ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЙ КОМПЛЕКС РАДИОЛОКАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2003 года по МПК G01C23/00 B64C25/00 G08G5/00 

Изобретение относится к радиолокационным комплексам взлета и посадки воздушных судов и может быть использовано в системах управления воздушным движением.

Известны комплексы радиолокационной аппаратуры (КРА), используемые при посадке и взлете воздушных судов (ВС) - самолетов, вертолетов и др.

К таким КРА относится, в частности, система посадки метрового диапазона типа ILS, обеспечивающая посадку самолетов, стандартизированная международной организацией гражданской авиации (ICAO) [1, 2]. Известны усовершенствованные системы ILS, повышающие безопасность полетов и посадки [З].

Такие КРА содержат наземную аппаратуру, включающую посадочные радиомаяки (РМ), посадочный радиолокатор, пульт диспетчера с индикатором диспетчера, а также бортовую аппаратуру, включающую навигационно-пилотажный блок, пульт пилота с индикатором пилота, бортовой архивный блок, при этом пульт диспетчера и пульт пилота соединены между собой линией радиосвязи. Бортовой архивный блок (именуемый иногда как "черный ящик") служит для сохранения данных полета, используемых для анализа полета, особенно при исследовании причин авиапроисшествий (АП).

Известно, что наибольшее количество АП имеет место при взлете и посадке. К недостаткам систем ILS относится возможность использования таких систем только при посадке. Кроме того, зачастую бортовой архивный блок в результате АП приходит в негодность, и данные о полете оказываются утраченными.

Более совершенной является система посадки сантиметрового диапазона типа MLS, также стандартизированная ИКАО [4]. Данная система является фактически первым взлетно-посадочным комплексом радиолокационной аппаратуры (ВП КРА), так как содержит РМ по обе стороны взлетно-посадочной полосы (ВПП), один из которых обеспечивает взлет, а другой посадку.

Кроме того, в наземную аппаратуру такого КРА всегда входит посадочный радиолокатор и пульт диспетчера. Бортовая аппаратура по назначению аналогична КРА [1,2].

Данный ВП КРА является прототипом заявляемого изобретения.

Таким образом, в качестве прототипа имеем взлетно-посадочный комплекс радиолокационной аппаратуры (см. фиг. 1), содержащий наземную аппаратуру взлета 1 и посадки 2, антенны которой направлены излучателями соответственно к выходу и ко входу взлетно-посадочной полосы 3, посадочный радиолокатор 4 с антеннами курса и глиссады, выход которого подключен ко входу индикатора диспетчера 5, входящего в пульт диспетчера 6, а также бортовую аппаратуру, включающую навигационно-пилотажный блок 7 с информационными входами, соединенными с выходами бортовых датчиков, при этом выход навигационно-пилотажного блока соединен со входом индикатора пилота 8, входящего в пульт пилота 9, архивный выход которого соединен со входом бортового архивного блока 10, пульт пилота и пульт диспетчера соединены между собой линией радиосвязи 11, при этом пульт диспетчера содержит управляющий блок 12, первый выход которого образует первый управляющий выход пульта диспетчера 6 и соединен с управляющим посадкой входом посадочного радиолокатора 4.

На фиг. 2 дается блок-схема посадочного радиолокатора рассматриваемого КРА-прототипа.

В посадочном радиолокаторе 4 управляющие входы антенны курса 15 и антенны глиссады 16 соединены соответственно с первым и вторым выходом блока привода 17, управляющий вход которого соединен с управляющим посадкой входом посадочного радиолокатора, высокочастотные выводы упомянутых антенн подключены соответственно к первому и второму боковым выводам антенного коммутатора 18, центральный вывод которого соединен с центральным выводом переключателя прием-передача 19, передающий вход и приемный выход которого соединены соответственно с выходом передатчика 20 и входом приемника 21, выход которого соединен со входом блока обработки информации 22, выход которого связан со входом блока вычисления координат 23, соединенного выходом со входом наземного видеопреобразователя 24, синхронизатор 25 соединен выходами с синхронизирующими входами передатчика 20, блока обработки информации 22 и наземного видеопреобразователя 24, выход которого является выходом посадочного радиолокатора 4.

Через блок привода 17 осуществляется изменение направления излучения антенн курса и глиссады при изменении направления посадки, обусловленном, в свою очередь, переменой направление ветра [3]. Обычно производят поворот антенн вокруг оси на 160-170^o.

В КРА-прототипе [2] , как и в аналоге [1], посадка осуществляется одновременно, с помощью посадочного радиомаяка и с помощью посадочного радиолокатора. При этом на индикаторе диспетчера отображается курс и глиссада самолета, что позволяет эффективно взаимодействовать диспетчеру и пилоту по линии радиосвязи 11 и тем самым повышать безопасность посадки.

При взлете такое взаимодействие отсутствует, что значительно снижает общую безопасность полета.

Другим существенным недостатком рассматриваемых систем является недостаточная надежность хранения архивных данных как при посадке, так и на взлете, связанная с возможностью утраты архивных данных при АП.

Задачей данного изобретения является повышение безопасности при взлете путем обеспечения слежения не только за посадкой, но и за взлетом с помощью посадочного радиолокатора. Одновременно задачей является повышение надежности хранения архивных данных путем дублирования их в наземной аппаратуре с помощью посадочного радиолокатора.

Поставленные задачи решаются следующим образом.

Во взлетно-посадочный комплекс радиолокационной аппаратуры, содержащий наземную аппаратуру взлета и посадки, антенны которой направлены излучателями соответственно к выходу и ко входу взлетно-посадочной полосы, посадочный радиолокатор с антеннами курса и глиссады, выход которого подключен ко входу индикатора диспетчера, входящего в пульт диспетчера, а также бортовую аппаратуру, включающую навигационно-пилотажный блок с информационными входами, соединенными с выходами бортовых датчиков, при этом выход навигационно-пилотажного блока соединен со входом индикатора пилота, входящего в пульт пилота, архивный выход которого соединен со входом бортового архивного блока, пульт пилота и пульт диспетчера соединены между собой линией радиосвязи, при этом пульт диспетчера содержит управляющий блок, первый выход которого образует первый управляющий выход пульта диспетчера и соединен с управляющим посадкой входом посадочного радиолокатора, при этом блок управления выполнен с функцией переключения режимов "взлет-посадка", введены линия передачи данных и наземный архивный блок, линия передачи данных включена между дополнительными выводами пилотажно-навигационного блока и посадочного радиолокатора, наземный архивный блок входом соединен с архивным выходом пульта диспетчера, блок управления которого выполнен со вторым выходом, образующим второй управляющий выход пульта диспетчера, который соединен с управляющим взлетом входом, выполненном в посадочном радиолокаторе.

Предложена структура посадочного радиолокатора во взлетно-посадочном комплексе, в котором управляющие входы антенн курса и глиссады соединены соответственно с первым и вторым выходом блока привода, а высокочастотные выводы упомянутых антенн подключены соответственно к первому и второму боковым выводам антенного коммутатора, центральный вывод которого соединен с центральным выводом переключателя прием-передача, передающий вход и приемный выход которого соединены соответственно с выходом передатчика и входом приемника, выход которого соединен со входом блока обработки информации, выход которого связан со входом блока вычисления координат, соединенного выходом с первым входом наземного видеопреобразователя, синхронизатор соединен выходами с синхронизирующими входами передатчика, блок обработки информации и наземного видеопреобразователя, при этом последний подсоединен вторым входом к дополнительному выводу посадочного радиолокатора, выход наземного видеопреобразователя является выходом посадочного радиолокатора, при этом введен блок коммутации режимов "взлет-посадка", первый и второй входы которого образует соответственно управляющие посадкой и взлетом входы посадочного радиолокатора, а первый выход упомянутого блока коммутации соединен со входом блока привода.

Предложена структура посадочного радиолокатора во взлетно-посадочном комплексе, в котором передатчик выполнен с управляющим входом, соединенным со вторым выходом блока коммутации режимов "взлет-посадка".

Принцип работы устройства поясняется фиг.1а, 2а, 3.

На блок-схеме на фиг.1а представлен взлетно-посадочный комплекс радиолокационной аппаратуры, содержащий наземную аппаратуру взлета 1 и посадки 2, антенны которой направлены излучателями соответственно к выходу и ко входу взлетно-посадочной полосы (ВПП) 3, посадочный радиолокатор (ПРЛ) 4, с антеннами курса и глиссады, выход которого подключен ко входу индикатора 5, входящего в пульт диспетчера (ПД) 6, а также бортовую аппаратуру, включающую навигационно-пилотажный блок 7 с информационными входами, соединенными с выходами бортовых датчиков, при этом выход навигационно-пилотажного блока соединен со входом индикатора пилота 8, входящего в пульт пилота 9, архивный выход которого соединен со входом бортового архивного блока 10, пульт пилота 6 и пульт диспетчера 9 соединены между собой линией радиосвязи 11, при этом пульт диспетчера содержит блок управления (БУПД) 12, первый выход которого образует первый управляющий выход пульта диспетчера (а) и соединен с управляющим посадкой входом посадочного радиолокатора (б).

Кроме того, введены линия передачи данных (ЛПД) 13 и наземный архивный блок 14. Линия передачи данных включена между дополнительными выводами пилотажно-навигационного блока и посадочного радиолокатора, наземный архивный блок входом соединен с архивным выходом пульта диспетчера, БУПД 12 выполнен с возможностью переключения режимов "взлет-посадка", причем выполнен со вторым выходом, образующим второй управляющий выход пульта диспетчера (в), который соединен с управляющим взлетом входом в посадочном радиолокаторе (г).

На фрагменте блок-схемы взлетно-посадочного комплекса на фиг.2а представлен посадочный радиолокатор, в котором управляющие входы антенны курса 15 и антенны глиссады 16 соединены соответственно с первым и вторым выходом блока привода 17, а высокочастотные выводы упомянутых антенн подключены соответственно к первому и второму боковым выводам антенного коммутатора 18, центральный вывод которого соединен с центральным выводом переключателя прием-передача 19, передающий вход и приемный выход которого соединены соответственно с выходом передатчика 20 и входом приемника 21, выход которого соединен со входом блока обработки информации 22, выход которого связан со входом блока вычисления координат 23, соединенного выходом с первым входом наземного видеопреобразователя 24, синхронизатор 25 соединен выходами с синхронизируюшими входами передатчика 20, блока обработки информации 22 и наземного видеопреобразователя 24, при этом последний подсоединен вторым входом к дополнительному выводу посадочного радиолокатора, выход наземного видеопреобразователя 24 является выходом посадочного радиолокатора.

Кроме того, введен блок коммутации режимов "взлет-посадка" 26, первый и второй входы которого образуют соответственно управляющие посадкой (б) и взлетом (г) входы посадочного радиолокатора, а первый выход упомянутого блока коммутации соединен со входом блока привода.

На фиг. 3 представлен вариант, в котором изменяется режим работы передатчика при изменении режимов "взлет-посадка", при этом передатчик 20 выполнен с управляющим входом, соединенным со вторым выходом блока коммутации режимов "взлет-посадка" 26.

В динамике заявляемой ВП КРА работает следующим образом.

Взлет и посадка ВС по радиомаякам 1 и 2 производятся с помощью бортовой аппаратуры 7, 8, 9 аналогично КРА-прототипу (см. фиг.1). Слежение за курсом и глиссадой ВС при его посадке осуществляется с помощью посадочного радиолокатора 4, путем отображения их на индикаторе 5 в пульте диспетчера 6; связь диспетчера с пилотом через линию радиосвязи 11 также ведется аналогично КРА-прототипу [4]. При изменении направления посадки - как правило, с изменением направления ветра - с помощью БУПД 12 через первый управляющий выход (а) и управляющий посадкой вход ПРЛ (б) в ПРД производится изменение направления излучения антенн ПРЛ в сторону направления посадки на ВПП, при этом сохраняется зеркальность расположения антенн курса и глиссады относительно оси ВПП.

В отличие от КРА-прототипа, данный КРА обеспечивает слежение за ВС с помощью ПРЛ при взлете. При этом при взлете в общем случае параметры излучения антенн ПРЛ и направления излучения могут отличаться от аналогичных параметров при посадке. Установка параметров, требуемых при взлете, производится с помощью БУПД 12 через второй управляющий выход пульта диспетчера (в) и управляющий взлетом вход посадочного радиолокатора (г).

На экране индикатора диспетчера 5 отображаются при взлете курс и глиссада самолета, как и при посадке.

Таким образом, с помощью ПРЛ формируются данные траектории полета при посадке и взлете, являющиеся наиболее опасными этапами полета. Одновременно с отображением на индикаторе 5 эти данные с архивного выхода пульта диспетчера 6 поступают на вход наземного архивного блока 14.

В блоке 14 информация может храниться как в форме видеоматериала, так и преобразованной в цифровую информация.

Бортовой архивный блок 10, кроме данных о траекториях полета, содержит также данные о состоянии бортовой аппаратуры, двигателей, метеоданных и т.д.

С помощью ЛПД 13 эти сведения передаются в наземную аппаратуру, аккумулируются и отображаются в ПРЛ, а далее в пульте диспетчера и также передаются в наземный архивный блок 14.

Таким образом, в блоке 14 аккумулируется наиболее полная информация о полете, сформированная из данных ПРЛ и данных бортовой аппаратуры, хранящейся в блоке 10. В результате, даже в случае утраты или повреждении при аварии блока 10, информация о взлете и посадке надежно сохранится на земле в блоке 14.

Одновременно обобщенная информация о полете, поступающая в пульт диспетчера 6, может отображаться на индикаторе, что дает возможность диспетчеру более эффективно взаимодействовать с пилотом по линии радиосвязи 11, увеличивая тем самым безопасность при взлете и посадке.

Кроме того, обобщенная информация при использовании двусторонней ЛПД 13 может формироваться на борту и использоваться пилотом. В этом случае эффективность взаимодействия пилота и диспетчера еще более увеличивается.

Посадочный радиолокатор в рассматриваемом ВП КРА работает следующим образом (см. фиг.2а).

Управление направлением антенн курса 15 и глиссады 16 производится с помощью блока привода 17, высокочастотный сигнал в антенны поступает в антенный коммутатор 18 через переключатель прием-передача 19 из передатчика 20, либо высокочастотный сигнал, принятый антеннами, поступает аналогичным образом в приемник 21 и далее обрабатывается в блоке обработки информации 22 и через блок вычисления координат 23 поступает на первый вход наземного видеопреобразователя 24. На второй вход последнего поступает бортовая информация через ЛПД 13 и дополнительный вход ПРЛ 4. С выхода наземного преобразователя обобщенная информация поступает на выход ПРЛ и далее на вход пульта диспетчера.

Таким образом, принципиальной новизной в работе ПРЛ 4 является формирование в нем обобщенной - наземной и бортовой - информации с помощью новых схемно-системных связей.

Общая синхронизация ПРЛ осуществляется при этом синхронизатором 25.

Другой принципиальной новизной является слежение не только за посадкой, но и за взлетом, что обеспечивается с помощью блока коммутации режимов "взлет-посадка" 26. С выхода блока 26 сигнал поступает на управляющий вход блока привода 17. Блок 17 осуществляет исходную установку положения антенны курса 15 и антенны глиссады 16 в направлении взлета либо в направлении посадки, причем при изменении скорости ветра относительно направления ВПП направления взлета и посадки изменяются на противоположные (точнее - направление изменяется на 160-170^o).

Установки антенн на взлет и на посадку в общем случае не идентичны. В случае взлета установка может также различаться для различных типов ВС.

Качания луча антенны относительно исходного положения также осуществляется с помощью блока 17.

Вызов в блоке 26 требуемого режима установки антенн осуществляется сигналами "взлет" или "посадка", поступающими с пульта диспетчера на входы блока 26, управляющие посадкой (б) или взлетом (г).

Известно [5], что максимальная дальность действия радиолокатора (R) связана с мощностью излучения (Р) следующим соотношением:
R_max ⁴~P (1)
Таким образом, в случае изменения требуемой дальности действия ПРЛ необходимая мощность передатчика значительно снижается. Дальность слежения за взлетом обычно более чем в два раза меньше, чем при посадке [4]. Следовательно, согласно соотношению (1), требуемая мощность передатчика при взлете более чем на порядок меньше мощности, требуемой при посадке.

В связи с этим передатчик 20 выполняется с возможностью работы в двух режимах мощности. При переключении на режим взлета блок 26 выдает со второго выхода сигнал управления на управляющий вход передатчика 20, переводя его в режим малой мощности.

При переключении на режим посадки блок 26 переводит передатчик в режим номинальной мощности, соответствующей дальности слежения при посадке.

Таким образом, новые структурные построения ПРЛ и всего ВП КРА определяют принципиально новые возможности КРА в обеспечении безопасности полета как при посадке, так и при взлете. При этом, принципиально изменяется надежность хранения полетной информации и ее анализ в момент и после АП.

Предложенный ВП КРА реализован в виде экспериментального образца и прошел успешные испытания.

В качестве большинства узлов и блоков использованы серийно выпускаемые изделия:
ПРЛ 4 - ПРЛ типа РП ЗФ, в комплекте с аппаратурой первичной обработки информации АПОИ-С2;
пульт диспетчера 6 - пульт руководителя системы посадки ВИСП-75Т;
ЛПД 13 - телеметрический комплекс передачи информации "Орбита IV".

При испытаниях использовался самолет СУ-27, в котором реализованы бортовые блоки 7-10.

Экспертные оценки показывают, что благодаря введенному слежению за взлетом общая безопасность полета увеличивается в 1,3 раза, а осуществляемое при посадке и взлете архивирование бортовой информации в наземной аппаратуре увеличивает общую раскрываемость АП в 1,5 раза.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. М. А.Черный, В.И.Кораблин. Воздушная навигация. М.: Транспорт, 1983, с. 272.

2. Эксплуатация средств управления воздушным движением. Справочник / А. Кузнецов и др. М.: Транспорт, 1983, с. 28-32, 52-58.

3. Заявка 2752051, Франция, МПК⁶ G 01 С 23/00, заявл. 02.08.96; опубл. 06.02.98 г.

4. Авиационная радионавигация. Справочник под ред. А.А.Сосновского. М.: Транспорт, 1990, с. 194-197.

5. Справочник по радиолокации, под ред. М.Сколника. М.: Сов. Радио, 1976, с. 10-11.

Изобретение относится к комплексам радиолокационной аппаратуры (КРА) взлета и посадки воздушных судов и может быть использовано в системах управления воздушным движением. Достигаемый технический результат - повышение безопасности при взлете, а также повышение надежности хранения архивных данных полета при взлете и посадке. Предложенный КРА содержит наземную аппаратуру взлета и посадки с антеннами, направленными к выходу и ко входу взлетно-посадочной полосы, посадочный радиолокатор (ПРЛ) с антеннами курса и глиссады, индикатор диспетчера в пульте диспетчера (ПД), бортовую аппаратуру с навигационно-пилотажным блоком (НПБ), индикатор пилота в пульте пилота, бортовой архивный блок, при этом блок управления ПД выполнен с возможностью переключения режимов "взлет-посадка", введены линия передачи данных (ЛПД), наземный архивный блок (НАБ), ПРЛ выполнен с управляющим взлетом входом, соединенным со вторым управляющим выходом ПД, а ЛПД включена между дополнительными выводами ПРЛ и НПБ. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Взлетно-посадочный комплекс радиолокационной аппаратуры, содержащий наземную аппаратуру взлета и посадки, антенны которой направлены излучателями соответственно к выходу и ко входу взлетно-посадочной полосы, посадочный радиолокатор с антеннами курса и глиссады, выход которого подключен ко входу индикатора диспетчера, входящего в пульт диспетчера, а также бортовую аппаратуру, включающую навигационно-пилотажный блок с информационными входами, соединенными с выходами бортовых датчиков, при этом выход навигационно-пилотажного блока соединен со входом индикатора пилота, входящего в пульт пилота, архивный выход которого соединен со входом бортового архивного блока, пульт пилота и пульт диспетчера соединены между собой линией радиосвязи, при этом пульт диспетчера содержит блок управления, первый выход которого образует управляющий посадкой выход пульта диспетчера и соединен с управляющим посадкой входом посадочного радиолокатора, отличающийся тем, что блок управления выполнен с функцией переключения режимов "взлет-посадка", введены линия передачи данных и наземный архивный блок, при этом линия передачи данных включена между дополнительными выводами пилотажно-навигационного блока и посадочного радиолокатора, наземный архивный блок входом соединен с архивным выходом пульта диспетчера, причем упомянутый блок управления выполнен со вторым выходом, образующим управляющий взлетом выход пульта диспетчера, который соединен с управляющим взлетом входом, выполненным в посадочном радиолокаторе. 2. Взлетно-посадочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в посадочном радиолокаторе, в котором управляющие входы антенн курса и глиссады соединены соответственно с первым и вторым выходами блока привода, а высокочастотные выводы упомянутых антенн подключены соответственно к первому и второму боковым выводам антенного коммутатора, центральный вывод которого соединен с центральным выводом переключателя прием - передача, передающий вход и приемный выход которого соединены соответственно с выходом передатчика и входом приемника, выход которого соединен со входом блока обработки информации, выход которого связан со входом блока вычисления координат, соединенного выходом с первым входом наземного видеопреобразователя, синхронизатор соединен выходами с синхронизирующими входами передатчика, блока обработки информации и наземного видеопреобразователя, при этом последний подсоединен вторым входом к дополнительному выводу посадочного радиолокатора, выход наземного видеопреобразователя является выходом посадочного радиолокатора, при этом введен блок коммутации режимов "взлет-посадка", первый и второй входы которого образуют соответственно управляющие посадкой и взлетом входы посадочного радиолокатора, а первый выход упомянутого блока коммутации соединен со входом блока привода. 3. Взлетно-посадочный комплекс по п.2, отличающийся тем, что передатчик выполнен с управляющим входом, соединенным со вторым выходом блока коммутации режимов "взлет-посадка".