Способ определения геометрической высоты полета при заходе летательного аппарата на посадку Российский патент 2017 года по МПК G01S13/93 

Область техники

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при расчете высоты полета летательных аппаратов (ЛА) для обеспечения посадки в условиях ограниченной видимости.

Уровень техники

В связи с тем, что посадка является самым ответственным этапом полета, ориентировочный уровень требуемой безопасности соответствует одной катастрофе на 10 миллионов посадок. Поэтому к измерительным средствам предъявляются повышенные требования как в части точности (порог погрешностей, который не должен встречаться чаще, чем в пяти процентах случаев), но и, что еще труднее выполнить, в части требования достоверности. Количественно достоверность оценивается на основе понятия целостность, которая характеризуется очень низкой вероятностью (для данной задачи - порядка 10^-6) возникновения погрешностей, превышающих дополнительно заданный порог.

Для обеспечения посадки в условиях ограниченной видимости используются радиотехнические системы посадки. Чем хуже видимость, при которой необходимо осуществить посадку, тем сложнее наземное радиотехническое оборудование. Наиболее широко в мире в настоящее время применяется радиотехническая система ILS (instrument landing system), которая требует наличия сложного оборудования на аэродроме. Большинство аэродромов в РФ не оборудовано такой системой. В результате существенно страдает регулярность полетов: посадки при ограниченной видимости невозможны.

Известен «Способ стабилизации заданной высоты полета ЛА»(описание патента РФ на изобретение, №1833003, www1.fips.ru), заключающийся в измерении текущей высоты полета; формировании сигнала пропорционального текущей высоте полета; сравнении сигналов, пропорциональных текущей и заданной высотам полета; формировании, по результату сравнения, сигнала, пропорционального отклонению текущей высоты полета ЛА от заданной высоты полета; учете температуры окружающей среды и формировании сигнала, пропорционального изменению температуры окружающей среды.

Недостатками данного способа являются:

- не решается задача повышения целостности данных о высоте полета ЛА;

- при определении высоты полета ЛА отсутствует учет данных о температуре воздуха, имеющихся у наземных служб (метеостанции).

В качестве прототипа выбран «Способ определения высоты полета летательного аппарата в системах вторичной радиолокации» (описание патента РФ на изобретение, №2047185, www1.fips.ru), при котором измеряют величины атмосферного давления воздуха на высоте полета ЛА и на уровне моря; измеряют температуру воздуха на уровне моря и температурный градиент изменения температуры воздуха и вычисляют высоту полета.

В числе основных недостатков прототипа необходимо отметить следующие:

- определение температурного градиента по данным наземных измерений представляет технические сложности и на большинстве аэродромов не осуществляется;

- определение высоты полета производится на земле, а не на борту ЛА, где она необходима в первую очередь для осуществления захода на посадку;

- в случае, если вследствие погодных условий температура существенно меняется с высотой, учет температуры оказывается неполным: для ввода поправок нужна не температура в точке, а средняя температура столба воздуха от земли до самолета;

- не предлагается мер для повышения целостности информации о высоте.

Целью предлагаемого технического решения является получение информации о заданной высоте полета с характеристиками 1 кат. ИКАО без использования ILS при заходе ЛА на посадку в условиях ограниченной видимости.

Раскрытие изобретения

Для обеспечения захода на посадку должны с высокой степенью точности и достоверности измеряться горизонтальные координаты и высота над точкой приземления. К измерению высоты предъявляются более жесткие требования, чем для горизонтальных координат, поэтому их трудно удовлетворить радиотехническими методами. Однако на всех самолетах установлены барометрические высотомеры, которые являются основным средством измерения высоты на маршруте и вспомогательным при заходе на посадку. Из-за ряда особенностей барометрической высоты ее используют только на достаточно больших высотах, где возникающая погрешность не грозит столкновением с землей. К этим особенностям относятся:

- методические, обусловленные косвенным методом измерения: измеряется давление наружного воздуха и в предположении стандартного состояния атмосферы по измеренному давлению рассчитывается высота. Наличие этой погрешности приводит к ухудшению точности измерения;

- возможные ошибки человека (человеческий фактор); эти ошибки обусловлены тем, что в высотомер должно быть введено давление в точке посадки для выбора начала отсчета высоты. Информация об этом давлении формируется на аэродромной метеостанции, затем передается диспетчеру, руководящему процессом захода на посадку; диспетчер по радиотелефону сообщает эту информацию экипажу, и экипаж вводит ее в высотомер. Возможные ошибки при передаче информации в цепочке метеостанция - бортовой вычислитель приводят к нарушению целостности информации.

Техническим результатом заявленного способа является повышение точности и целостности характеристик измерения высоты при заходе ЛА на посадку за счет более полного учета температуры воздуха и исключения влияния человеческого фактора и возможных помех при передаче и вводе информации в систему управления ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что наряду с данными о температуре воздуха на высоте полета, определенной с помощью стандартной бортовой системы регистрации воздушных сигналов, используется измеренная на земле температура воздуха в точке касания ЛА взлетно-посадочной полосы. С земли передается информация о давлении и температуре в предполагаемой точке касания. Информация о температуре из двух источников сравнивается в бортовом вычислительном устройстве. При редком, но возможном случае расхождения сравниваемых значений более заданного порога полученная информация признается недостоверной и в соответствии с действующими авиационными правилами принимается решение об уходе на запасной аэродром, где условия видимости позволяют визуальный заход на посадку. Если сравниваемые показания находятся внутри допустимого порога, то они осредняются. Осреднение имеет два достоинства:

- в бортовой вычислитель вводится средняя температура воздушного столба, что является необходимым исходя из физического смысла задачи;

- как известно из математической статистики, осреднение данных двух независимых источников уменьшает случайную погрешность почти в полтора раза.

Полученная средняя температура столба воздуха используется в бортовом вычислителе для определения эквивалента геометрической высоты.

Для повышения наиболее важного параметра – целостности - ключевым моментом является исключение влияния человеческого фактора. Для этой цели используется современные методы передачи цифровой информации земля-земля и земля-борт АЗН - В (автоматическое зависимое наблюдение - вещательного типа). Данные с метеостанции 10 передаются на наземную радиостанцию и оттуда по радиоканалу 12 - на борт ЛА. На борту они автоматически вводятся в вычислитель 2. Ввиду чрезвычайной ответственности задачи и необходимости получения максимально возможной целостности предусматривается дополнительная проверка процедуры введения данных в бортовой вычислитель 2 путем передачи на землю полученных в бортовом вычислителе 2 данных и сопоставления их с исходными данными метеостанции 10 (см. чертеж - Схему обмена данными с землей для повышения целостности используемой метеорологической информации). Результат сравнения передается на борт. При подтверждении правильности передачи данных в бортовом вычислителе определяется эквивалент геометрической высоты, который используется аналогично сигналу ILS: передается в систему автоматического управления самолетом 1 и отображается на индикаторах пилотов.

Таким образом, обеспечивается защита от использования ошибочной информации при заходе ЛА на посадку в условиях ограниченной видимости.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема обмена данными с землей для повышения целостности используемой метеорологической информации, где:

1 - система управления самолетом (автопилот или система ручного директорного управления);

2 - вычислитель бортовой;

3 - измеритель статического давления;

4 - измеритель температуры наружного воздуха;

5 - радиоприемник бортовой;

6 - передатчик бортовой;

7 - передатчик наземный;

8 - радиоприемник наземный;

9 - вычислитель наземный;

10 - метеостанция;

11 - каналы передачи электрических сигналов;

12 - радиосигналы.

Осуществление изобретения

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Информация о давлении и температуре в предполагаемой точке касания формируется на метеостанции 10 и автоматически передается в диспетчерский пункт. Из диспетчерского пункта она передается на борт и автоматически вводится в бортовой вычислитель 2. Информация, введенная в бортовой вычислитель 2, вновь передается на диспетчерский пункт для автоматического подтверждения правильности ее введения. На борту на основании измеренных резервированными измерителями данных о статическом давлении и температуре заторможенного потока, а также полученной информации формируется информация о синтезированной высоте ЛА над планируемой точкой касания.

Реализация предложенного способа при разработке и эксплуатации самолета, предназначенного для выполнения пассажирских и грузовых перевозок на местных воздушных авиалиниях, позволит получать информацию о геометрической высоте с характеристиками 1 кат. ИКАО без использования ИЛС.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при расчете высоты полета летательных аппаратов (ЛА) для обеспечения посадки в условиях ограниченной видимости. Техническим результатом заявленного способа является повышение точности и целостности характеристик измерения высоты при заходе ЛА на посадку за счет более полного учета температуры воздуха. Указанный результат достигается за счет того, что информация о давлении и температуре в предполагаемой точке касания ЛА взлетно-посадочной полосы, полученная на метеостанции, автоматически передается в диспетчерский пункт, с диспетчерского пункта она передается на борт ЛА и автоматически вводится в бортовой вычислитель. Информация, введенная в бортовой вычислитель, вновь передается на диспетчерский пункт для автоматического подтверждения правильности ее введения. На борту на основании измеренных резервированными измерителями данных о статическом давлении и температуре заторможенного потока, а также полученной с диспетчерского пункта информации определяется геометрическая высота ЛА над планируемой точкой касания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения геометрической высоты полета при заходе летательного аппарата (ЛА) на посадку, в котором по полученным от наземной службы в районе аэропорта посадки значениям атмосферного давления и температуры воздуха в предполагаемой точке касания ЛА взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэропорта, а также по измеренному на борту ЛА значению атмосферного давления воздуха на высоте полета вычисляют геометрическую высоту полета ЛА, отличающийся тем, что на борту ЛА дополнительно измеряют температуру воздуха на высоте полета, вводят полученные с земли и измеренные на борту самолета данные в вычислительное устройство ЛА, в котором сравнивают значения температуры воздуха, полученные на борту самолета, и значения, переданные с земли в предполагаемой точке касания ЛА ВПП аэропорта, при расхождении сравниваемых значений температуры воздуха менее заданного порога вычисляют среднее значение температуры воздуха, затем, используя полученные данные о значении давления на высоте полета и в предполагаемой точке касания ЛА ВПП аэродрома, с учетом полученного среднего значения температуры воздуха расчетным путем определяют геометрическую высоту полета ЛА.

2. Способ измерения геометрической высоты полета по п. 1, отличающийся тем, что в случае расхождения значений температуры воздуха в предполагаемой точке касания ЛА ВПП аэропорта и на высоте полета более заданного порога принимают решение о том, что использование полученных данных небезопасно и необходимо совершить посадку на запасном аэродроме.

3. Способ измерения геометрической высоты полета по п. 1, отличающийся тем, что полученные с земли данные о давлении и температуре воздуха в предполагаемой точке касания ЛА ВПП аэропорта и введенные в вычислительное устройство на борту ЛА с выхода вычислительного устройства передаются наземной службе в районе аэропорта посадки и после подтверждения соответствия значений температуры и давления воздуха, переданных с земли, значениям, полученным на борту самолета, используются для определения значения геометрической высоты.