СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ ОГНЕЙ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G08G5/02 

Предлагаемое изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначается, преимущественно, для определения видимости световых ориентиров взлетно-посадочной полосы (ВПП) при метеорологическом обеспечении действий авиации на аэродроме.

Для безопасной посадки необходимо, чтобы пилот приземляющегося самолета при переходе от приборного пилотирования к визуальному смог обнаружить и опознать ориентиры ВПП. Видимость ориентиров ВПП в светлую часть суток определяют по результатам измерений прозрачности атмосферы трансмиссометром с последующим пересчетом коэффициента светопропускания в значение дальности Невидимости S по формуле Когимидера [1, с.63]

где ε - порог контрастной чувствительности глаза;

µ - показатель ослабления света в атмосфере.

В темную часть суток несамосветящиеся ориентиры визуально не могут быть обнаружены даже при хорошей прозрачности атмосферы. Ориентирами ВПП в темное время суток являются огни высокой интенсивности (ОВИ), расположенные вдоль ВПП.

Расчет дальности видимости ОВИ выполняют по формуле Аллара [1, с.105]:

где Е - порог световой чувствительности глаза;

I - сила света ОВИ (используют 4÷5 ступеней яркости огней);

R -дальность видимости огней ВПП;

µ - показатель ослабления света в атмосфере;

е - основание натуральных алгоритмов.

С учетом (1) формулу (2) приведем к виду:

где S - метеорологическая дальность видимости по данным трансмиссометра.

При этом

где L - яркость окружающего фона по данным яркомера (кд/м²).

Формула (4) известна как формула Блеквелла.

Формулы (2) и (3) не имеют решения относительно R в явном виде. Варианты решения представлены в [2, 3, 4]. Эти варианты предполагают использование вспомогательных таблиц и специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям.

Известные способы [1, 2, 5] осуществляются с помощью устройств, которые включают датчики для получения измерительных данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е, а также данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.

Расчеты дальности видимости ВПП основаны на использовании вспомогательных таблиц, а также специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям по оперативности к уровню автоматизации получения данных о видимости ВПП.

Известны устройства для определения дальности видимости огней ВПП [3, 4], которые содержат специализированные вычислители с устройствами ручного ввода данных о яркости фона, метеорологической дальности видимости и ступени яркости огней ВПП.

Эти устройства не отвечают требованиям оперативности получения выходных данных.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения информации о дальности видимости огней ВПП, описанный в [5, с.51-52], согласно которому, оценка дальности видимости огней ВПП основывается на трех входных величинах: метеорологическая дальность видимости S по данным трансмиссометра, яркость фона Е по данным яркомера, и информация об интенсивности I включенных по указанию диспетчера посадки огней ВПП. Оценка выполняется путем вычислений с помощью компьютера по формуле (2), которая для удобства вычислений преобразуется к виду:

формула (5) отличается от формулы (3) коэффициентом запаса m. Здесь m - коэффициент запаса.

При вычислениях применен алгоритм итерации.

Недостатком прототипа является зависимость результата от наличия данных о яркости I включенных огней (обычно 4-5 ступеней яркости), отсутствие автономности.

Это не обеспечивает требуемый уровень автоматизации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы, является устройство [6], содержащее компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

При наличии информации на выходе интерфейсов о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП и измерительных данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е компьютер вычисляет дальность видимости огней ВПП (RVR) по формуле Аллара .

Недостатком известного устройства является невозможность получения информации о дальности видимости огней при отсутствии информации на выходе интерфейса о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение автономности работы и автоматизации процесса получения данных о видимости огней ВПП.

Для решения поставленной задачи предложен способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП), который, как и прототип, включает измерение метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е и использование информации об интенсивности (яркости) установленных на аэродроме огней ВПП, а также расчет расстояния, равного дальности видимости огней.

В отличие от прототипа, в предлагаемом способе предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I_min, достаточную для их обнаружения на расстоянии R_min, выбирают ступень яркости I_n огней, которую необходимо включить из условия I_n>I_min>I_n-1, где n - порядковый номер ступени яркости, определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I_n, a I_min рассчитывают по формуле , в которой R_min соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, где m - коэффициент запаса, ε - порог контрастной чувствительности глаза.

Огни ВПП имеют узкую диаграмму направленности, поэтому коэффициент запаса m является функцией расстояния. При ухудшении видимости S пилот воздушного судна наблюдает видимые на близком расстоянии огни ВПП под углом, что и является причиной ухудшения их видимости и требует введения коэффициента запаса m. При использовании метода итерации зависимость m от расстояния усложняет расчеты. Однако в предложенном способе расчет R_min из уравнения имеет решение в явном виде.

Табличные значения функции m(R) хранятся в памяти компьютера и для данного конкретного аэродрома эта зависимость известна.

Использование при расчетах R_min коэффициента запаса m повышает достоверность информации о RVR.

Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) осуществляется с помощью устройства, которое, как и прототип, содержит компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

В отличие от прототипа, интерфейс установки (включения) огней ВПП выполнен с дополнительным входом, а компьютер дополнен блоком предварительной обработки измерительной информации на два входа и один выход, первый вход подключен к интерфейсу данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е, а также интерфейс данных о ступенях I_n яркости огней ВПП, подключенный ко второму входу дополнительного блока предварительной обработки для вычисления минимально необходимой для обнаружения огней на расстоянии R, равном минимуму аэродрома по RVR, при этом выход блока предварительной обработки подсоединен к дополнительному управляющему входу интерфейса установки (включения) огней ВПП.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что интерфейс установки (включения) огней ВПП содержит табличные значения функции m(R).

Дальность видимости огней ВПП I_min является входным системным параметром вычислителя, а не искомым, как это принято при расчетах по известному методу итерации. Это позволяет определить (выбрать) ступень яркости огней ВПП, которую следует включить диспетчеру при данных условиях атмосферы (метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е) при отсутствии информации на интерфейсе установки (включения) огней ВПП.

Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) обеспечивает автономность работы, поскольку не требует вводить данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП, а также возможность автоматического управления устройством переключения ступеней яркости огней ВПП. При этом диспетчер имеет возможность при необходимости корректировать полученный результат.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство для определения дальности видимости (RVR) огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) содержит компьютер с программным обеспечением, который включает блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2, интерфейсы данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е 3, интерфейс данных о действующих на аэродроме ступенях (I_n) яркости огней ВПП 4, а также интерфейс установки (включения) огней ВПП 5.

Блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2 имеют два входа и один выход каждый.

Входы, подключенные к интерфейсу 3 данных S и Е, объединены.

Блок предварительной обработки измерительной информации 1 имеет дополнительный вход, подключенный к интерфейсу 4 данных о ступенях (In) яркости огней ВПП.

Второй вход блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации подключен к интерфейсу 5 установки (включения) огней ВПП, который имеет основной и дополнительный входы. Дополнительный вход соединен с выходом блока предварительной обработки измерительной информации 1, основной вход предназначен для включения огней ВПП по указанию диспетчера. Выход компьютера предназначен для соединения с цифровым дисплеем для отображения результатов расчета.

К интерфейсу 3 данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е подключены датчик 6 метеорологической дальности видимости S и датчик 7 яркости окружающего фона Е.

Способ определения дальности видимости огней ВПП осуществляется следующим образом.

Измерительная информация о метеорологической дальности видимости S и яркости фона Е поступает на основные входы блока предварительной обработки измерительной информации 1 и блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации. В блоке предварительной обработки измерительной информации 1 выполняется расчет по формуле

Эта формула является частным случаем формулы Аллара, в которой R_min соответствует значению RVR, взятому из рабочего минимума аэродрома и используется не как искомый, а как системный параметр. Поэтому формула (6) имеет решение для I_min в явном виде. На дополнительный вход блока предварительной обработки измерительной информации 1 поступает информация I_n о ступенях яркости огней ВПП, которыми оснащен данный аэродром. Обычно число ступеней равно четырем. Информация о I_n также представляет собой системный параметр.

Компьютер путем сравнения I_min со ступенями яркости огней ВПП выбирает ступень I_n, которая удовлетворяет условию I_n>I_min>I_n-1.

Значение I_n поступает на управляющий вход интерфейса 5 установки (включения) огней ВПП, выход которого соединен с дополнительным входом блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации, выход которого является выходом компьютера и подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

Таким образом, обеспечивается автоматизация процесса получения данных об RVR.

Диспетчер при необходимости может корректировать выбор ступени огней ВПП, например, если минимум командира воздушного судна не соответствует рабочему минимуму аэродрома.

Примеры осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) с помощью предлагаемого устройства:

Для этой цели пользуются таблицами, рассчитанными методом итерации и представленными в Национальном руководстве по определению дальности видимости на ВПП (РД 52.21.610, редакции 2004 г.), Приложение 2.

Выберем таблицу 8 для следующих условий:

E=10^-4,5 лк (яркость фона 579-971 кд/м²)

Сумерки. Рабочий минимум аэродрома: RVR=400 м.

Пример 1

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=250 м.

III ступень яркости обеспечивает RVR=375 м

IY ступень яркости обеспечивает RVR=450 м

Следовательно: I_IY>I_min>I_III.

С помощью устройства выбирают четвертую ступень яркости, которую необходимо включить для обеспечения безаварийной посадки.

Пример 2

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=200 м

Рабочий минимум аэродрома 400 м

IY ступень яркости обеспечивает RVR=375 м

Y ступень яркости соответствует RVR=450 м

Следовательно:

I_Y>I_min>I_IY.

С помощью устройства выбирают пятую ступень яркости.

Пример 3

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=150 м;

I_Y+1>I_min>I_Y.

Поскольку I_Y+1 в данной системе огней ВПП на данном аэродроме отсутствует, безаварийная посадка не гарантирована и воздушному судну будет отказано в совершении посадки.

Пример 4

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S=500 м, что соответствует RVR=650 м;

I_III-1>I_min>I_III

С помощью устройства выбирают третью ступень яркости, обеспечивающую RVR=650 м.

Таким образом, предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) и устройство для его осуществления обеспечивает автономность работы и автоматизацию процесса получения данных о видимости огней ВПП.

Пример 1 Таблица 7 Е_р=10^-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м²) III ступень (10%) IV ступень (30%) V ступень (100%) MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м 20-32 50 17-27 50 15-24 50 33-47 75 28-40 75 25-34 75 48-64 100 41-53 100 35-46 100 65-83 125 54-67 125 47-58 125 84-103 150 68-83 150 59-70 150 104-124 175 84-99 175 71-84 175 125-141 200 100-113 200 85-95 200 142-157 225 114-126 225 96-105 225 158-173 250 127-139 250 106-116 250 174-190 275 140-152 275 117-127 275 191-206 300 153-166 300 128-138 300 207-222 325 167-179 325 139-149 325 223-239 350 180-192 350 150-160 350 240-255 375 193-206 375 161-171 375 256-288 400 207-232 400 172-192 400 289-320 450 233-259 450 193-214 450 321-353 500 260-285 500 215-236 500 354-400 550 286-321 550 237-264 550 401-450 600 322-358 600 265-293 600 451-530 650 359-415 650 294-335 650 531-589 700 416-457 700 336-367 700 590-650 750 458-500 750 368-400 750 651-782 800 501-592 800 401-468 800 783-965 900 593-712 900 469-554 900 966-1099 1000 713-821 1000 555-631 1000 1100-1199 1100 822-937 1100 632-713 1100 1200-1299 1200 938-1059 1200 714-797 1200 1300-1399 1300 1060-1189 1300 798-886 1300 1400-1499 1400 1190-1326 1400 887-978 1400 1500-1599 1500 1327-1470 1500 979-1073 1500 1600-1699 1600 1471-1623 1600 1074-1172 1600 1700-1799 1700 1624-1783 1700 1173-1275 1700 1800-1899 1800 1784-1899 1800 1276-1381 1800 1900-1999 1900 1900-1999 1900 1382-1551 1900 2000-2099 2000 2000-2099 2000 1552-1671 2000         1672-1795 2100         1796-1923 2200         1924-2055 2300

Пример 2 Таблица 7 Е_р=10^-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м²) III ступень (10%) IV ступень (30%) V ступень (100%) MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м 20-32 50 17-27 50 15-24 50 33-47 75 28-40 75 25-34 75 48-64 100 41-53 100 35-46 100 65-83 125 54-67 125 47-58 125 84-103 150 68-83 150 59-70 150 104-124 175 84-99 175 71-84 175 125-141 200 100-113 200 85-95 200 142-157 225 114-126 225 96-105 225 158-173 250 127-139 250 106-116 250 174-190 275 140-152 275 117-127 275 191-206 300 153-166 300 128-138 300 207-222 325 167-179 325 139-149 325 223-239 350 180-192 350 150-160 350 240-255 375 193-206 375 161-171 375 256-288 400 207-232 400 172-192 400 289-320 450 233-259 450 193-214 450 321-353 500 260-285 500 215-236 500 354-400 550 286-321 550 237-264 550 401-450 600 322-358 600 265-293 600 451-530 650 359-415 650 294-335 650 531-589 700 416-457 700 336-367 700 590-650 750 458-500 750 368-400 750 651-782 800 501-592 800 401-468 800 783-965 900 593-712 900 469-554 900 966-1099 1000 713-821 1000 555-631 1000 1100-1199 1100 822-937 1100 632-713 1100 1200-1299 1200 938-1059 1200 714-797 1200 1300-1399 1300 1060-1189 1300 798-886 1300 1400-1499 1400 1190-1326 1400 887-978 1400 1500-1599 1500 1327-1470 1500 979-1073 1500 1600-1699 1600 1471-1623 1600 1074-1172 1600 1700-1799 1700 1624-1783 1700 1173-1275 1700 1800-1899 1800 1784-1899 1800 1276-1381 1800 1900-1999 1900 1900-1999 1900 1382-1551 1900 2000-2099 2000 2000-2099 2000 1552-1671 2000         1672-1795 2100         1796-1923 2200         1924-2055 2300

Пример 3 Пример 4 Таблица 7 Е_р=10^-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м²) III ступень (10%) IV ступень (30%) V ступень (100%) MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м MOR, м RVR, м 20-32 50 17-27 50 15-24 50 33-47 75 28-40 75 25-34 75 48-64 100 41-53 100 35-46 100 65-83 125 54-67 125 47-58 125 84-103 150 68-83 150 59-70 150 104-124 175 84-99 175 71-84 175 125-141 200 100-113 200 85-95 200 142-157 225 114-126 225 96-105 225 158-173 250 127-139 250 106-116 250 174-190 275 140-152 275 117-127 275 191-206 300 153-166 300 128-138 300 207-222 325 167-179 325 139-149 325 223-239 350 180-192 350 150-160 350 240-255 375 193-206 375 161-171 375 256-288 400 207-232 400 172-192 400 289-320 450 233-259 450 193-214 450 321-353 500 260-285 500 215-236 500 354-400 550 286-321 550 237-264 550 401-450 600 322-358 600 265-293 600 451-530 650 359-415 650 294-335 650 531-589 700 416-457 700 336-367 700 590-650 750 458-500 750 368-400 750 651-782 800 501-592 800 401-468 800 783-965 900 593-712 900 469-554 900 966-1099 1000 713-821 1000 555-631 1000 1100-1199 1100 822-937 1100 632-713 1100 1200-1299 1200 938-1059 1200 714-797 1200 1300-1399 1300 1060-1189 1300 798-886 1300 1400-1499 1400 1190-1326 1400 887-978 1400 1500-1599 1500 1327-1470 1500 979-1073 1500 1600-1699 1600 1471-1623 1600 1074-1172 1600 1700-1799 1700 1624-1783 1700 1173-1275 1700 1800-1899 1800 1784-1899 1800 1276-1381 1800 1900-1999 1900 1900-1999 1900 1382-1551 1900 2000-2099 2000 2000-2099 2000 1552-1671 2000         1672-1795 2100         1796-1923 2200         1924-2055 2300

Источники информации

1. Ковалев В.А. Видимость в атмосфере и ее определение. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

2. Афиногенов Л.П. Методика расчета видимости ОВИ в автоматических измерительных системах. - Тр.ГГО, 1981, вып.449, с.88-91.

3. Коновалов Ю.Г. Автоматический вычислитель дальности видимости огней. - Информ. материал по гидрометеоприборам и методам наблюдения, 1967, №31.

4. Попков С.Л. Вычислительное устройство для определения дальности видимости аэродромных огней высокой интенсивности. - Тр. ГГО, 1969, вып.40, с.103-108.

5. Бочарников Н.В. и др. Дальность видимости на взлетно-посадочной полосе и ее определение. - СПб: Гидрометеоиздат, 1999 - прототип для способа.

6. Руководство по практике наблюдений за дальностью видимости на ВПП и передачи сообщений о ней. / Дос. 9328-А№908. Издание второе - ИК АО, 2000, с.56 - прототип для устройства.

Группа изобретений относится к области техники измерения фотометрических параметров и предназначается преимущественно для определения видимости световых ориентиров взлетно-посадочной полосы (ВПП) при метеорологическом обеспечении действий авиации на аэродроме. В предлагаемом способе определения дальности видимости огней ВПП предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I_min, достаточную для их обнаружения на расстоянии R_min. Выбирают ступень яркости I_n огней, которую необходимо включить из условия I_n>I_min>I_n-1, где n - порядковый номер ступени яркости. Определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I_n. I_min рассчитывают по формуле в которой R_min соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, m - коэффициент запаса, ε - порог контрастной чувствительности глаза. Устройство содержит компьютер с блоком предварительной обработки измерительной информации, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона E, с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации, цифровой дисплей. Достигается автономность работы и автоматизация процесса получения данных видимости огней ВВП. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) путем измерения метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона E и использования информации об интенсивности (яркости) включенных огней ВПП, а также расчета расстояния, равного дальности видимости огней, отличающийся тем, что предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I_min, достаточную для их обнаружения на расстоянии R_min, выбирают ступень яркости I_n огней, которую необходимо включить из условия I_n>I_min>I_n-1, где n - порядковый номер ступени яркости, определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I_n, а I_min рассчитывают по формуле в которой R_min соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, где m - коэффициент запаса, ε - порог контрастной чувствительности глаза.

2. Устройство для определения дальности видимости (RVR) огней взлетно-посадочной полосы (ВПП), содержащее компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета, отличающееся тем, что интерфейс установки (включения) огней ВПП выполнен с дополнительным входом, а компьютер дополнен блоком предварительной обработки измерительной информации на два входа и один выход, первый вход подключен к интерфейсу данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е, а также интерфейс данных о ступенях I_n яркости огней ВПП, подключенный ко второму входу дополнительного блока предварительной обработки для вычисления минимально необходимой для обнаружения огней на расстоянии R, равном минимуму аэродрома по RVR, при этом выход блока предварительной обработки подсоединен к дополнительному управляющему входу интерфейса установки (включения) огней ВПП.