СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ И ВЕЛИЧИНЫ ОТКЛОНЕНИЯ САМОЛЕТА ОТ КУРСА И ГЛИССАДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G01S13/91 

Группа изобретений относится к системам посадки самолетов и может быть использована при реализации комплексов аэродромного обеспечения.

Общеизвестен способ определения курса и глиссады при посадке самолета с помощью аэродромной РЛС, например, РСП-7, две антенны которой все время вращаются в заданных секторах по азимуту и углу места. О РЛС с невращающимися антеннами и аналогичными функциями мало что известно.

Целью изобретения является расширение ассортимента устройств посадки самолетов на аэродром, что достигается за счет использования для определения величины отклонения самолета от курса и глиссады четырехчастотного дальномера.

При определении направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады самолет облучают четырьмя приемо-передающими антеннами ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, установленными в начале взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают в сторону приближающегося к ВПП самолета четыре непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно-спадающему закону, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы с близкими частотами f₁, f₂, f₃ и f₄ соответственно у НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналов и одинаковыми у них частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые после отражения от самолета принимаются, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, и их перемножают с излученными, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналами, и выделяют сигналы с частотами, соответственно, Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif₁/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vif₂/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif₃/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif₄/C, где С - скорость света, Di, Dj, Dz и Dx - расстояния, соответственно, между ППА1, ППА2, ППА3, ППА4 и самолетом, приближающимся к аэродрому со скоростью Vi, которую определяют до получения сигналов с частотами Fpi, Fpj, Fpz и Fpx, которые далее перемножают, соответственно, с сформированными заранее сигналами с частотами 2Vif₁/C, 2Vif₂/C, 2Vif₃/C и 2Vif₄/C и выделяют четыре сигнала с частотами F¹pi=2DiFmdfm/C, Fp¹j=DjFmdfm/C, F^lpz=2DzFmdfm/C, F^lpx=2DxFmdfm/C, а также вычисляют коэффициент Ki=Di/Dmin=CF¹pi/2FmdfmDmin, где Dmin - минимально возможное расстояние от ППА до самолета, когда еще есть необходимость в определении курса и глиссады, после чего вычисляют две разности со знаком, т.е. ±Δ₁=F¹pi-Fp¹j и ±Δ₂=F¹pz-F¹px, которые умножают на коэффициент Ki и получают два числа, т.е. ±Δ₁Ki и ±Δ₂Ki, величине и знаку которым соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады.

Устройство определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады выполнено в виде частотного радиолокатора, содержащего последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), первый генератор непрерывных сигналов (Г1), выход которого подключен к входам смесителей (CM) CM5, СМ6, СМ7 и СМ8, а выход Г2 через последовательно соединенные второй вход CM5, пятый фильтр (Ф5), СМ1, Ф1 подключен к второму входу СМ9, выход Г3 через последовательно соединенные второй вход СМ6, Ф6, СМ2, Ф2 подключен к второму входу СМ10, выход Г4 через последовательно соединенные второй вход СМ7, Ф7, СМ3, Ф3 подключен к второму входу СМИ, выход Г5 через последовательно соединенные второй вход СМ8, Ф8, СМ4, Ф4 подключен к второму входу СМ12, а также выходы Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8, соответственно, через усилители мощности (УМ) УМ1, УМ2, УМ3, УМ4 подключены к входам, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающим на передачу, а входы ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающие на прием, подключены к вторым входам, соответственно, СМ1, СМ2, СМ3, СМ4 и, кроме того, выход Ф1 подключен к входу определителя скорости посадки самолета, выходы которого подключены к входам ЦАП2, ЦАП3, ЦАП4 и ЦАП5, входы опорных напряжений которых подключены, соответственно, к выходам первого блока опорного напряжения (БОН1), БОН2, БОН3 и БОН4, выход ЦАП2 через последовательно соединенные Г6, СМ9, Ф9, первый частотомер (Ч1) подключен к первой схеме вычитания и вычислителю коэффициента, выход ЦАП3 через последовательно соединенные Г7, СМ10, Ф10, Ч2 подключен к второму входу первой схемы вычитания, выход ЦАП5 через последовательно соединенные Г8, СМ11, Ф11, Ч3 подключен к второй схеме вычитания, выход ЦАП4 через последовательно соединенные Г9, СМ12, Ф12, Ч4 подключен к второму входу второй схемы вычитания, выходы первой и второй схем вычитания, соответственно, через первую и вторую схемы умножения подключены к первой и второй выходным шинам, а вторые входы первой и второй схем умножения подключены к выходу вычислителя коэффициента.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады.

Установим ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 в начале ВПП аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L=2 м расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L=2 м расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают в сторону приближающегося к ВПП самолета, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы, с близкими частотами f₁=1, f₂=1,1, f₃=1,2 и f₄=1,3 ГГц соответственно у НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналов и одинаковыми у них частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые на четырехчастотном радиолокаторе (ЧЧР), в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП1 формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап Г1. При этом на выходе Г1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ5, СМ6, СМ7 и СМ8, на вторые входы которых подают с Г2, Г3, Г4 и Г5, соответственно, сигналы частотой fx, fz, fy и fr. При этом на выходах СМ5, СМ6, СМ7 и СМ8 и соответственно Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8 формируются сигналы частотой f₁=f-fx=1, f₂=f-fz=1,1, f₃=f-fy=1,2 и f₄=f-fr=1,3 ГГц, которые, соответственно, УМ1, УМ2, УМ3 и УМ4 усиливаются и через, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 передаются в сторону самолета. Отраженные от самолета НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы принимаются ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4, перемножаются в СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 с излученными НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналами, подводимыми к вторым входам, соответственно, СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 с выходов, соответственно, Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 и соответственно выходах Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 формируются сигналы с частотами, соответственно, Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif₁/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vf₂/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif₃/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif₄/C.

Следует отметить, что до момента обнаружения самолета измеряют его посадочную скорость Vi, вычисляя при, например, выбранных Vo=15 м/с и До=Vof₁/Fmdfm выражение Vi=4До/t, где [см. заявку РФ №2012148956/07 (078599)] До - выбираемый базовый интервал расстояния, Vo - минимально возможная посадочная скорость самолета, t - измеряемое время пролета самолетом расстояния 4До. Для чего в известной РЛС излучаемый НЛЧМ сигнал не задерживают и в обнаружителе сигналов узкополосного спектра частот [см. там же] выбирают соответствующий опорный сигнал, что позволяет измерить Vi на удалениях больших длины глиссады.

Очевидно, что если значение Vi, например, в цифровой форме подать на входы ЦАП2, ЦАП3, ЦАП4 и ЦАП5, на ЦАПы, имеющие разные опорные напряжения, то под действием на варикапы Г6, Г7, Г8 и Г9 напряжений с их выходов можно установить эти генераторы в состояние генерации ими сигналов, соответственно, частотой 2Vif₁/C, 2Vif₂/C, 2Vif₃/C и 2Vif₄/C и далее их в СМ9, СМ10, СМ11 и СМ12 перемножить с сигналами, сформированными на выходах Ф1, Ф2, Ф3 и Ф4, с целью выделения фильтрами Ф9, Ф10, Ф11 и Ф12 четырех разностных сигналов с частотами F^lpi=2DiFmdfm/C, Fp¹j=2DjFmdfm/C, F¹pz=2DzFmdfm/C, F¹px=2DxFmdfm/C.

Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будут, например, минимально возможные для отслеживания курсовых и глиссадных рассогласований расстояния, соответственно, D₁=15 м, D₂=√15² м+L²=15,1327 м,

D₃=√15²+(L²/2)=15,067 м и D₄=15,067 м, т.е. самолет летит прямо только на ППА1, выше на 1 м глиссады и точно по курсу. Тогда фильтры Ф9, Ф10, Ф11 и Ф12 выделят и частотомеры Ч1, Ч2, Ч3 и Ч4 вычислят, соответственно, частоты:

F¹p₁=20[(15 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=2550 Гц,

F¹p₂=20[(15,1327 м=√15²+2²)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=2572,567 Гц,

F¹p₃=20[(15,067 м=√15²+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=2561,308 Гц,

F¹p₄=20[(15,067 м=√15²+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=2561,308 Гц.

После чего и при, например, Dmin=15 м вычислителем коэффициента вычисляют коэффициент K₁=D₁/Dmin=15 м/15 м=1, а первой и второй схемами вычитания вычисляют две разности со знаком, т.е. Δ₁=F¹p₁-F¹p₂=-22,567 и Δ₂=F¹p₃-F¹p₄=0, которые в первой и второй схемах умножения умножают на коэффициент K₁ и получают K₁Δ₁=-22,567 и K₁Δ₂=+0, т.е. два числа со знаками, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (в данном случае на 1 м выше глиссады и точно по курсу).

Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будут, например, максимально возможные для отслеживания курсовых и глиссадных рассогласований расстояния, соответственно, 1500 м, √1500² м+L²=1500,001333 м, √1500²+(L²/2)=1500,00067 м и 1500,00067 м, т.е. самолет летит прямо только на ППА1, выше на 1 м глиссады и точно по курсу. Тогда фильтрами Ф9, Ф10, Ф11, Ф12 будут выделены и частотомерами Ч1, Ч2, Ч3, Ч4 вычислены, соответственно, частоты

F¹p₅=20[(1500 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=255000 Гц,

F^lp₆=20[(1500,001333=√15²+2²)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=255000,2266 Гц,

F^lp₇=20[(1500,00067=√15²+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=255000,1139 Гц,

F^lp₈=20[(1500,00067=√15²+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=255000,1139 Гц.

После чего вычисляют коэффициент K₂=1500/15=100 и две разности со знаком, т.е. Δ₃=F^lp₁-F^lp₂=-0,2266 и Δ₄=F^lp₃-F^lp₄=0, которые умножают на коэффициент K₂, т.е. K₂Δ₃=-22,566 и K₂Δ₄=+0, и получают два числа, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (на 1 м выше глиссады и точно по курсу).

Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будет, соответственно, √1500²+9²=1500,027, √1500²+11²=1500,040, Е м. и Е м., т.е. самолет летит точно по курсу и выше на 10 м глиссады. Тогда фильтрами Ф9, Ф10, Ф11, Ф12 будут выделены и частотомерами Ч1, Ч2, Ч3, Ч4 вычислены, соответственно, частоты

F^lp₉=20[(1500,027 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10⁸ м/с)=255004,59 Гц,

F¹p₁₀=20[(1500,040 м)(5 кГц)(5,1 МГц)/(3×10⁸ м/с)=255006,8 Гц

и F¹p₁₁=F¹p₁₂

После чего вычисляют коэффициент K₃=1500,027/15=100 и две разности со знаком, т.е. Δ₅=F^lp₉-F^lp₁₀=-2,21 и Δ₆=F^lp₁₁-F^lp₁₂=0, которые умножают на коэффициент K₃, т.е. K₃Δ₅=-221 и K₃Δ₆=+0, и получают два числа, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (точно по курсу и на 10 м выше глиссады, так как K₃Δ₅ больше K₂Δ₃ или K₁Δ₁ почти в 10 раз).

Группа изобретений относится к системам посадки самолетов и может быть использована при реализации комплексов аэродромного обеспечения. Достигаемый технический результат - расширение ассортимента устройств посадки самолетов на аэродром, что достигается за счет использования РЛС, содержащей: четыре антенны (ППА), десять генераторов сигналов, по двенадцать смесителей и фильтров, по четыре усилителей мощности и частотомера, пять ЦАП, вычислитель коэффициента и по две схемы умножения и вычитания. При этом определяют направление и величину отклонения самолета от курса и глиссады, облучая его четырьмя ППА, установленными в начале ВПП аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают четыре непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно-спадающему закону (НЛЧМ1 сигналы) с близкими частотами f₁, f₂, f₃, f₄ и одинаковыми частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые после отражения от самолета принимаются ППА, и их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами, и выделяют сигналы с частотами Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif₁/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vif₂/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif₃/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif₄/C, где C - скорость света, Di, Dj, Dz и Dx - расстояния между ППА и самолетом, имеющим скорость Vi, определяемую до получения этих сигналов, которые далее перемножают с сформированными заранее сигналами с частотами 2Vif₁/C, 2Vif₂/C, 2Vif₃/C и 2Vif₄/C и выделяют четыре сигнала с частотами F¹pi=2DiFmdfm/C, Fp¹j=DjFmdfm/C, F^lpz=2DzFmdfm/C, F¹px=DxFmdfm/C, а также вычисляют коэффициент Ki=Di/Dmin, где Dmin - минимально возможное расстояние от ППА до самолета, после чего вычисляют произведение двух разностей ±Ki(F¹pi-Fp¹j) и ±Ki(F¹pz-F¹px), величина и знак которых определяют величину и знак отклонения самолета от курса и глиссады. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады, заключающийся в облучении самолета электромагнитной энергией, отличающийся тем, что самолет облучают четырьмя приемо-передающими антеннами ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, установленными в начале взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают в сторону приближающегося к ВПП самолета четыре непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно-спадающему закону, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы, с близкими частотами f₁, f₂, f₃ и f₄ соответственно у НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналов и одинаковыми у них частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые после отражения от самолета принимаются, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, и их перемножают с излучаемыми, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналами и выделяют сигналы с частотами, соответственно, Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif₁/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vif₂/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif₃/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif₄/C, где С - скорость света, Di, Dj, Dz и Dx - расстояния, соответственно, между ППА1, ППА2, ППА3, ППА4 и самолетом, приближающимся к аэродрому со скоростью Vi, которую определяют до получения сигналов с частотами Fpi, Fpj, Fpz и Fpx, которые далее перемножают, соответственно, с сформированными заранее сигналами с частотами 2Vif₁/C, 2Vif₂/C, 2Vif₃/C и 2Vif₄/C, и выделяют четыре сигнала с частотами F¹pi=2DiFmdfm/C, Fp¹j=DjFmdfm/C, F¹pz=2DzFmdfm/C, F¹px=DxFmdfm/C, a также вычисляют коэффициент Кi=Di/Dmin=CF¹pi/2FmdfmDmin, где Dmin - минимально возможное расстояние от ППА до самолета, когда еще есть необходимость в определении курса и глиссады, после чего вычисляют две разности со знаком, т.е. ±Δ₁=F¹pi-Fp¹j и ±Δ₂=F¹pz-F¹px, которые умножают на коэффициент Кi и получают два числа, т.е. ±Δ₁Кi и ±Δ₂Кi, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады.

2. Устройство определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады, содержащее частотный радиолокатор, отличающееся тем, что частотный радиолокатор содержит последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), первый генератор непрерывных сигналов (Г1), выход которого подключен к входам смесителей (СМ) СМ5, СМ6, СМ7 и СМ8, а выход Г2 через последовательно соединенные второй вход СМ5, пятый фильтр (Ф5), СМ1, Ф1 подключен к второму входу СМ9, выход Г3 через последовательно соединенные второй вход СМ6, Ф6, СМ2, Ф2 подключен к второму входу СМ10, выход Г4 через последовательно соединенные второй вход СМ7, Ф7, СМ3, Ф3 подключен к второму входу СМИ, выход Г5 через последовательно соединенные второй вход СМ8, Ф8, СМ4, Ф4 подключен к второму входу СМ12, а также выходы Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8, соответственно, через усилители мощности (УМ) УМ1, УМ2, УМ3, УМ4 подключены к входам, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающим на передачу, а входы ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающие на прием, подключены к вторым входам, соответственно, СМ1, СМ2, СМ3, СМ4 и, кроме того, выход Ф1 подключен к входу определителя скорости посадки самолета, выходы которого подключены к входам ЦАП2, ЦАП3, ЦАП4 и ЦАП5, входы опорных напряжений которых подключены, соответственно, к выходам первого блока опорного напряжения (БОН1), БОН2, БОН3 и БОН4, выходы ЦАП2 через последовательно соединенные Г6, СМ9, Ф9, первый частотомер (Ч1) подключен к первой схеме вычитания и вычислителю коэффициента, выходы ЦАП3 через последовательно соединенные Г7, СМ10, Ф10, 42 подключен к второму входу первой схемы вычитания, выходы ЦАП4 через последовательно соединенные Г8, СМ11, Ф11, Ч3 подключен к второй схеме вычитания, выходы ЦАП5 через последовательно соединенные Г9, СМ12, Ф12, Ч4 подключен к второму входу второй схемы вычитания, выходы первой и второй схем вычитания, соответственно, через первую и вторую схемы умножения подключены к первой и второй выходным шинам, а вторые входы первой и второй схем умножения подключены к выходу вычислителя коэффициента.