СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В НОЧНОЕ ВРЕМЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B64F1/18 G05D1/10 G05D1/12 

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к способам обеспечения посадки маневренных летательных аппаратов с помощью оптических систем посадки на взлетно-посадочную полосу, и может найти применение для увеличения дальности обнаружения закрытых мобильных аэродромов, осуществления скрытности посадки ЛА в ночное время.

Известен способ визуальной посадки "Способ построения оптических систем пассивного типа, а.с. №292777", взятый за прототип, реализация которого в системе визуальной посадки предусматривает наличие пассивных посадочных "огней", знаков, т.е. отражателей, направляющих к наблюдателю (пилоту) свет, излучаемый бортовыми посадочно-рулежными фарами самолета (вертолета). Использование отражателей, на поверхность которых нанесены высокоэффективные цветные световозвращающие пленки, создает необходимый цветовой эффект, обеспечивает безопасность движения транспортных средств в темное ночное время.

Недостатком данного способа является то, что он не может обеспечить скрытности и автономности при эксплуатации мобильных (оперативных) и закрытых аэродромов, не дающих возможности обнаружить себя для противника.

Известна "система индикации глиссады", патент США №4554543, НКИ 340-94886, содержащая источник света - посадочную фару ЛА, посадочные огни, включающие преобразователи света источника в линейное изображение - линзы, фотодиодную матрицу, логическое устройство. Логическое устройство, соединенное с матрицей, определяет положение самолета относительно заданной глиссады, сравнивая положение линейного изображения с эталонным положением. По результатам сравнения индикаторы - две лампы на ВПП обеспечивают мигание, устойчивое свечение, показывая пилоту положение самолета относительно глиссады.

Однако недостатком данной системы является отсутствие автономности и скрытности при эксплуатации закрытых площадок, не дающих возможности обнаружить себя для противника, при этом дальность обнаружения ВПП ограничена.

Известна оптическая система посадки "Корабельная оптическая система посадки" (ОСП), патент РФ №2083443, В 64 F 1/18, 31.06.93 содержащая блок индикации посадочной траектории ЛА, состоящий из источников света, бленд, светофильтров, вертикального ряда линз Френеля, и установленный на стабилизированной платформе с датчиками углового положения ЛА, снабженного посадочной фарой, трехстепенной гироскоп, связанный блоком индикации посадочной траектории, коллиматорный прицел для наведения на ЛА и установленный на механическом подвижном узле с датчиком углового положения, содержащий оптический блок, состоящий из полупрозрачного отражателя, источника света с отражателем, управляемого светофильтра, коллиматорной линзы, в фокусном расстоянии которой установлены один над другим два транспоранта, закрепленные в двух механических узлах преобразователей координат со следящими электромеханическими приводами, блок индикации посадочной траектории, выполненный на основе светоконцентрирующих форм пленочных световозвращающих покрытий, установленных в фокусе линз Френеля.

Недостатком данной системы является отсутствие автономности и скрытности при эксплуатации закрытых площадок, не дающих возможности обнаружить себя для противника, при этом дальность обнаружения ВПП ограничена.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа обеспечения посадки ЛА в ночное время и устройства для его осуществления, позволяющих увеличить дальность обнаружения летчиком необозначенного защищаемого аэродрома, обеспечить скрытность посадки на ВПП за счет использования ответных сигналов при облучении ретрорефлекторов, установленных вдоль ВПП, подсвечивающими источниками ИК-излучения от фары ЛА и ИК-лазера, установленного на ЛА. Кроме того, для обеспечения защищенности посадочной зоны запрашиваемый и ответный сигналы кодируют по заранее согласованным параметрам, при этом открытие отражателей обеспечивают по сигналу в случае получения облучающего модулированного кодированного лазерного излучения по заданным кодируемым параметрам.

Поставленная задача достигается тем, что способ обеспечения посадки летательного аппарата в ночное время включает предварительную установку вдоль ВПП светосигнальной посадочной системы, состоящей из посадочных светоотражательных знаков - ретрорефлекторов, освещение зоны посадочной фарой ЛА.

В соответствии с изобретением дополнительно производят поиск и подсвет посадочной зоны импульсами с расширением пучка запросного модулированного кодированного излучения ИК-лазера, установленного на ЛА. Принятые на Земле импульсы преобразуют в электрические, формируют из них тактовые импульсы, обрабатывают - сравнивают их с импульсами кодового образцового сигнала, вычисляют коэффициент корреляции последовательностей импульсов запросного и образцового сигналов, выявляют сходимость этих последовательностей и по ней определяют принадлежность ЛА "свой-чужой". Формируют управляющие импульсы "на открытие отражателей", отражающие ИК-излучение в сторону источника облучения ЛА.

Излучение от отражателей регистрируют приборами ночного видения на ЛА.

Более того, ближний привод ЛА осуществляют по сигналам наземных отражателей при облучении ИК-излучением подсвечивающей фарой.

Устройством для осуществления способа является оптическая система посадки летательного аппарата в ночное время, содержащая светосигнальную посадочную систему, состоящую из посадочных светоотражательных знаков - ретрорефлекторов, установленных вдоль ВПП, осветительную посадочную фару на ЛА.

В соответствии с изобретением в состав бортового оборудования ОСП включены с ИК-фильтром электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оптическая локационная станция (ОЛС) с ИК-лазером, расширителем луча, фотоприемником, генератором опорных импульсов, блоком обработки и управления, соединенные с ним вычислитель угловых координат линии визирования, вычислитель дальности до объекта, индикатор на лобовом стекле (ИЛС), шлемный индикатор, вычислитель угловых координат линии визирования, через электронно-оптический преобразователь, подключенный к шлемному индикатору. К входу блока обработки и управления подключен фотоприемник через усилитель, а к выходу - посадочная световая фара ЛА с ИК-фильтром.

В состав наземной части ОСП включены фотоприемные устройства со светофильтрами, модуляторы, размещенные на ретрорефлекторах, устройство формирования тактовых электрических импульсов, формирователь управляющих импульсов, кодовое устройство, включающее формирователь кодовых импульсов, соединенный с ним коррелятор, образующие вместе опознавательное устройство. При этом фотоприемник подключен к цепи последовательно связанных формирователя тактовых импульсов, коррелятора кодового устройства, формирователя управляющих импульсов, модулятора, а поле зрения каждого фотоприемника совпадают с полем зрения отражателя.

Изобретение поясняется на блок-схеме.

На чертеже приведена структурная схема оптической системы посадки, где изображены:

1 - контур ВПП,

2 - формирователь управляющих импульсов,

3 - кодирующее устройство,

4 - коррелятор,

5 - формирователь кодовых импульсов,

6 - формирователь тактовых импульсов,

7, 8, 9 - ретрорефлекторы, матрица трипль-призм,

10, 21 - фотоприемное устройство (ФПУ), фотоприемник,

11, 12 - модулятор (оптический затвор),

13 - (на ВПП) 16, 22 - светофильтр (на борту),

14 - индикатор на лобовом стекле (ИЛС),

15 - шлемный индикатор,

17 - оптическая локационная станция (ОЛС),

18 - лазер с узким пучком луча, ИК-фильтром,

19 - расширитель луча,

20 - генератор опорных импульсов,

23 - электронный усилитель,

24 - световая фара ЛА с ИК-фильтром,

25 - вычислитель дальности до объекта,

26 - вычислитель угловых координат линии визирования,

27 - блок обработки и управления,

28 - электронно-оптический преобразователь (ЭОП),

29 - опознавательное устройство "свой-чужой".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Обеспечение посадки ЛА в ночное время осуществляют следующим образом. Предварительно устанавливают вдоль ВПП светосигнальную посадочную систему, состоящую из посадочных светоотражательных знаков с опозновательными устройствами. Производят подсвет и поиск посадочной зоны необорудованного аэродрома импульсами с расширением пучка модулированного кодированного лазерного излучения ИК-лазера, установленного на ЛА. Принятые на земле излучения преобразуют в электрические импульсы, формируют из них тактовые импульсы, обрабатывают (сравнивают их с кодовым образцовым сигналом, вычисляют коэффициент корреляции, степень сходимости последовательностей импульсов запросного и образцового сигналов), определяют принадлежность ЛА "свой-чужой", формируют управляющие импульсы "на открытие отражателей", отражающие ИК-излучения в сторону источника излучения летательного аппарата.

Устройство для обеспечения способа содержит оптическую систему посадки ЛА, которая включает на борту ЛА оптическую локационную станцию 17 с ИК-лазером 18, с расширителем луча 19, фотоприемником 21, с электронным усилителем 23, генератором опорных импульсов 20, блоком обработки и управления 27, которая соединена с вычислителем угловых координат линии визирования 26, вычислителем дальности до объекта 25. Вычислитель угловых координат 26 связан с выходом блока обработки и управления 27, а выход его соединен с ЭОП 28. Блок управления и обработки 27 ОЛС соединен с вычислителем дальности до объекта 25 и ИЛС-14, который в свою очередь связан с вычислителем дальности до объекта 25. На ВПП установлены посадочные светоотражающие знаки-ретрорефлекторы, на каждом расположен со светофильтром 13 фотоприемник 10, последовательно соединенный с формирователем тактовых импульсов 6, коррелятором 4, кодовым устройством 3, формирователем управляющих импульсов 2, модуляторами 11, образующими вместе опознавательное устройство 29. Второй вход коррелятора 4 соединен с формирователем кодовых импульсов 5, а выход коррелятора 4 соединен с формирователем управляющих импульсов 2, связанных с модуляторами 11, 12 (оптические затворы), установленными на светоотражающих ретрорефлекторах с матрицей трипль-призм 7, 8, 9.

Устройство работает следующим образом. Для обеспечения посадки на необорудованный (оперативный) аэродром или на ВПП небольшой длины, когда обнаружение их нежелательно, вдоль ВПП устанавливаются маркеры - оптические устройства, выдающие ответный сигнал при облучении подсвечивающей фарой ЛА. Посадочный знак выполнен в виде маркера 1 - рефлектора; устанавливаемые на защищаемой ВПП маркеры представляют собой направленные светоотражатели (ретрорефлекторы), которые при облучении со стороны ЛА верхней полусферы дают ответные сигналы только в сторону источника облучения и остаются невидимыми для противника. Для обеспечения защищенности ответный сигнал кодируется, возможна оперативная смена кода. Кроме того, открытие отражателей обеспечивается лишь на очень короткий промежуток времени непосредственно при получении облучающего кодированного сигнала с заранее согласованными параметрами. Чтобы затруднить противнику создание помех, ответные сигналы рефлекторных устройств модулируются в заданной временной последовательности.

Устанавливаемый на ЛА лазерный облучатель выполняется с использованием лазерных дальномеров и целеуказателей. Для обеспечения работы ОСП на борту используется оптическая локационная система (ОЛС)-17, состоящая из фотоприемного устройства (ФПУ) - фотоприемника 21, излучающего устройства - ИК-лазера 18 на стекле, бортового вычислительного устройства - блока 27 обработки и управления.

В момент попадания лазерного излучения на рефлектор, установленный на ВПП, отраженный рефлектором сигнал регистрируется фотоприемником 10. Необходимый для открывания рефлектора трипль-призм 7, 8, 9 кодовый запросный сигнал создается путем модуляции импульсного получения - лазера облучателя 18.

Если идентификация ВПП производится в ночных условиях, когда фон относительно мал, а летчик использует средства ночного видения - электронно-оптический преобразователь (ЭОП)-28 либо ориентируется по приборам, то увеличивается ширина пучка излучения до 4-6° (при работе днем - 0,5-0,6°). ЭОП-28 снабжен светофильтром 16 - электронным затвором, позволяющим запирать ЭОП-28 в момент излучения импульса. Для работы с широким пучком излучения и наблюдения с помощью ЭОП-28 и одновременным определением дальности используется фотоприемник с фотодиодом.

Поиск необозначенных ВПП и подбор площадок "с воздуха" осуществляется в активном режиме ОЛС. При этом производится подсвет земной (водной) поверхности впереди по курсу ЛА (например, в секторе ±30°), прием отраженного сигнала производится ФПУ-21. Подсвет модулируется импульсами в квазинепрерывном режиме для определения дальности и построения трехмерного образа рельефа и объектов при посадке ЛА по глиссаде. ОЛС измеряет угловое отклонение в 2-х плоскостях корпуса ЛА от направления на обозначенную точку начала выравнивания, которая обозначается совокупностью 4-х маркеров-ответчиков, расположенных перпендикулярно оси ВПП. ОЛС измеряет текущую дальность D до точки начала выравнивания, истинную высоту ЛА над поверхностью Земли, составляющую скорости сближения с точкой начала выравнивания. ОЛС вычисляет и выдает бортовым потребителям пространственный вектор скорости полета и линейные отклонения ЛА от плоскости глиссады, скорости сближения в горизонтальной плоскости.

Такая система позволяет одновременно наблюдать рефлекторы ВПП, которые остаются невидимыми для противника. Система позволяет идентифицировать отмеченные рефлекторами точки ВПП на расстоянии 6-13 км в зависимости от метеоусловий.

Измерение интервала времени между моментами излучения и приема импульса позволяет определять точное расстояние до рефлектора, а вместе с углами наведения пучка излучения - вектор положения рефлектора относительно ЛА.

Наземная часть ОСП включает активные маркеры и пассивные отражатели; определяющие техническую базу ФПУ-10 ОСП составляют времякоординатные чувствительные детекторы, функционирующие в оптическом ИК-диапазоне волн. Такие детекторы воспринимают и регистрируют поток излучения, определяют угловые координаты источника (ЛА) и фиксируют время приема. Ближний привод ЛА осуществляется в пассивном режиме по сигналам наземных закодированных маркеров ОСП.

В составе наземной аппаратуры находится фотоприемник ФПУ-10, поле зрения которого совпадает с полем зрения отражателя, для надежной работы создается матрица отражателей - триппль-призм 7, 8, 9. Принимая запросные импульсы, фотоприемник формирует из них тактовые импульсы, используемые для управления коррелятором 4, в котором записана подлежащая передаче информация. Выходными информационными сигналами коррелятора 4 управляются модуляторы 11, 12 рефлекторов 7, 8, 9.

В кодирующем устройстве 3 с помощью коррелятора 4 определяется соответствие-идентичность импульсных последовательностей. Исследуются два фрагмента последовательностей и определяется взаимная корреляционная функция К(τ). Сигналы U₁(t) и U₂(t), соответствующие выбранным фрагментам, поступают на коррелятор 4, который вычисляет взаимную корреляционную функцию К(τ)

,

где τ - время задержки сигнала U₂(t). Если сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствуют стационарному случайному процессу, то максимум K(τ) τ_max=d/V, где d - расстояние (сдвиг) между выбранными фрагментами, V - скорость движения последовательностей сигналов.

При малой длительности импульса и низкой частоте повторения импульсов формой передачи двоичной информации является амплитудная модуляция отражаемых импульсов, при которой ретрорефлектор может полностью отражать подающий на него световой поток, либо с помощью модулятора его отражательная способность уменьшается частично или полностью.

Работа модуляторов 11-12 синхронизирована с запросными импульсами с борта ЛА.

Амплитудный модулятор 11-12 строится на основе эффекта рассеяния света в жидких кристаллах (ЖК). Оптическая неоднородность среды является основной физической причиной, вызывающей рассеяние световых волн. Слой ЖК-материала заключен между стеклянными пластинами, на внутренние поверхности которых нанесены прозрачные электроды. Исходное состояние слоя - прозрачное, при приложении постоянного низкочастотного электрического напряжения появляется эффект мутности слоя ЖК.

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к способам обеспечения посадки маневренных летательных аппаратов (ЛА) с помощью оптических систем на взлетно-посадочной полосе (ВПП). Способ обеспечения посадки летательного аппарата в ночное время включает предварительную установку вдоль ВПП светосигнальной посадочной системы, которая состоит из посадочных светоотражательных знаков-ретрорефлекторов, установленных вдоль ВПП, освещение зоны посадочной фарой летательного аппарата. Затем облучают с расширением луча модулированным кодированным лазерным излучением зону посадки ИК-лазером, установленным на ЛА, принимают запросные излучения в фотоприемном устройстве на ретрорефлекторе, формируют электрические тактовые импульсы, обрабатывают (сравнивают их с кодовым сигналом, вычисляют коэффициент корреляции). При совпадении последовательностей импульсов запросного сигнала с заданными кодовыми импульсами формируют сигналы "на открытие отражателей", дающие ответные сигналы только в сторону источника облучения. Технический результат - увеличение дальности обнаружения летчиком необозначенного аэродрома, скрытность посадки на ВПП. 2 с.п. ф-лы,1 ил.

1. Способ обеспечения посадки летательного аппарата в ночное время, включающий предварительную установку вдоль взлетно-посадочной полосы ВПП светосигнальных знаков, освещение посадочной зоны фарой ЛА, отличающийся тем, что производят поиск и подсвет посадочной зоны импульсами с расширением пучка запросного модулированного кодированного излучения ИК-лазера, установленного на летательном аппарате, принятые на земле импульсы преобразуют, формируют из них тактовые импульсы, обрабатывают, для этого сравнивают их с импульсами кодового образцового сигнала, вычисляют коэффициент корреляции последовательностей импульсов запросного и образцового сигналов, определяют принадлежность ЛА "свой-чужой", формируют управляющие импульсы "на открытие отражателей", отражающие ИК-излучение в сторону источника облучения ЛА.2. Оптическая система посадки летательного аппарата в ночное время, содержащая светосигнальную посадочную систему, состоящую из посадочных светоотражательных знаков-ретрорефлекторов, установленных вдоль ВПП, освещающую зону посадки подсвечивающую с ИК-фильтром посадочную фару на ЛА, отличающаяся тем, что в состав бортового оборудования (ОСП) включены электронно-оптический преобразователь с ИК-фильтром, оптическая локационная станция с ИК-лазером, расширителем луча, фотоприемником, генератором опорных импульсов, блоком обработки и управления, соединенные с ним вычислитель угловых координат линии визирования, вычислитель дальности до объекта, индикатор на лобовом стекле, шлемный индикатор, вычислитель угловых координат линии визирования через электронно-оптический преобразователь подключен к шлемному индикатору, к выходу блока обработки и управления подключен фотоприемник через усилитель, а к выходу - посадочная световая фара ЛА с ИК-фильтром, в состав наземной части ОСП включены размещенные на каждом ретрорефлекторе модуляторы, фотоприемное устройство со светофильтром, устройство формирования тактовых импульсов, формирователь управляющих импульсов, кодовое устройство, формирователь кодовых эталонных импульсов, соединенный с ним коррелятор, образующие вместе опознавательное устройство, при этом фотоприемник подключен к цепи последовательно связанных формирователя тактовых импульсов, коррелятора, формирователя управляющих импульсов, модулятора, при этом поле зрения каждого фотоприемника совпадает с полем зрения отражателя.