2.3. Полёты при отказе систем позиционирования: потеря, скачок, деградация, помехи #

• Подготовить тренажёр по статье 2.0: записать в карточку сценария параметры отказной логики (FS_EKF_ACTION), число спутников до ввода, точность определения положения.
• Полный отказ: SIM_GPS1_ENABLE = 0 (в прошивках до 4.7 — SIM_GPS_DISABLE = 1); восстановление — SIM_GPS1_ENABLE = 1.
• Скачок координат: SIM_GPS1_GLTCH (величина смещения); отмена — 0.
• Деградация: SIM_GPS1_NUMSATS (уменьшить с 10 до 5), SIM_GPS1_VERR (ошибка определения скорости), SIM_GPS1_FIXTYPE (снижение типа фиксации).
• Помехи: SIM_GPS1_JAM (постановка помех); отмена — 0.
• Оптический поток: SIM_FLOW_RATE = 0 (отказ потока); сценарий выполняется на малой высоте.

• Вывести на индикатор: число спутников, точность определения положения, тип фиксации, источник оценки положения.
• Включить речевые сообщения на события потери фиксации и предупреждения фильтра оценки состояния.
• Для элемента 4 включить имитацию малой высоты и проверить, что поток присутствует до ввода отказа (значение SIM_FLOW_RATE в журнале).
• После каждого сценария выгружать журнал и смотреть сообщения событий и ошибок, кривые числа спутников и точности.
• Результаты заносить в протокол занятия (статья 0.6).

• До ввода назвать вслух: ожидаемое поведение (переход в удержание высоты без позиции, начало сноса), ожидаемый снос за время реакции (задача 1), запрет возврата в точку взлёта.
• Выполнить висение на 30 м при ветре 5 м/с (SIM_WIND_SPD = 5); инструктор вводит SIM_GPS1_ENABLE = 0.
• Пилот распознаёт отказ (сообщение, исчезновение координат, начало сноса), объявляет вслух, переходит в режим удержания высоты, парирует снос по наземным ориентирам.
• Удержать позицию в пределах ±5 м в течение 60 с, затем выполнить посадку с учётом сноса (статья 1.1.05).
• Повторить три раза подряд; один раз — с вводом без предупреждения о моменте.

Критерий: переход к ручному удержанию не более 3 с; удержание ±5 м в течение 60 с; посадка в выбранном месте в пределах допусков статьи 1.1.04; возврат в точку взлёта не применялся.

• До ввода назвать вслух: признак (резкое энергичное движение аппарата к ложной точке при отсутствии команд пилота), ожидаемое удаление до остановки (задача 2), решение — немедленный выход из режима удержания позиции.
• Выполнить висение на 30 м; инструктор вводит SIM_GPS1_GLTCH = 30.
• Пилот распознаёт скачок, выходит из режима удержания позиции (удержание высоты или стабилизация), гасит движение аппарата, оценивает фактическое положение по ориентирам.
• Выполнить посадку в режиме без позиции.
• Повторить три раза подряд; один раз — во время перемещения по маршруту со скоростью 5 м/с.

Критерий: выход из режима удержания позиции не более 3 с от начала ложного движения; удаление аппарата от точки ввода не более расчётного (задача 2); посадка в пределах допусков.

• До ввода назвать вслух: пороги (8 спутников, точность 2 м), правило прекращения точных задач при деградации (задача 3).
• Выполнять учебную точную задачу (удержание над точкой осмотра на 20 м); инструктор ступенчато ухудшает условия: SIM_GPS1_NUMSATS с 10 до 7, затем до 5; при втором шаге добавить SIM_GPS1_JAM.
• Пилот ведёт наблюдение за числом спутников и точностью, объявляет порог деградации вслух, прекращает точную задачу и принимает решение о посадке до полного отказа.
• Разобрать по журналу: момент перехода порогов, время решения, фактическую точность удержания на каждом шаге.
• Повторить три раза подряд.

Критерий: деградация распознана по приборам до появления видимых отклонений; точная задача прекращена при переходе порога; решение о посадке принято при потере половины запаса точности, а не при полном отказе.

• Сценарий моделирует полёт в помещении или над поверхностью без спутникового сигнала: высота 3 м, источник позиции — оптический поток.
• Инструктор вводит SIM_FLOW_RATE = 0: аппарат теряет позицию и начинает смещаться.
• Пилот распознаёт отказ (сообщение, снос на малой высоте), переходит в режим стабилизации, удерживает положение по изображению и выполняет посадку.
• Обсудить: почему на малой высоте снос развивается быстрее, чем на 30 м (близость ориентиров, эффект земли, меньше времени на реакцию).
• Повторить три раза подряд.

Критерий: распознавание не более 3 с; удержание положения в пределах ±1 м на высоте 3 м; посадка без касаний препятствий.

Задача. Аппарат выполняет висение на 30 м при ветре 5 м/с. Происходит полная потеря позиционирования; аппарат переходит в удержание высоты без позиции и начинает снос по ветру. Время перехода пилота к ручному удержанию — 3 с; граница зоны находится в 60 м по ветру от точки висения. Требуется определить снос за время реакции, время до выхода за границу зоны при бездействии и запас времени на принятие решения.

Заданные параметры:

Искомые параметры: снос за время реакции (м); время до границы при бездействии (с); запас времени после перехода к удержанию (с).

Решение.

1. Снос за время реакции: \( 5 \cdot 3 = 15\ \text{м} \).
2. Время до границы при бездействии: \( 60 / 5 = 12\ \text{с} \).
3. После перехода к ручному удержанию (3 с) остаётся \( 60 - 15 = 45\ \text{м} \), то есть 9 с на выбор места посадки и начало снижения.
4. С учётом времени снижения с 30 м (около 15 с при 2 м/с) решение о посадке должно быть принято немедленно: за время снижения снос продолжится, если позиция не удерживается.

Ответ: снос за время реакции 15 м; при бездействии аппарат выходит за границу зоны через 12 с; после перехода к удержанию запас — 45 м и около 9 с на решение.

Вывод. При отказе позиционирования в ветреную погоду счёт идёт на секунды: три секунды реакции отнимают четверть расстояния до границы зоны. Навык перехода к ручному удержанию должен быть доведён до автоматизма, а место посадки — выбираться одновременно с началом парирования сноса, а не после стабилизации положения.

Задача. Происходит скачок определённых координат на 30 м в сторону. Автоматика удержания позиции разгоняет аппарат к ложной точке со скоростью до 5 м/с; пилот выходит из режима через 3 с и тормозит аппарат с замедлением 2 м/с². Требуется определить путь, пройденный аппаратом к ложной точке за время реакции, тормозной путь и полное удаление от фактической точки висения.

Заданные параметры:

Искомые параметры: путь за время реакции (м); тормозной путь (м); полное удаление (м).

Решение.

1. Путь за время реакции: \( 5 \cdot 3 = 15\ \text{м} \) (часть разгона примем завершённой к началу движения — оценка сверху по крейсерской скорости).
2. Тормозной путь: \( v^{2} / (2a) = 25 / 4 = 6{,}25\ \text{м} \).
3. Полное удаление: \( 15 + 6{,}25 = 21{,}25\ \text{м} \) — аппарат останавливается, не дойдя до ложной точки, но в 21 м от фактического места висения.
4. Сравнение: если пилот не выходит из режима, аппарат проходит все 30 м к ложной точке, а при отмене скачка — ещё 30 м обратно: полное перемещение 60 м за несколько секунд.

Ответ: удаление при выходе из режима через 3 с — около 21 м; при бездействии — до 60 м суммарного перемещения.

Вывод. Скачок координат — единственный вид нарушения позиционирования, при котором автоматика не пассивна, а активно уводит аппарат к несуществующей точке. Выход из режима удержания позиции должен быть немедленным и безусловным: оценка «что случилось» выполняется после остановки аппарата.

Задача. Выполняется точная задача: осмотр объекта с удержанием на расстоянии 10 м. Нормальная точность определения положения — 1 м. При деградации число спутников снижается с 10 до 6, точность ухудшается до 4 м. Требуется определить относительную ошибку удержания дистанции, сравнить с порогом прекращения точных задач и сформулировать решение.

Заданные параметры:

Искомые параметры: относительная ошибка удержания дистанции; фактический диапазон дистанций; решение.

Решение.

1. Относительная ошибка: \( 4 / 10 = 40\ \% \) — удержание дистанции теряет смысл.
2. Фактический диапазон: при трёх сигма — от \( 10 - 12 \) до \( 10 + 12 \) м, то есть аппарат может сблизиться с объектом вплоть до столкновения.
3. Порог спутников: 6 меньше 8 — точная задача прекращается немедленно, независимо от субъективной оценки «ещё держит».
4. Решение: отойти от объекта на безопасное расстояние, выполнить посадку либо покинуть зону деградации, если причина (помехи) установлена и направление выхода известно.

Ответ: относительная ошибка удержания 40 %, диапазон дистанций до 12 м в обе стороны; точная задача прекращается при переходе порога 8 спутников; решение — отход и посадка.

Вывод. Точные задачи (осмотр, съёмка с малых дистанций, работа у конструкций) имеют жёсткий запас по точности навигации: при ухудшении точности вчетверо ошибка удержания составляет десятки процентов дистанции. Порог прекращения задается до полёта и не пересматривается в полёте по обстановке — именно в этом состоит смысл порогов.