Система захода и посадки на взлётно-посадочную полосу воздушного судна с бортовой РЛС Российский патент 2020 года по МПК G01S13/91 B64F1/18 G05D1/00 

Предназначение

Система захода и посадки на взлетно-посадочную полосу воздушного судна (ВС) с бортовой РЛС, предназначена, для организации ручного и автоматизированного захода и посадки ВС на взлетно-посадочную полосу (ВПП), в условиях нулевой видимости.

Предлагаемая 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, с техническими характеристиками удовлетворяющие требования 3-4 категории метеоминимума.

Предназначена для организации производства ручного и автоматизированного захода и посадки ВС на взлетно-посадочную полосу аэродромов и авианесущих судов, при выходе из строя или отсутствии спутниковых и других навигационных систем.

Уровень техники.

В настоящее время применяются 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).

Сущность изобретения.

Сущность изобретения заключается в возможности, бортовым радиолокатором (БРЛ) обнаруживать уголковые отражатели, установленные в линии навигационных огней ВПП

Конструктивная особенность ВПП предполагает, размещение вдоль ВПП уголковых отражателей, с целью обозначения ее границ. Устанавливаются уголковые отражатели, в линии навигационных огней ВПП, с направлением рупоров в начало ВПП.

Конструктивной особенностью изобретения является, изначальное изготовление уголковых отражателей с резонансной частотой, равной СВЧ зондирующего импульса (ЗИ) БРЛ. Отраженные, уголковыми отражателями, зондирующие импульсы, имеют более выраженные частотные и амплитудные характеристики по сравнению с наведенными отражениями от земной поверхности, что позволяет произвести селекцию полезного сигнала. Выделенные и преобразованные в цифровую радиолокационную информацию, маркерные точки места положения уголковых отражателей, с требуемой точностью по дальности, азимуту и углу места, передаются на бортовой компьютер.

Изобретение предполагает доработать конструкцию БРЛ. В принципиальную схему работы БРЛ, кроме штатного режима обнаружения воздушных целей, добавить специальный режим «Посадка» и использовать его при заходе и посадке на ВПП.

Конструктивной особенностью БРЛ и бортового компьютера является, возможность изменения длительности, периода повторения зондирующих импульсов, что позволяет пилоту или бортовому компьютеру использовать оптимальный масштаб для обнаружения и вычисления местоположения ВПП.

В режиме «Посадка», БРЛ с фазированной антенной решеткой, работает с управляемой дискретностью импульса синхронизации (ИС). В зависимости от оптимального соотношения требуемой точности навигации, бортовой компьютер (БК) или пилот, устанавливает масштаб максимальной дальности. На дальностях до 50 км с целью обнаружения ВПП, ИС до 150 мкс, и по мере приближения к ВПП с уменьшающимся периодом повторения ИС, до соразмерного масштаба ВПП. При этом БРЛ сканирует поверхность земли в вертикальной и горизонтальных плоскостях для определения наклонной дальности и угловых координат уголковых отражателей, относительно ВС и его курса.

В реальном масштабе времени, бортовой компьютер ВС сравнивает и вычисляет отклонения от курса, глиссады, скорости и выдает команды управления исполнительным механизмам.

БК, в режиме реального времени, по цифровым данным БРЛ, вычисляет курсовую направленность и местоположение в пространстве ВС относительно ВПП, отображает на дисплее пилота геометрическое расположение ВПП и все курсоглиссадные данные. БК или пилот, на основании курсоглиссадных данных, вычисляют и формируют команды управления для исполнительных механизмов ВС.

Как видно из конструктивного решения, резонансная частота уголковых отражателей настроена на рабочую частоту зондирующего. СВЧ сигнала БРЛ и их отраженный сигнал будет резко выделяться на фоне наведенных отражений, что позволит довольно точно выделить маркерные точки размерности ВПП.

Бортовой компьютер, по данным БРЛ, вычисляет место нахождения ВПП, оптимальную траекторию выхода в начало глиссады, управляет ВС и отображает всю полетную информацию на дисплее пилота.

Пилот и бортовой компьютер используют маркерные точки от уголковых отражателей, как навигационные огни ВПП.

Курсовые и глиссадные отклонения вычисляет БК, сравнивая наклонные дальности до маркерных точек, с предустановленными эталонными курсоглиссадными значениями для данного вида летательного аппарата. Точное расстояние между уголковыми отражателями устанавливается стандартным, не подлежит произвольным изменениям и вносится в память БК, как сравнительный эталон при вычислении глиссады.

БК отображает на дисплее пилота, местоположение и границы ВПП, курсоглиссадные данные и все дополнительные сведения, влияющие на безопасность приземления.

В ручном режиме посадки, пилот видит на экране дисплея границы ВПП, наклонное расстояние до точки касания, курсовое направление, скорость снижения, угол снижения и все остальные характеристики полета. Пилот отрабатывает отклонения ВС от курсоглиссадных норм, и визуально не наблюдая ВПП, приземляет самолет на ВПП.

В автоматическом режиме посадки, бортовой компьютер заменяет пилота, вычисляет отклонения полета ВС от глиссады, курса, учитывает дополнительные внешние факторы метеоусловий и совершает посадку на ВПП.

Принципы устройства и функционирования. Система захода и посадки на взлетно-посадочную полосу воздушного судна (ВС) с бортовой РЛС состоит из наземного и воздушного оборудования.

В состав наземного оборудования входит, ВПП с уголковыми отражателями, установленными в линии навигационных огней, с целью обозначения ее границ. Уголковые отражатели, рупорным основанием, направлены вдоль оси ВПП, в сторону приземляющегося самолета.

Конструктивной особенностью изобретения является, изначальное изготовление уголковых отражателей с резонансной частотой, равной СВЧ зондирующего импульса БРЛ.

Отраженные уголковыми отражателями зондирующие импульсы, имеют более выраженные частотные и амплитудные характеристики по сравнению с наведенными отражениями от земной поверхности, что позволяет произвести селекцию полезного сигнала.

Воздушное оборудование состоит из бортового радиолокатора (БРЛ) с ФАР, бортового компьютера и дисплея пилота.

Конструктивно БРЛ имеет два режима работы, первый основной режим «Боевой» и второй, для совершения захода и посадки на ВПП, режим «Посадка».

В основном режиме «Боевой», БРЛ используется по штатному назначению, обнаружению и наведению истребителя на воздушную цель.

Во втором режиме «Посадка», БРЛ используется для обнаружения и определения местоположения ВПП по курсу ВС.

БРЛ обнаруживает и определяет наклонные дальности, дистанции до уголковых отражателей, их угловые значения места относительно курса ВС.БРЛ преобразует радиолокационную информацию о дальности и угла места, в цифровую радиолокационную информацию.

Цифровые маркерные точки места положения уголковых отражателей, с требуемой точностью по дальности и углу места, передаются на бортовой компьютер.

Конструктивной особенностью БРЛ и бортового компьютера является, возможность изменения длительности, периода повторения зондирующих импульсов, что позволяет пилоту или бортовому компьютеру использовать оптимальный масштаб для обнаружения и вычисления местоположения ВПП.

В реальном масштабе времени, бортовой компьютер ВС, используя навигационные радиолокационные данные об уголковых отражателях, вычисляет местонахождение ВС относительно ВПП, сравнивает его значение с курсоглиссадным эталонным значением, вычисляет отклонения от курса, глиссады, скорости снижения и выдает команды управления бортовому оборудованию ВС.

БК, в режиме реального времени, по цифровым данным БРЛ, вычисляет курсовую направленность, местоположение в пространстве ВС, разницу в курсовом и глиссадном положении, отображает на дисплее пилота, пространственное расположение ВС относительно ВПП и все курсоглиссадные данные. БК или пилот, на основании курсоглиссадных данных, вычисляют и формируют команды управления для исполнительных механизмов ВС.

Как видно из конструктивного решения, резонансная частота уголковых отражателей настроена на рабочую частоту зондирующего СВЧ сигнала БРЛ и их отраженный сигнал будет резко выделяться на фоне наведенных отражений, что позволит системам селекции БРЛ, довольно точно выделить их на фоне переотраженных сигналов.

Бортовой компьютер, по данным БРЛ, вычисляет место нахождения ВПП, оптимальную траекторию захода в начало глиссады, управляет ВС и отображает всю полетную информацию на дисплее пилота.

Пилот и бортовой компьютер используют маркерные точки от уголковых отражателей, как навигационные огни ВПП.

Курсовые и глиссадные отклонения вычисляет БК, сравнивая наклонные дальности до маркерных точек, с предустановленными эталонными курсоглиссадными значениями для данного вида летательного аппарата. Точное расстояние между уголковыми отражателями устанавливается стандартным, не подлежит произвольным изменениям и вносится в память БК, как сравнительный эталон при вычислении глиссады.

БК отображает на экране дисплея пилота, местоположение и границы ВПП, курсоглиссадные данные и все дополнительные сведения, влияющие на безопасность приземления.

В ручном режиме посадки, пилот видит на экране дисплея, границы ВПП, наклонное расстояние до точки касания, курсовое направление, скорость снижения, угол снижения и все остальные характеристики полета. Пилот отрабатывает отклонения ВС от курсоглиссадных норм, и визуально не наблюдая ВПП, приземляет самолет на ВПП.

В автоматическом режиме посадки, бортовой компьютер заменяет пилота, вычисляет отклонения полета ВС от глиссады, курса, учитывает дополнительные внешние факторы метеоусловий и управляя исполнительными механизмами, совершает посадку на ВПП.

При посадке на ВПП корабля, рекомендуется установить дополнительные уголковые отражатели по корме судна и палубных надстроек, что придаст более реалистичную картину помеховой обстановке. При этом БК учитывает курсовые, скоростные, высотные изменения палубы корабля и корректирует команды управления захода и посадки.

Перспективы развития.

При решении задач инструментального захода и посадки в ручном и автоматизированном исполнении, на первое место выдвигается проблема надежного обеспечения качественными пространственно-временными координатами местоположения ВПП, относительно ВС. Без достоверной информации невозможно организовать работоспособную систему, устойчиво удерживающую в курсоглиссадных параметрах траекторию захода и посадки ВС.

Применение уголковых отражателей, в линии навигационных огней ВПП, позволяет достичь точностных характеристик их места положения до нескольких метров.

Современные технологические возможности БРЛ с ФАР, обеспечивают надежное и достоверное определение местоположение уголковых отражателей. Дополнительный режим работы БРЛ, не намного ухудшит его готовность, для выполнения основной задачи.

Современное программное обеспечение позволяет в режиме реального времени осуществить вычисления курсоглиссадных отклонений, сформировать команды управления и осуществить роботизированный заход и посадку самолета на ВПП.

Изначально предусмотренный штатный БРЛ в передней полусфере ВС позволяет внедрить систему захода и посадки с требованиями 3-4 категории метеоминимума.

РЛС содержит воздушное оборудование, состоящее из бортового радиолокатора, бортового компьютера, дисплея пилота, и наземное оборудование, состоящее из уголковых отражателей с резонансным частотным отражением зондирующего импульса, установленных вдоль взлетно-посадочной полосы. Обеспечивается заход на посадку воздушных судов в ручном и автоматическом режиме. 2 з.п. ф-лы.

1. Система захода и посадки на взлетно-посадочную полосу воздушного судна с бортовой РЛС, содержащая воздушное оборудование, состоящее из бортового радиолокатора, бортового компьютера, дисплея пилота, и содержащая наземное оборудование, состоящее из уголковых отражателей с резонансным частотным отражением зондирующего импульса, установленных вдоль взлетно-посадочной полосы.

2. Система захода и посадки на взлетно-посадочную полосу воздушного судна с бортовой РЛС по п. 1, отличается тем, что взлетно-посадочная полоса, по линии навигационных огней, оборудуется уголковыми отражателями с резонансным частотным отражением зондирующего импульса.

3. Система захода и посадки на взлетно-посадочную полосу воздушного судна с бортовой РЛС по п. 1, отличается тем, что бортовой радиолокатор и бортовой компьютер выполнены с возможностью в режиме посадки, используя навигационные радиолокационные данные об уголковых отражателях, вычислять местонахождение ВС относительно ВПП, сравнивать его значение с курсоглиссадным эталонным значением, вычислять отклонения от курса, глиссады, скорости снижения и выдавать команды управления бортовому оборудованию воздушного судна.