ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ОСНОВАННАЯ НА МОНОФОТОННОЙ УФ-С ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ ВОЗДУШНОГО СУДНА Российский патент 2015 года по МПК B64F1/18 

Изобретение относится к области авиации, в частности к аэродромному и бортовому самолетному оборудованию, которое может быть использовано для обеспечения посадки воздушных судов (ВС).

Существуют три системы обеспечения захода на посадку воздушных судов: радиотехническая курсоглиссадная система (КГС), которая в терминологии (на английском языке называется instrument landing system - ILS), микроволновая система посадки (МСП) (на английском языке Microwave Landing System - MLS), спутниковая система посадки самолетов ЛККС (сокращенно на английском - GLS). В настоящее время в России используются следующие средства посадки: КГС и ЛККС.

Однако КГС практически не обладает пространственным (координатным) разрешением, т.е. получаемые с их помощью данные носят характер «ориентировочных сведений». Светосигнальная система не обладает достаточной информативностью и не обеспечивает необходимую безопасность посадки вследствие низкой помехоустойчивости при плохих метеоусловиях: гидрометеоры, туман. Локальные (радиолокационные) системы обладают низкой точностью определения координат воздушного судна. Глобальные системы (основанные на применении технологий GPS/ГЛОНАСС) являются наиболее популярными из-за того, что необходимость в установке собственных маяков отсутствует, т.к. в качестве таковых выступают спутники. Тем не менее, широкое применение глобальных систем ставит их в зависимость от работоспособности спутниковой сети, причем работоспособности как чисто технической, так и политической, например, в случае возникновения международной конфликтной ситуации. Кроме того, система спутниковой навигации уязвима просто из-за возможности поставить мощный источник помех (возможно, даже на базе обычного спутника связи), а при установке маяков на земле источником помех становится рельеф местности.

Таким образом, все указанные системы посадки уязвимы с точки зрения обеспечения гарантированной надежности и, следовательно, нуждаются в резервировании. В этом плане целесообразно иметь дополнительную систему, которая не подвержена действию внешних помех (например, глушению в радиодиапазоне), не зависит от политической ситуации в мире, от работоспособности спутников, передатчиков и имеет свой полностью независимый тракт как на земле, так и на борту. Желательна максимальная точность системы в непосредственной близости от взлетно-посадочной полосы (ВПП), чтобы иметь возможность при посадке по приборам дублировать работу спутниковых систем.

Известна система посадки летательных аппаратов, содержащая наземную систему маяков - излучателей и приемника излучения, установленного на борту воздушного судна (патент RU №2108943, «Система посадки», МПК B64F 1/18 опубл. 20.04.1998). Наземные маяки-излучатели и приемник на борту воздушного судна функционируют в инфракрасном диапазоне излучения.

Целью этого изобретения являлось увеличение точности системы захода на посадку летательного аппарата в результате формирования информационного поля, образующего курсоглиссаду в начале посадочной полосы, в ИК-диапазоне. Эта система, используя излучение в ИК-диапазоне, образует в пространстве информационное поле в виде трех- или четырехлучевой диаграммы излучения. Так как ИК-излучатели имеют малые размеры, то они могут быть расположены непосредственно на поверхности в начале ВПП. Каждый из лучей модулирован по амплитуде своими кодами импульсов в соответствии с присвоенными им кодами комбинации или тональной частоты. Информационное поле формируется диаграммой излучения курсоглиссады, при отклонении от оси которой на выходе оптико-приемного устройства, расположенного на борту ЛА, формируются командные сигналы, используемые для приведения траектории планирования летательного аппарата к оси курсоглиссады, вплоть до достижения аппаратом значения высоты начала выравнивания перед приземлением.

Описанное выше изобретение обладает рядом существенных недостатков. Одними из них являются упомянутые в патенте ограниченность дальности действия и предназначение этой системы для легких маневренных летательных аппаратов. Особенно сильное негативное влияние на работу системы посадки в ИК-диапазоне оказывают гидрометеоры, которые приводят к существенному ослаблению принимаемого сигнала и, как следствие, к резкому уменьшению дальности действия и снижению точности (см. В.В. Коротаев, Г.С. Мельников, С.В. Михеев, Основы тепловидения, СПб: НИУ ИТМО. 2012. 122 с.). Кроме того, так как данная система работоспособна только при малых дальностях, то необходимо на уровне дальней приводной станции обеспечение высокой точности вывода ЛА в зону курсоглиссады.

Технической задачей, решаемой в рамках предлагаемого изобретения, является создание оптической системы определения координат летательного аппарата, основанной на монофотонной УФ-С технологии для навигационного обеспечения захода на посадку воздушного судна, лишенной указанных недостатков прототипа в результате применения ультрафиолетового излучения в диапазоне 250-280 нм с использованием УФ-С монофотонной технологии (см. Белов А.А., Егоров В.В., Калинин А.П., Коровин Н.А., Родионов А.И., Родионов И.Д., Степанов С.Н. Монофотонный сенсор ультрафиолетового диапазона «Корона». Датчики и системы. №12. 2012. С. 58-60).

Техническим результатом применения изобретения является повышение надежности и безопасности посадки воздушного судна в результате применения инструментального метода получения цифровой информации о текущих координатах самолета относительно ВПП.

Поставленная задача и необходимый технический результат достигаются тем, что в оптической системе определения координат летательного аппарата, основанной на монофотонной УФ-С технологии для навигационного обеспечения захода на посадку воздушного судна, содержащей наземный оптический излучатель - маяк ультрафиолетового излучения, расположенный в начале взлетно-посадочной полосы, а также не менее двух приемников излучения, в качестве которых применены монофотонные устройства с известными заранее координатами, расположенных по обе стороны от взлетно-посадочной полосы и работающих в ультрафиолетом диапазоне. На воздушном судне размещены не менее одного приемника излучения, в качестве которого применено монофотонное устройство, работающее в ультрафиолетом диапазоне, а также не менее одного излучателя - маяка ультрафиолетового излучения, сигналы от которого регистрируются наземными приемниками излучения и используются для определения углов места и азимута воздушного судна, что необходимо для определения его координат относительно взлетно-посадочной полосы. Эти координаты с помощью наземного излучателя-маяка передают на борт воздушного судна для обеспечения вывода воздушного судна на посадку.

Наземные оптические излучатели-маяки и оптические излучатели-маяки, установленный на борту ВС, а также приемники излучения, размещенные на земле и борту ВС, функционируют в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм (УФ-С диапазон), обеспечивающим солнечно-слепой режим. При этом в качестве излучателей-маяков возможно применение программно-модулированных излучателей на базе эксимерных ламп, либо когерентных лазеров, либо светодиодов, функционирующих в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм.

Сущность изобретения поясняется схемой на чертеже.

Оптическая система определения координат летательного аппарата, основанная на монофотонной УФ-С технологии для навигационного обеспечения захода на посадку воздушного судна содержит, по крайней мере, два наземных приемника 1, 2 ультрафиолетового излучения, которые установлены по обеим сторонам от взлетно-посадочной полосы (ВВП). В начале ВВП установлен излучатель-маяк ультрафиолетового излучения 3. На борту ВС 4 размещен излучатель-маяк ультрафиолетового излучения 5, а также приемник ультрафиолетового излучения 6. В качестве приемников ультрафиолетового излучения как наземных, так и бортового используют монофотонные устройства. Излучатели-маяки 3, 5 ультрафиолетового диапазона выполнены в виде программно-модулированных излучателей на базе эксимерной лампы, функционирующей в УФ-С диапазоне. В качестве излучателей-маяков 3, 5 также возможно применение когерентных лазеров или светодиодов, функционирующих в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм.

Система посадки летательных аппаратов функционирует следующим образом.

Установленный на борту ВС 4 излучатель-маяк 5 передает модулированный сигнал в УФ-С диапазоне в виде последовательности ультракоротких импульсов. Эти сигналы принимаются наземными приемниками излучения 1 и 2. Информация, полученная с названных приемников, используется для определения углов места и азимута ВС, под которыми виден маяк ВС, с последующим вычислением его положения (координат) относительно ВПП. Эти координаты затем передают на борт ВС по УФ-С каналу связи (наземный излучатель 3 - бортовой приемник 6), что позволяет вывести ВС на заданную линию захода на посадку.

Так как система предназначена для обеспечения посадки нескольких ВС, то в излучении с борта должна содержаться информация об его идентификации.

Проведенные экспериментальные работы подтвердили промышленную применимость предлагаемого изобретения.

Изобретение относится к области авиации, в частности к аэродромному и бортовому самолетному оборудованию. Оптическая система определения координат летательного аппарата содержит наземный оптический излучатель-маяк, расположенный в начале взлетно-посадочной полосы и устройство для приема излучения, размещенное на борту воздушного судна. По обе стороны от взлетно-посадочной полосы размещено не менее двух приемников излучения с известными заранее координатами в виде монофотонных устройств. На воздушном судне размещен как минимум один приемник излучения, в качестве которого применено монофотонное устройство и как минимум один излучатель-маяк ультрафиолетового излучения, сигналы от которого регистрируются наземными приемниками излучения и используются для определения углов места и азимута воздушного судна. Достигается повышение надежности и безопасности посадки воздушного судна. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптическая система определения координат летательного аппарата, основанная на монофотонной УФ-С технологии для навигационного обеспечения захода на посадку воздушного судна, содержащая наземный оптический излучатель-маяк, расположенный в начале взлетно-посадочной полосы, а также устройство для приема излучения, размещенное на борту воздушного судна, отличающаяся тем, что по обе стороны от взлетно-посадочной полосы размещено не менее двух приемников излучения с известными заранее координатами, в качестве которых применены монофотонные устройства, работающие в ультрафиолетовом диапазоне, а на воздушном судне дополнительно к не менее чем к одному приемнику излучения, в качестве которого применено монофотонное устройство, работающее в ультрафиолетом диапазоне, размещено не менее одного излучателя-маяка ультрафиолетового излучения, сигналы от которого регистрируются наземными приемниками излучения и используются для определения углов места и азимута воздушного судна, что необходимо для определения координат воздушного судна относительно взлетно-посадочной полосы, которые передает на него наземный излучатель - маяк для обеспечения вывода воздушного судна на посадку.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что наземные оптические излучатели-маяки и оптические излучатели-маяки, установленные на борту воздушного судна, а также приемники излучения, размещенные на земле и борту воздушного судна, функционируют в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм, обеспечивающем солнечно-слепой режим.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве излучателей-маяков применяют УФ-С программно-модулированные излучатели на базе эксимерной лампы.

4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве излучателей-маяков применяют когерентные лазеры.

5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве излучателей-маяков применяют светодиоды.