности авиационного оборудования. ФГУП «ГосНИИАС», АО «Концерн «Авиационное оборудование» и АО «УКБП» ведут активные разработки в области создания перспективных ПНК, однако комплексного исследования метрологических и алгоритмических аспектов репродукции измерений применительно к специфике российских стандартов сертификации и условий эксплуатации до настоящего времени не проводилось. Особую значимость приобретает задача адаптации международного опыта реализации систем типа ADIRU к требованиям Авиационных правил АП-25 и ГОСТ Р 55176-2012 с учетом специфики отечественной элементной базы и протоколов обмена данными.

Цель выпускной квалификационной работы – комплексное исследование особенностей использования принципа репродукции измерений в пилотажно-навигационных комплексах и разработка методических рекомендаций по обеспечению метрологической стабильности и надежности многоканальных измерительных систем авиационного назначения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ генезиса концепции избыточности и репродукции в отечественной школе авиастроения и систематизировать эволюцию методов дублирования в ПНК;
• исследовать сущность принципа репродукции измерений и выполнить классификацию методов мажоритирования применительно к авиационным приборам и комплексам;
• проанализировать нормативно-правовое регулирование точностных характеристик авиационных приборов в соответствии с требованиями АП-25, ГОСТ Р и международных стандартов;
• выполнить метрологический анализ механизмов формирования погрешностей в репродуктивных измерительных каналах и разработать модель распространения погрешностей;
• провести алгоритмическое обоснование достоверности навигационных данных при многократном воспроизведении с оценкой эффективности методов мажоритарной обработки;
• разработать практические рекомендации по технической эксплуатации и обеспечению метрологической стабильности ПНК с репродукцией измерений.

Объектом исследования являются пилотажно-навигационные комплексы воздушных судов транспортной категории, использующие принцип репродукции измерений навигационных параметров.

Предметом исследования выступают метрологические характеристики, алгоритмы обработки данных и методы обеспечения надежности многоканальных репродуктивных измерительных систем в составе ПНК.

Методологическую базу исследования составляют теоретические положения метрологии и теории надежности, методы статистической обработки результатов измерений, математический аппарат теории вероятностей и марковских процессов для расчета показателей безотказности резервированных систем. В качестве инструментальной основы использованы методики поверки авиационных приборов в соответствии с ГОСТ 8.009-84 и ГОСТ Р 8.736-2011, а также расчетные методы анализа погрешностей измерительных трактов. Нормативно-техническая база включает Авиационные правила АП-25, АП-23, ГОСТ Р 55176-2012, международные стандарты DO-178C, DO-254, ARINC 429 и ARINC 705A, руководства по технической эксплуатации авиационного оборудования и документацию разработчиков ПНК.

Научная новизна работы заключается в систематизации метрологических особенностей формирования и распространения погрешностей в многоканальных репродуктивных системах измерения навигационных параметров, разработке классификации алгоритмов мажоритарной обработки данных применительно к специфике отечественных ПНК и обосновании критериев выбора структуры резервирования с учетом эксплуатационных характеристик элементной базы российского производства.

Теоретическая значимость исследования состоит в развитии методологии оценки достоверности навиг

…