СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕПЯТСТВИЙ В ЗОНЕ ПОСАДКИ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2018 года по МПК G01S13/93 

Изобретение относится к радиолокационным системам посадки вертолета и может быть использовано при их разработке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета (прототипом к предполагаемому изобретению) является способ, основанный на применении радиолокационной станции обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости [описание патента RU 2561496 С1 «Радиолокационная станция обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости», опубл. 27.08.2015, МПК G01S 13/93].

Способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, основанный на применении радиолокационной станции обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости, включает в себя следующие основные этапы функционирования: излучение радиосигналов по направлению к земной поверхности, прием эхо-сигналов с угловых направлений и по нормали, измерение высоты полета вертолета и обнаружение препятствий.

Недостатком способа-прототипа является низкая вероятность обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета из-за обзора земной поверхности в виде сужающегося (расширяющегося) кольца при снижении (взлете) вертолета.

Техническим результатом изобретения способа является повышение вероятности обнаружения препятствий в зоне посадки за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, заключающемся в излучении сигналов по направлению к земной поверхности, приеме эхо-сигналов с угловых направлений и по нормали и измерении высоты полета вертолета H_из, в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку с полярными координатами и , где n=1…N, α₀=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН , где H₀ - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот Δ_n с пороговым значением h_Δ и при выполнении условия |Δ_n|≥h_Δ принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда Δ_n>0 или в центральной области зоны посадки в противоположном случае.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлении N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку с полярными координатами и , где n=1…N, α₀=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН , где H₀ - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот Δ_n с пороговым значением h_Δ и при выполнении условия |Δ_n|≥h_Δ принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда Δ_n>0 или в центральной области зоны посадки в противоположном случае.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, где обозначено: 1 - точка на земной поверхности с полярными координатами α_n и β куда направляется ось ДН n-ой антенны приемника, установленного в секторе с , 2 - зона приема эхо-сигналов, ограниченная шириной ДН его n-ой антенны, 3 - зона приема эхо-сигналов антенны с шириной ДН β₀, R - радиус зоны посадки, H₀ - высота зависания вертолета перед началом этапа посадки.

На этапе посадки вертолета с высоты H₀ прием эхо-сигналов осуществляют с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку 1. Как видно из фигуры 1, это обеспечивает 360° зону приема вокруг вертолета, внешне напоминающую кольцо, ширина которого равна ДН антенны в вертикальной плоскости. Угол, образованный осью ДН n-ой антенны и нормалью к земной поверхности β, согласно формуле , зависит от H_из. В процессе снижения вертолета, например, с высоты H₀ до высоты увеличивают этот угол, обеспечивая тем самым прием эхо-сигналов с одной и той же области земной поверхности.

По принятым эхо-сигналам определяют дальности до земной поверхности Д_n в каждом секторе [Дудник П.И. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский и др. - М.: Изд. ВВИА им. проф Н.Е. Жуковского. 2006, с. 15]. При этом эту дальность определяют по первому принятому эхо-сигналу в этом секторе и в случае наличия препятствия, дальность Д_n будет равна расстоянию до этого препятствия. Полученные значения дальностей для каждого сектора приема эхо-сигналов пересчитывают в высоты по формуле H_n=Д_n cosβ.

Для определения высоты H_из используют приемник направленный вертикально вниз, ДНА которого обеспечивает прием эхо-сигналов с участка земной поверхности непосредственно под вертолетом. На высоте H₀ этот участок равен размеру зоны посадки с радиусом R, а в процессе снижения вертолета сужается к центру зоны посадки. Так, например, на высоте размеры этого участка уменьшаются вдвое. При этом высоту H_из определяют так же по первому принятому эхо-сигналу и в случае наличия препятствия, высота H_из будет равна расстоянию до этого препятствия. Осуществляют сравнение полученных высот H_из и H_n для каждого сектора приема эхо-сигналов и при превышении модулем разности Δ_n=H_из-H_n порогового значения h_Δ принимают решение о наличие препятствия в зоне посадки, а с учетом знака этой разности определяют место нахождения препятствия в центральной области или n-ом секторе на границе зоны посадки.

Способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета может быть реализован, например, с помощью устройства, размещаемого в нижней части фюзеляжа вертолета, схема которого приведена на фигуре 2, где обозначено: 1 - приемный блок определения H_из, 2 - блок измерения H_из, 3 - блок вычисления β, 4 - устройство управления, 5 - приемный блок определения H_n, 6 - блок измерения Д_n, 7 - блок вычисления H_n, 8 - блок вычисления Δ_n, 9 - схема сравнения, 10 - блок знаковой функции, 11 - решающее устройство.

Блок 3 осуществляет вычисление угла β наклона антенн приемных блоков определения H_n по формуле . В процессе снижения вертолета этот угол пересчитываете из-за уменьшения H_из.

Устройство управления 4 предназначено для управления угловым положением антенн приемных блоков определения H_из, и может быть выполнено, например, на основе механического привода с синхронным изменением углового положения антенн во всех N приемниках.

Приемный блок определения H_n 5 предназначен для приема эхо-сигналов от одного и того же участка земной поверхности с центром в полярных координатах α_n и β вне зависимости от высоты полета вертолета. Он может быть выполнен, например, на основе узконаправленной рупорной антенны в вертикальной плоскости с раскрывом α по горизонтали. В количестве N приемные блоки определения H_n обеспечивают 360° зону приема вокруг вертолета, внешне напоминающую кольцо, ширина которого равна ДН антенн в вертикальной плоскости.

Блок 6 измеряет дальность Д_n до земной поверхности в зоне приема блока 5 по первому принятому эхо-сигналу и может функционировать, например, на основе метода определения дальности [Кондратенков Г.С. Авиационные системы радиовидения. Монография / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: Радиотехника. 2015, с. 31].

В блоке вычисления H_n 7 производится операция определения значения расчетной высоты по формуле H_n=Д_n cosβ по информации от блоков 3 и 6. Блок 8 вычисляет разность измеренной и расчетной высот Δ_n=H_из-H_n и может быть выполнен на основе вычитающего устройства. Схема сравнения 9 осуществляет сравнение модуля разности Δ_n с пороговым значением h_Δ, а в блоке знаковой функции 10 производится определение, какое значение имеет разность Δ_n положительное или отрицательное.

Решающее устройство 11 предназначено для формирования сигнала о наличие препятствия в зоне посадки, на основе поступающих данных со схем сравнения 9 и блоков знаковой функции 10 и может быть выполнено, например, с использованием элементов «и» и «или». Выход с блока 11 является выходом устройства.

Устройство функционирует следующим образом.

После облучения зоны посадки зондирующим сигналом в приемный блок определения H_из 1 поступают эхо-сигналы. По первому из них в блоке 2 определяется высота H_из, значение которой поступает в блок вычисления β 3 и блок вычисления Δ_n 8. В блоке 3 рассчитывается значение угла наклона антенн приемных блоков 5 β, которое поступает в устройство управления 4 и блок вычисления H_n 7. Устройство управления 4 осуществляет управление ДНА приемного модуля 5 для направления ее оси в одну точку на земной поверхности с полярными координатами и , вне зависимости от высоты полета вертолета.

С выхода приемного блока определения H_n 5 эхо-сигналы, принятые с угловых направлений от участка земной поверхности находящегося на границе зоны посадки вертолета и центром в точке с полярными координатами α_n и β, поступают в блок 6. По первому из них в блоке 6 определяется дальность Д_n, значение которой поступает в блок вычисления H_n 7, где производится расчет высоты H_n по формуле H_n=Д_n cos β. Далее в блоке 8 вычисляется разность измеренной и расчетной высот Δ_n=H_из-H_n, значение которой поступает на схему сравнения 9 и в блок 10. Здесь модуль разности Δ_n сравнивается с порогом h_Δ и определяется в какой области лежит ее значение в положительной или отрицательной. С выходов схемы сравнения 9 и блока знаковой функции 10 данные поступают на вход решающего устройства 11, где при выполнении условия |Δ_n|≥h_Δ и Δ_n>0 принимается решение о наличие препятствия в n-м секторе на границе зоны посадки вертолета или в центральной области - при условии |Δ_n| ≥h_Δ и Δ_n<0.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из доступных источников неизвестен способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, заключающийся в приеме эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета обеспечивает повышение вероятности обнаружения препятствий в зоне посадки за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.

Изобретение относится к радиолокационным системам посадки вертолета и может быть использовано при их разработке. Достигаемый технический результат - повышение вероятности обнаружения препятствий в зоне посадки за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты. Сущность изобретения состоит в том, что в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку с полярными координатами и , где n=1…N, α₀=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН , где H₀ - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот Δ_n с пороговым значением к h_Δ и при выполнении условия |Δ_n|≥h_Δ принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда Δ_n>0, или в центральной области зоны посадки в противоположном случае. 2 ил.

Способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, заключающийся в излучении сигналов по направлению к земной поверхности, приеме эхо-сигналов с угловых направлений и по нормали и измерении высоты полета вертолета Н_из, отличающийся тем, что в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с при этом ось ДН n-й антенны направляют в точку с полярными координатами и где α - угол, образованный центрами диаграмм направленности соседних антенн приемников, - угол в горизонтальной плоскости между продольной осью вертолета и осью ДН n-ой антенны, β - угол в вертикальной плоскости между осью ДН n-ой антенны и нормалью к земной поверхности, n=1…N, α₀=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН где H₀ - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот с пороговым значением h_Δ и при выполнении условия принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда , или в центральной области зоны посадки в противоположном случае.