СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ ПОСАДКЕ НА ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНУЮ ПОЛОСУ ПЛАВСРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК G01S5/00 

Изобретение относится к воздушной навигации и может быть использовано в системах обеспечения посадки летательных аппаратов на взлетно-посадочную полосу морского судна, плавучей буровой установки и т.п.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 приведена схема устройства, поясняющая предложенный способ; на фиг.2 - геометрические соотношения при реализации способа.

Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг.1), содержит запросчик 1, ответчики 2, первый и второй ретрансляторы 3 и 4, вычислитель 5, радиовысотомер 6, пульт управления 7 и матричный индикатор 8, бортовой комплекс 9, первый ретранслятор 10, второй ретранслятор 11, базовый ответчик 12, выносной ответчик 13, базовый ответчик 15.

Предлагаемый способ формирования траектории летательного аппарата при посадке на взлетно-посадочную полосу плавсредства работает следующим образом.

В штатном режиме запросчик 1 и ретрансляторы 4 устанавливаются в наземных пунктах с известными координатами, а ответчики 2 устанавливаются на ЛА, координаты которых определяются. Число ответчиков и ретрансляторов может быть произвольным и определяется потребностями решаемой задачи.

В приведенном на фиг.1 случае использования одного ответчика и двух ретрансляторов в каждом измерительном цикле формируется дальность "1-2" и две суммарные дальности "1-2-3-1" и "1-2-4-1". Имея в качестве известных в каждой суммарной дальности кроме дальности "1-2" еще по одной известной базе (например, базы "2-3" или "2-4"), реализуется возможность определения неизвестных расстояний суммарной дальности.

Запросчик 1 запускается по импульсам, формируемым вычислителем 5, и передает в ответ на нее коды вышеуказанных дальностей. Помимо этого с радиовысотомера 6 применительно к предложенному способу поступает текущая высота ЛА. В качестве вычислителя для данного способа используется серийно выпускаемая бортовая ЦВМ.

Ввод исходных данных и управление работой дальномерной системы осуществляется с пульта управления 7. Отображение информации осуществляется на матричном индикаторе 8.

Блоки 1, 5, 6, 7, 8 образуют отдельный бортовой комплекс 9 дальномерной системы, устанавливаемый на наземном пульте. Применительно к данному способу модуль устанавливается на борту ЛА.

Дальность действия системы до 400 км. Длительность измерительного цикла применительно к предложенной схеме 200 мс. Точность измерения дальностей 10^-5.

Способ осуществляется следующим образом.

На палубе плавсредства устанавливаются (см. фиг.2) с максимально возможным разнесением в плане два ретранслятора РТ1 10 и РТ2 11 так, чтобы обеспечивалась прямая видимость с них на взлетно-посадочную полосу (ВПП).

С максимальным разнесением от отвора РТ1 и РТ2 в плане и по высоте на технических надстройках плавсредства устанавливается базовый ответчик БО 12, с которого также обеспечивается прямая видимость зоны ВПП. Инструментальными средствами измеряются базы S₁ и S₂ (расстояния "10-12" и "11-12"). Измеряется расстояние от базового ответчика (БО) до наиболее удаленной оконечности плавсредства и в горизонтальной плоскости. Рассчитываются координаты ретрансляторов РТ1, РТ2, точки посадки ЛА на ВПП и ответчика Б0 в системе координат плавсредства X, Y, Z, плоскость XZ которой совпадает с плоскостью ВПП, а ось проходит через базовый ответчик. Полученные данные вводятся в (память) вычислителя 5 с пульта 7, установленного в кабине ЛА.

При выполнении полетов выводят вспомогательное плавсредство (например, лодку, заякоренный или незаякоренный буй и т.д.) с выносным ответчиком ВО 13. Поскольку наиболее вероятен случай того, что максимальное разнесение применительно к судну возможно для РТ1 и РТ2, то наиболее выгодно, но необязательно, размещать ВО в районе траверса плавсредства (т.е. направления, перпендикулярного диаметральной плоскости судна).

Если плавсредство движется, то желательно (но необязательно) перемещение вспомогательного плавсредства на параллельном курсе.

ЛА 14 с бортовым комплексом и входящим в него бортовым запросчиком БЗ 15 производит взлет и выполняет полет по требуемому маршруту с использованием штатных навигационных средств.

При выполнении подлета к плавсредству при входе в районе расположения плавсредства, определяемый рабочей зоной системы, которая, в свою очередь, определяется расстояниями между ответчиками и ретрансляторами, летчик осуществляет с пульта 7 запуск системы, в результате чего непрерывно и циклически начинают измеряться и передаваться в вычислитель коды следующих дальностей "БЗ-БО" 15-12, "БЗ-БО-РТ1-БЗ" 15-12-10-15, "БЗ-БО-РТ2-БЗ" 15-12-11-15 и "БЗ-ВО" 15-13, БЗ-ВО-РТ1-БЗ 15-13-10-15, БЗ-ВО-РТ2-БЗ 15-13-11-15.

Обработка информации производится в начальном масштабе времени в БЦВМ 5.

После ввода постоянных поправок и метеопоправок производится расчет недостающих дальностей:
БЗ-РТ1 = БЗ-БО-РТ1-БЗ-S₁-БЗ-БО
БЗ-РТ2 = БЗ-БО-РТ2-БЗ-S₂-БЗ-БО,
ВО-РТ1 = БЗ-ВО-РТ1-БЗ-БЗ-РТ1-БЗ-ВО,
ВО-РТ2 = БЗ-ВО-РТ2-БЗ-БЗ-РТ2-БЗ-ВО.

Сформированные дальности фильтруются с помощью параболического выравнивания и приводятся на единый момент времени.

На участках подлета и большей части захода на посадку координаты РТ1, РТ2 и БО из системы координат XY переводятся путем параллельного переноса в систему X', Y', Z', плоскость X'-Z', которой совпадает с ватерлинией плавсредства, а ось Y', проходит через БО.

Погрешности переноса за счет текущих крена и дифферента плавсредства при наличии измерения высоты ЛА не влияют на точность определения местоположения ЛА на этих участках.

Координата Z' ВО считается равной отстоянию ВО от ватерлинии вспомогательного плавсредства. С учетом этого и показаний высотомера ЛА формируется система из шести уравнений (по числу сформированных дальностей)
A₁ Δ X_BO' + B₁ Δ Z_BO' + C₁ Δ X_БЗ' + D₁ Δ Z_БЗ' + K₁ Δ Y_БЗ' + D₁ = 0
A₂ Δ X_BO' + B₂ Δ Z_BO' + + L₂ = 0
A₃ Δ X_BO' + B₃ Δ Z_BO' + + L₃ = 0 (1)
C₄ Δ X_БЗ' + D₄ Δ Z_БЗ' + K₄ Δ Y_БЗ' + L₄ = 0
C₅ Δ X_БЗ' + D₅ Δ Z_БЗ' + K₅ Δ Y_БЗ' + L₅ = 0
C₆ Δ X_БЗ' + D₆ Δ Z_БЗ' + K₆ Δ Y_БЗ' + L₆ = 0
где X Y₁ - поправки к определяемым координатам.

В результате решения данной системы методом наименьших квадратов с использованием итераций определяются текущие координаты ЛА Х_БЗ' Y_БЗ' Z_БЗ'. При этом координаты ВО не определяются (как ненужные).

Вычислитель формирует оптимальную траекторию подлета и захода на посадку в заданную точку ВПП с выводом на матричный экран в соответствии с требованиями авиационной эргономики бокового уклонения ЛА от заданной траектории, поправки к фактическому курсу, измеренной высоты, уклонения ЛА по высоте от заданной траектории, дальности до точек поворота при подлете и точки посадки, а также ряд других параметров, в том числе сигналы опасного сближения с корпусом и надстройками плавсредства, отказа дальномерной системы. Причем поправка к фактическому курсу, выдаваемому штатной аппаратурой ЛА, формируется как разность между заданным и текущим курсом ЛА в системе координат X'Y'Z'. Как следствие этого, на величину поправки текущий угол снова ЛА не влияет.

В каждом измерительном цикле проверяется выполнение условия
"БЗ-БO_i" - b - ≅ 0
(2) где b - расстояние от БО до наиболее удаленной надводной части плавсредства;
t - время на принятие летчиком решения о посадке;
Т - время между текущим (i) и предшествующим (i-1) моментами определения дальности "БЗ-БО".

Если условие не выполняется, то продолжается обработка в системе координат X'Y'Z'.

Если оно выполнено, то это означает, что при данной посадочной скорости через t сек ЛА может столкнуться с корпусом или надстройкой плавсредства. С этого момента пространственное положение ЛА вместо системы координат X'Y'Z' привязанной плоскостью XZ к уровню моря рассчитывается в системе координат плавсредства XYZ, жестко привязанной к поверхности ВПП и учитывающей текущий крен и дифферент плавсредства. Так как при этом измеренная высота ЛА над уровнем моря становится не только ненужно, но и вредной, то ее измерение и индикация прекращаются. Кроме того, как указывалось выше, даже маловысотный радиовысотомер не измеряет высоты менее 4-х метров и использовать его на наиболее ответственном участке посадки ЛА на ВПП в условиях качки и перемещения плавсредства не представляется возможным.

Время принятия летчиком решения о посадке t составляет ориентировочно 5 сек и задается в зависимости от типа ЛА.

С момента выполнения условия (2) расчет координат ЛА производится по дальностям "БЗ-БО", "БЗ-РТ1" и "БЗ-РТ2" путем решения следующей системы уравнений: C₄ Δ X_БЗ + D4 Δ Z_БЗ + K₄ Δ Y_БЗ + L₄ = 0 C₅ Δ X_БЗ + D₅ Δ Z_БЗ + K₅ Δ Y_БЗ + L₅ = 0 C₆ Δ X_БЗ + D₆ Δ Z_БЗ + K₆ Δ Y_БЗ+ L₆ = 0
(3)
Учитывая важность достоверных измерений при нахождении ЛА над ВПП в тех случаях, когда одна из трех дальностей по каким-либо причинам пропадает, в вычисления дополнительно вводят уравнения ВО в системе координат XYZ
A₁ Δ X_BO+ B₁ Δ Z_BO+ C₁ Δ X_БЗ + D₁ Δ Z_БЗ+ K₁ Δ Y_БЗ + L₁ = 0
A₂ Δ X_BO + B₂ Δ Z_BO + + L₂ = 0 (4)
A₃ Δ X_BO + B₃ Δ Z_BO + + L₃ = 0
При определении положения ЛА по формулам (3), (4) координата Z_БЗ является текущей высотой ЛА над поверхностью ВПП, независимой от влияния качки плавсредства. Это значение выводится на матричный индикатор вместо высоты.

Поскольку на всех участках параметры формируются в связанной с плавсредством системе координат, то перемещение последнего не влияет на точность формирования этих параметров.

В целях увеличения рабочей зоны подлета ЛА, а также в случае возможности сбоев в измерениях за счет загораживающего ВПП технологического оборудования выводят дополнительное плавсредство с дополнительным выносным ответчиком (ДВО) (предпочтительно по курсу судна). В этом случае к указанной схеме измерений добавляются дальности "БЗ-ДВО", "БЗ-ДВО-РТ1-БЗ", "БЗ-ДВО-РТ2-БЗ".

При обработке к вышеуказанным уравнениям добавляются аналогичные (4) уравнения.

При этом ввиду большой избыточности измерений резко увеличивается их надежность.

Таким образом, подлет и заход на посадку делится на три участка. На первом участке при выполнении ЛА до района расположения плавсредства (см. R₁, фиг. 2) навигационные параметры формируются или путем обычной ручной штурманской прокладки, или с помощью используемого в прототипе АНК-11.

После входа в район расположения плавсредства (не удалении ЛА от него, меньшем R₁) навигационные параметры формируются согласно предложенному способу в системе координат X'Y'Z с использованием показаний высотомера (участок R₁-R₂, см. фиг.2).

При входе ЛА в зону принятия летчиком решения о посадке, т.е. при выполнении условия (2), навигационные параметры формируются в системе координат XYZ без измерения текущей высоты (см. зону с радиусом R₂, фиг.2). Навигационные параметры в этом случае привязаны только к ВПП плавсредства и не зависят от его перемещений. Радиус этого участка захода на посадку зависит согласно (2) от скорости перемещения ЛА относительно БО, но не может быть меньше "в" (см. R₂min, фиг.2).

Сущность изобретения: устройство для реализации способа формировния траектории летательного аппарата содержит запросчик 1, n ответчиков 2, два ретранслятора 3, 4, вычислитель 5, радиовысотомер 6, пульт управления 7 и матричный индикатор 8. 2 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ ПОСАДКЕ НА ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНУЮ ПОЛОСУ ПЛАВСРЕДСТВА, включающий формирование и индикацию в реальном масштабе времени навигационных параметров в виде бокового уплотнения от заданной траектории, заданного курса, измеренной высоты и дальности до точки предстоящего поворота, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют базы между установленными на плавсредстве с максимально возможным плановым разнесением первым и вторым ретрансляторами и максимально смещенным относительно их створа в плане и по высоте базовым ответчиком дальномерной системы, а также горизонтальное расстояние от базового ответчика до наиболее удаленной части плавсредства, вводят полученные данные в вычислитель бортового запросчика летательного аппарата, при выполнении полетов выводят на траверс плавсредства в пределах прямой видимости до первого и второго ретрансляторов вспомогательное плавсредство с выносным ответчиком, при подлете летательного аппарата в район расположения плавсредства и до посадки на него измеряют расстояния базовый запросчик (БЗ) - базовый ответчик (БО), базовый запросчик - базовый ответчик - первый ретранслятор - базовый запросчик, базовый запросчик - базовый ответчик - второй ретранслятор - базовый запросчик, базовый запросчик - выносной ответчик, базовый запросчик - выносной ответчик - первый ретранслятор - базовый запросчик, базовый запросчик - выносной ответчик - второй ретранслятор - базовый запросчик, формируют рассчетную для данного положения летательного аппарата траекторию подлета и захода на посадку, формируют навигационные параметры, формируют и индицируют уклонение летательного аппарата от заданной траектории по высоте, формируют поправку к фактическому курсу летательного аппарата, при выполнении условия

измерение высоты прекращают и, начиная с этого момента до выполнения посадки, дополнительно формируют по измеренным дальностям высоту над поверхностью взлетно-посадочной полосы, где b - расстояние от базового объекта до наиболее удаленной надводной части плавсредства, T - время между текущим (i-м) и предшествующим (i - 1-м) моментами определения дальности базовый запросчик - базовый ответчик.