Активная радиолокационная система захода и посадки Российский патент 2019 года по МПК G01S13/66 G01C23/00 G05D1/00 

Активная радиолокационная система захода и посадки (далее АРЛСЗП), предназначена, для организации автоматизированного захода и посадки всех видов летательных объектов на взлетно-посадочную полосу (ВПП).

Активная радиолокационная система захода и посадки, относится к области наук и техники, объединяющая методы и средства радиолокации (обнаружения и измерения координат) и цифровой автоматизированной системой управления воздушными объектами.

Предназначена для организации производства автоматизированного захода на посадку и приземления пилотируемых и беспилотных воздушных объектов на взлетно-посадочную полосу (ВПП).

Уровень техники.

В настоящее время применяют следующие основные системы захода на посаду:

- заход по дальнему и ближнему приводу;

-инструментальная система посадки (курсоглиссадная система) по сигналам курсового, глиссерного и маркерных маяков;

- заход на посадку по РСП (посадочному радиолокатору), при этом у диспетчера ПДП на экране представляется информация в двух плоскостях - по каналу курса и глиссады. Диспетчер ПДП с определенной периодичностью сообщает экипажу информацию об удалении до ВВП, о положении ВС относительно курса и глиссады, и задает новый курс и параметры снижения.

Сущность изобретения.

Сущность изобретения заключается в возможности, наземной радиолокационной станцией измерять пространственные координаты воздушных объектов, производящих заход и посадку на ВПП, с точностью по дальности до 5 метров, по азимуту и углу места менее 1 (одной) угловой минуты.

Как известно в радиолокации, на углах места менее 1 градуса и дальности до 2000 метров, наблюдается резкое увеличение ошибок измерения угла места, что связано с влиянием подстилающей поверхности на приемную диаграмму направленности антенны. Алгоритмически компенсировать искажение диаграммы направленности приемной антенны на малых углах места в настоящее время не представляется возможным. Это обусловлено большим числом случайных факторов: подстилающей поверхностью, параметры ВПП, погодные условия, наземные объекты и т.д.

Заявленные технические параметры изобретения, точности по дальности до 5 метров, по азимуту и углу места менее 1 (одной) угловой минуты, основаны на возможности исключить влияние подстилающей поверхности и других отрицательных факторов на формирование диаграммы направленности приемной антенны посадочного радиолокатора (ПРЛ).

Конструктивной особенностью предлагаемой активной радиолокационной системы посадки (АРЛСЗП), является наличие на борту воздушного судна (ВС), антенны и приемника СВЧ зондирующего сигнала, аппаратуры с линией задержки СВЧ сигнала, усилителя-передатчика СВЧ сигнала, фидерного тракта и передающей антенны.

Конструктивной особенностью РЛП (радиолокатора посадки) является, изменение периода повторения зондирующих импульсов. Модулятор запускает СВЧ генератор каждым вторым импульсом синхронизации, приемник включается от каждого первого импульса синхронизации и выключается каждым вторым импульсом синхронизации (ИС).

Конструктивной особенностью принципа работы АРЛСЗП является, возможность задержки, на период частоты повторения ИС, зондирующего сигнала, его усиление и излучение с борта ВС в направлении РЛП.

Соблюдая периодичность включения приемника РЛП, каждым первым импульсом синхронизации (ИС), а выключение приемника и излучение зондирующего сигнала каждым вторым ИС, добиваемся приема задержанного СВЧ сигнала с борта ВС, без искажения диаграммы направленности приемной антенны.

Применение предлагаемого в АРЛСЗП активного метода пеленга, позволяет применить оптимальный частотный диапазон и добиться требуемых, для автоматизированного захода и посадки, точностных характеристик по дальности, углу места и азимуту.

Предлагаемая схема АРЛСЗП, позволяет многократно понизить отраженные сигналы от местных предметов, что ярко проявляется на углах места менее 1 градуса, то есть, исключить влияние подстилающей поверхности на приемную диаграмму направленности антенны по азимуту и углу места канала глиссады.

Радиолокационная информация (РЛИ) преобразованная в цифровую, в требуемом для авионики виде, передается по каналу связи на борт ВС. В реальном масштабе времени, бортовой компьютер ВС сравнивает и вычисляет отклонения от курса, глиссады, скорости и выдает команды управления бортовому оборудованию.

При необходимости, автотехника обслуживающая ВПП, также оборудуется упрощенной активной системой задержки и отражения зондирующего сигнала, что позволит предупредить экипаж ВС и диспетчера об опасности на ВПП.

Принципы устройства и функционирования активной радиолокационной системы захода посадки. Активная радиолокационная система захода и посадки состоит из наземного и воздушного оборудования.

В состав наземного оборудования входит радиолокатор посадки (РЛП).

Радиолокатор посадки состоит из:

- цифрового радиолокационного модуля с ФАР;

- средств связи;

- средств электропитания.

В состав воздушного оборудования входит активный модуль СВЧ, бортовой компьютер (автопилот) и средства связи.

Активный модуль СВЧ состоит из:

- антенно-фидерных каналов;

- приемо-передающих блоков зондирующего сигнала;

- линии задержки зондирующего сигнала.

Основой определения места положения воздушного объекта, являются плоскостные антенны с ФАР. Антенные плоскости с ФАР размещаются в створе ВПП на безопасном расстоянии.

Основной режим работы РЛП: вертикальное и горизонтальное сканирование, изменяющейся диаграммой направленности, сектора обзора над ВПП. При этом излучение зондирующего сигнала производится через период синхронизированного импульса, т.е. каждым вторым импульсом синхронизации.

Зондирующий сигнал принимается антенной на борту ВС, выделяется в СВЧ приемнике, проходит через линию задержки, усиливается и излучается антенной в сторону РЛП. Линия задержки обеспечивает задержку зондирующего сигнала на один период повторения ИС РЛП.

Задержанный, зондирующий, активно усиленный сигнал принимается антенной РЛП, выделяется приемником, усиливается, преобразуется и в цифровом виде передается средствами связи на борт ВС. Бортовой компьютер, используя полученную цифровую РЛИ, вычисляет местоположения ВС над ВПП, сравнивает реальное местоположение борта с эталонной глиссадой, выдает команды исполнительным механизмам.

РЛП не вычисляет местоположение локационного объекта в пространстве, не отображает на мониторах координаты глиссады, а лишь выдает требуемую цифровую РЛИ о воздушном объекте (дальность, азимут, угол места, скорость и т.д.) на борт ВС.

РЛП является первичной составной частью АРЛСЗП, в которой определение места положения локационного объекта в пространстве, относительно ВПП, производится бортовым компьютером (автопилотом) ВС.

Конструктивной особенностью АРЛСЗП является, возможность бортового компьютера ВС, сравнивать текущее местоположение воздушного объекта с эталонной глиссадой и непосредственно управлять исполнительными механизмами самолета, осуществлять заход и посадку на ВПП.

Преимущества АРЛСЗП:

- без оперативного участия пилота, оператора и диспетчера, организует автоматизированный заход и посадку всех видов летательных объектов на взлетно-посадочную полосу;

- при обнаружении опасно приближающегося воздушного объекта в зоне глиссады, система оповещает пилота, диспетчера об опасности;

- при обнаружении выруливающих на ВПП самолетов и автотехники, создающих аварийную ситуацию, оповещает пилота, диспетчера;

- система оперирует не только скоростью самолета относительно ветровых потоков, но и реальной скоростью самолета относительно ВПП;

- для системы не требуются посадочные огни и освещение ВПП;

- не требуется мощный импульс СВЧ генератора или ФАР, что позволяет увеличить сроки эксплуатации, между периодами технического обслуживания;

- возможность применения маломощных активных ФАР, с максимальной дальностью обнаружения 20 км и высотой обнаружения до 2 км, что позволяет уменьшить размеры плоскости ФАР;

- относительно малая общая мощность энергопотребления;

- применение линии задержки и усиление зондирующего сигнала на борту ВС заходящего на посадку, дает эффект усиления отраженного сигнала, что позволяет РЛП надежно и устойчиво отслеживать местоположение летательного объекта;

- РЛП эксплуатируется без оператора.

Осуществление изобретения.

С учетом повсеместного применения автопилотов для захода и посадки авиалайнеров на ВПП, активная радиолокационная система захода и посадки расширяет возможности безопасного приземления воздушных объектов при плохих метеоусловиях и возможных аварийных ситуациях.

В створе ВПП, при необходимости с обеих сторон ВПП, в наземном варианте, устанавливается РЛП с оборудованием связи.

Летательные аппараты оборудуются активными модулями СВЧ, средствами связи. Бортовые компьютеры программируются для работы с цифровой РЛИ поступающей с РЛП.

При расчетах временных характеристик линии задержки, необходимо учитывать время задержки зондирующего сигнала на всем пути прохождения активного модуля.

По каналам связи дополнительно передается на бортовой компьютер информация о направлении и скорости ветра, метеорологических осадках, коэффициенте сцепления с поверхностью ВПП и т.д.

При производстве захода и посадки самолета, пилот убеждается в стабильном приеме бортовым компьютером цифровой РЛИ с РЛП и передает управление захода и посадки бортовому компьютеру (автопилоту).

Перспективы развития АРЛСЗП.

При решении задач автоматизированного захода и посадки, на первое место выдвигается проблема надежного обеспечения качественными пространственно-временными координатами о воздушных объектах в зоне глиссады. Без достоверной информации невозможно организовать работоспособную систему.

Применение АРЛСЗП в составе РЛП и активного модуля СВЧ на борту ВС, позволяет достичь точностных характеристик места положения до нескольких метров.

Современные технологические возможности высокой скорости передачи данных, вычисления оптимальной глиссады и передачи команд управления, позволяет в режиме реального времени осуществлять роботизированный заход и посадку самолета на ВПП.

Инструментальный контроль за производством захода и посадки, при плохих метеоусловиях и дезориентации пилота, позволяют автопилоту, выдерживать курс глиссады, допустимую скорость снижения и оптимальный вывод самолета в начало ВПП, с расчетной скоростью снижения приземлит ВС, тем самым избежать аварийного столкновения с землей.

При реализации технической возможности оптимальной скорости снижения в границах глиссады, предлагаемая система исключает риски человеческого фактора и максимально возможно обеспечивает безопасную посадку летательного аппарата.

Активная радиолокационная система захода и посадки летательных аппаратов на взлетно-посадочную полосу содержит наземное оборудование, состоящее из радиолокатора посадки (РЛП), и оборудование на борту летательного аппарата, в состав которого входит активный модуль СВЧ, бортовой компьютер и средства связи для передачи для приема цифровой информации от РЛП, при этом РЛП содержит цифровой радиолокационный модуль с фазированной антенной решеткой (ФАР), средства связи для передачи летательному аппарату радиолокационной информации (РЛИ) и средства электропитания, а активный модуль СВЧ содержит антенно-фидерные каналы, приемопередающие блоки зондирующего сигнала, линии задержки зондирующего сигнала. Обеспечивается достижение требуемых точностных характеристик по дальности, углу места и азимуту для автоматизированного захода и посадки летательных аппаратов. 1 з.п. ф-лы.

1. Активная радиолокационная система захода и посадки летательных аппаратов на взлетно-посадочную полосу, содержащая наземное оборудование, состоящее из радиолокатора посадки (РЛП), и оборудование на борту летательного аппарата, в состав которого входит активный модуль СВЧ, бортовой компьютер и средства связи для передачи для приема цифровой информации от РЛП, при этом РЛП содержит цифровой радиолокационный модуль с фазированной антенной решеткой (ФАР), средства связи для передачи летательному аппарату радиолокационной информации (РЛИ) и средства электропитания, а активный модуль СВЧ содержит антенно-фидерные каналы, приемопередающие блоки зондирующего сигнала, линии задержки зондирующего сигнала.

2. Активная радиолокационная система захода и посадки по п. 1, отличающаяся тем, что воздушное судно оборудуется приемной антенной и приемником СВЧ зондирующего сигнала, аппаратурой с линией задержки СВЧ сигнала, усилителем-передатчиком СВЧ сигнала, фидерным трактом и передающей антенной.