Авиационная навигация и связь

Навигация — это наука об определении текущего местоположения, желаемого местоположения, препятствий между этими местами и наилучших курсов, по которым можно добраться до этих мест. Интересным пионером авиационной навигации был Джеймс Гарольд Дулиттл (1886–1993).

Генерал Дулиттл, наиболее известный своим налетом бомбардировщиков с авианосцев на Токио во время Второй мировой войны, получил степени магистра и доктора наук в области аэронавтики в Массачусетском технологическом институте, где в 1929 году разработал инструментальные слепые полеты. Он вошел в историю навигации, взлет, полет по заданному курсу и приземление, не видя земли.

Для современного самолета с постоянным изменением высоты, скорости и курса навигация является сложной задачей. Авиационные компьютеры помогают решить эту задачу, обрабатывая многочисленные входные данные и предлагая экипажу действия по поддержанию курса, предотвращению столкновений и непогоды, экономии топлива и предложению альтернативных решений полета.

Важным достижением в области авиационной навигации является фильтр Калмана. Уэлч и Бишоп утверждают, что в 1960 году Р.Э. Калман опубликовал свою знаменитую статью, описывающую рекурсивное решение задачи линейной фильтрации дискретных данных. С тех пор, во многом благодаря достижениям в области цифровых вычислений, фильтр Калмана стал предметом обширных исследований и применений, особенно в области автономной или вспомогательной навигации.

Фильтр Калмана представляет собой набор математических уравнений, обеспечивающий эффективную вычислительную (рекурсивную) реализацию метода наименьших квадратов. Фильтр очень мощный в нескольких аспектах: он поддерживает оценку прошлого, настоящего и даже будущего состояний, и он может делать это, даже если точная природа моделируемой системы неизвестна.

Глобальная система позиционирования (GPS) — это спутниковая система координат, которая использует данные нескольких спутников для определения местоположения. Многие современные системы, в том числе самолеты, оснащены GPS-приемниками, которые обеспечивают доступ системы к сети спутников GPS и службам GPS.

В зависимости от качества и привилегий GPS-приемника система может мгновенно вводить данные о текущем местоположении, курсе и скорости с точностью до нескольких сантиметров. Приемники GPS, еще один тип авиационного компьютера, также могут быть запрограммированы для информирования экипажей об услугах, связанных с их планом полета.

До GPS-приемника инерциальные навигационные системы (ИНС) были основной навигационной системой на самолетах. Финк и Кристиансен описывают инерциальную навигацию как наиболее широко используемую «автономную» технологию. В случае воздушного судна ИНС находится внутри воздушного судна и не зависит от внешних входных данных.

Акселерометры постоянно отслеживают движения автомобиля и преобразуют их путем двойной интеграции в пройденное расстояние. Чтобы уменьшить ошибки, вызванные ориентацией автомобиля, акселерометры установлены на устойчивой платформе с гироскопическим управлением.

Авиационная связь. Технологии связи на самолетах представляют собой преимущественно радиосвязь. Эта технология позволяет экипажам общаться с наземными диспетчерами и другими воздушными судами. Авиационные компьютеры помогают установить, защитить и расширить эти важные каналы связи.

Эти коммуникационные технологии становятся все более важными по мере того, как самолеты становятся совместимыми. По мере того, как зависимость самолетов от совместимости возрастает, требования к обеспечению более качественной, надежной и безопасной связи между самолетами также возрастают. Авиационный компьютер играет важную роль в решении этой проблемы, форматируя и регулируя этот возросший поток информации.

Дисплеи самолетов. Дисплеи — это визуальные мониторы в самолетах, которые предоставляют экипажам и пассажирам необходимые данные. Адам и Гибсон иллюстрируют дисплеи F-15E, использовавшиеся во время войны в Персидском заливе.

На этих иллюстрациях показаны проекционные дисплеи (HUD), индикаторы вертикальной ситуации, приемники радиолокационных предупреждений и дисплеи маловысотной системы навигации и прицеливания (Lantirn), типичные для современных истребителей.

Sweet иллюстрирует дисплеи Boeing 777, демонстрируя интерфейс цифровой шины с панелями кабины экипажа и интерфейс распределения данных по оптоволоконному кабелю, соответствующий отраслевым стандартам.