March 26th, 2014

la

Тонкие эффекты

Загадочная история с пропавшим самолётом MH370, помимо полной неадекватности властей Малайзии, ещё раз выявила проблему передачи основной телеметрической информации от самолёта в реальном времени, а не записи её на "чёрный ящик", пропавший вместе с самим самолётом - проблему которую мы уже обсуждали по следам катастрофы самолёта AirFrance в Атлантике.

Вместо адекватной информации о положении и состоянии самолёта, всё что мы имеем - несколько скудных "пингов" через старый спутник Инмарсат, с электронной начинкой из ранних 1990-х.


http://www.extremetech.com/extreme/179112-how-satellites-tracked-down-flight-mh370-and-why-we-still-cant-find-the-plane

Система Инмарсат, отличии от GPS, не предназначена для автоматической геолокации, если в самом цифровом сигнале, принимаемом спутником, не содержится независимая от Инмарсат информация о положении корабля или самолёта, то определить это положение чрезвычайно трудно. Насколько я знаю, до MH3790 простой "пинг" получаемый спутником Инмарсат никогда не использовался для геолокации обьекта.

Но обстоятельства исчезновения MH370 - полная неопределённость того где он в конце концов оказался - заставили искать пути извлечения всей возможной информации из простого "пинга". И Инмарсатом, совместно с британским оффисом расследования воздушных происшествий, проделана очень нетривиальная работа по локализации сигнала пришедшего от пропавшего самолёта.

Первичная локализация - просто оценка расстояния от самолёта до спутника по времени задержки сигнала. Это даёт местоположение самолёта по примерной окружности - пересечению сферы радиуса R вокруг спутника с земным геоидом. Это расстояние, судя по всему, определено с точностью около 100 километров, что требует точности по времени сигнала в несколько сотен наносекунд - в общем, достижимо даже в условиях устаревшей электроники на спутике Инмарсат. С учётом запаса топлива самолёта и его отсуствия на радарах в районе Молуккского пролива эта окружность разбивается на две дуги - северную и южную (красные линии на картинке). Это всё равно слишком большая неопределённость.

Далее анализ становится намного более сложным - попытка извлечь направление скорости самолёта по допплеровскому эффекту, т.е. крошечному сдвигу несущей частоты сигнала из-за разности скоростей излучателя и приёмника. Допплеровский эффект проявляется наиболее эффективно когда относительные скорости направлены вдоль линии соединяющей приемник и излучатель - т.е. когда они сближаются или удаляются. И наименее эффективно - когда скорости перпендикулярны этой линии. В этом случае сдвиг частоты - это квадратичный эффект, пропорционален sqrt( 1 + v^2/c^2 ), где v - скорость обьекта и c - скорость света. В нашем случае ситуация близка как раз к этому, неблагоприятному варианту перпендикулярных скоростей. Спутник Инмарсат висит очень высоко, на геостационарной орбите, и в районе дуги на которой зафиксирован самолёт, поверхность Земли довольно близка к перпендикулярной к направлению на спутник. Т.е. эффект почти квадратичный, и сдвиг частоты очень мал, потому что скорости как спутника так и самолёта ничтожно малы по сравнению со скоростью света. Но и это ещё не всё. Большую часть относительной скорости двух обьектов составляет скорость самого спутника, самолёт по сравнению с ним - как черепаха по сравнению с автомобилем. Т.е. движение самолёта - это даже не вторичный, а третичный эффект в допплеровском сдвиге.

К тому же, даже если знать сдвиг частоты с абсолютной точностью, это не даёт однозначного определения вектора скорости самолёта, а только набор связанных друг с другом положений самолёта и его скоростей и направлений. В самом лучшем случае можно только отсеять менее вероятные точки этого множества, и приблизительно определить летел ли самолёт по северной или южной дуге. И эту очень сложную задачу специалисты, судя по всему, выполнили - и определили что самолёт летел на юг, а вероятность северной дуги исчезающе мала. Это уже очень большое достижение, но вероятное место падения самолёта всё равно ещё очень не точно - много сотен километров. Надеюсь, что-то всё-таки найдут.