СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАКЛОННОЙ ПОЛЕТНОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ Российский патент 2024 года по МПК G01W1/00 G01N21/00 

Изобретение относится к метеорологии, в частности, к методам измерения видимости и может быть использовано в автоматизированных системах обеспечения безопасности полетов, а также в других областях человеческой деятельности, где необходимо знание о видимости под облаками нижнего яруса.

Способом-аналогом является способ определения наклонной видимости с учетом параметров замутненной атмосферы для различных типов аэрозолей, который оценивается для построения моделей обнаружения наземных плоских объектов (Борисов Н.И., Пигарев А.Е. Построение оптической модели атмосферы при влажном помутнении приземного слоя //Межвузовский сборник научно-методических трудов. Воронеж: ВАИИ, 2000. ч.1 С. 88-91).

Недостатки: низкая точность определения наклонной видимости без учета профиля прозрачности атмосферы, скорости и высоты полета воздушного судна.

Наиболее близким аналогом является способ определения наклонной дальности видимости (НДВ) при различной высоте нижней границы облаков. Определение НДВ естественных объектов, построек и других ориентиров производилось визуально с помощью привязного аэростата с уровней 25, 50, 100, 150, 300 и 600 м под различными углами к горизонту.

(Рацимор М.Я. Наклонная видимость. - Метод. Пособие для специалистов ГАМЦ, ЗАМЦ, АМЦ и АМСГ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 136 с.)

Недостатки: низкая точность определения наклонной дальности видимости без учета высоты и скорости полета.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения наклонной полетной дальности видимости (НПДВ) с учетом высоты и скорости полета воздушного судна (ВС).

Технический результат в способе определения наклонной полетной дальности видимости, заключающийся в том, что измеряют высоту нижней границы облачности (ВНГО) с помощью лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, измеряют метеорологическую дальность видимости (МДВ), с помощью фотометра импульсного, вносят высоту полета из полетного задания пилота ВС, ВНГО, МДВ в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, содержащее блок определения оптической модели (ОМ) 1, блок определения коэффициентов 2, блок определения горизонтальной видимости 3, блок определения угла визирования 4, блок определения НПДВ 5, и передают информацию о погодных условиях из метеостанции в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, при этом блок определения ОМ 1 определяет ОМ исходя из данных метеостанций, блок определения коэффициентов 2 формирует коэффициенты А, В, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели, для полученной ОМ, блок определения коэффициентов 2 передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости 3, который определяет горизонтальную видимость, блок определения горизонтальной видимости 3 передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования 4, который определяет угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС:

где t - время аккомодации глаза пилота ВС, с;

W - путевая скорость полета ВС, м/с;

Н_ПОЛ - высота полета ВС, м;

θ₀ - минимальный угол визирования,

затем угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования 4 и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов 2 передаются в блок определения НПДВ 5, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ 1:

для I и II ОМ:

1) при В²>4 AS₀

2) при В²<4 AS₀

3) при В²=4 AS₀

для III ОМ:

где

L_ЯВЛ - коэффициент погодных условий (Lдымка=1; Lдождь=0,91; Lснег=0,84; Lморось=0,8);

θ - угол визирования;

А, В - коэффициенты, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели, для полученного ОМ;

ε - порог контрастной чувствительности глаза = 0,05;

K₀ - первоначальный, неискаженный дымкой контраст между объектом и фоном = 0,6;

В_Ф - истинная яркость фона, т.е. яркость, неискаженная атмосферной дымкой;

Б - предельное значение яркости слоя помутнения при неограниченном увеличении его толщины;

S₀ - видимость у земли, м;

определенную наклонную полетную дальность видимости с учетом высоты и скорости полета воздушного судна (ВС) используют при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что для определения наклонной полетной дальности видимости используются основные положения теории негоризонтальной видимости и опыта воздушной навигации визуальных полетов для основных типов распределения горизонтальной видимости с высотой в различных явлениях погоды.

Высокая точность результатов определения наклонной полетной дальности видимости по сравнению с аналогами достигается путем учета ОМ, высоты и скорости полета ВС.

В метеоподразделениях измеряют, прогнозируют и выдают летчикам информацию о ВНГО и МДВ - горизонтальной метеорологической дальности видимости, которая не соответствует полетной дальности видимости - видимости из кабины ВС объектов (ориентиров) на земной поверхности и не удовлетворяет современным требованиям. В зависимости от ОМ, высоты и скорости полета ВС НПДВ обычно меньше МДВ.

Сущность способа определения наклонной полетной дальности видимости поясняется чертежами, где на:

Фиг.1 представлена схема способа определения наклонной полетной дальности видимости с учетом высоты и скорости полета ВС для I и II ОМ. Горизонтальная видимость в данных ОМ с высотой убывает;

Фиг. 2 представлена схема способа определения наклонной полетной дальности видимости с учетом высоты и скорости полета ВС для III ОМ. Горизонтальная видимость с высотой в данной ОМ постоянна и равна видимости у поверхности Земли;

Фиг. 3 изображена блок-схема определения наклонной полетной дальности видимости.

Способ определения наклонной полетной дальности видимости, заключающийся в том, что:

измеряют высоту нижней границы облачности (ВНГО), с помощью лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, к примеру, с помощью «ЛИНГО-1М»;

измеряют метеорологическую дальность видимости (МДВ), с помощью - фотометра импульсного, к примеру, с помощью «ФИ-3».

Вносят высоту полета из полетного задания пилота ВС, ВНГО, МДВ в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, представляющем собой портативную электронно-вычислительную машину (ЭВМ), состоящую из блока питания, подключенного к дисплею, к материнской плате с установленными в ней процессором и оперативной памятью, содержащем блок определения оптической модели (ОМ) 1, блок определения коэффициентов 2 блок определения горизонтальной видимости 3, блок определения угла визирования 4, блок определения НПДВ 5.

Передают в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости информацию из портативной метеостанции о контрасте объекта на фоне местности и явление погоды.

Блок определения ОМ 1 определяет ОМ:

Выбор I ОМ происходит при условии ВНГО≤150 м;

Выбор II ОМ происходит при условии 150<ВНГО≤200 м;

Выбор III ОМ происходит при условии ВНГО>200 м.

Блок определения коэффициентов 2 формирует коэффициенты А, В для полученной ОМ:

для I ОМ:

для II ОМ:

для III ОМ:

Где А,В - коэффициенты, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели;

S₀ - видимость у земли, м;

S_mh ^_ горизонтальная видимость на высоте полета Н_ПОЛ, м;

S_mH=80 м - горизонтальная видимость непосредственно под облаками.

Блок определения коэффициентов 2 передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости 3, который определяет горизонтальную видимость:

где S_mh - горизонтальная видимость на высоте полета Н_ПОЛ

Н_ПОЛ ^_ высота полета ВС, м.

Блок определения горизонтальной видимости 3 передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования 4, где определяется угол визирования без учета высоты и скорости полета ВС:

Далее в блоке определения горизонтальной видимости 3 определяется угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС:

где t - время аккомодации глаза пилота ВС (по среднему значению 2,5 с), затрачиваемое на обнаружение большинства объектов (ориентиров);

W - путевая скорость полета ВС, м/с;

Н_ПОЛ - высота полета ВС, м;

θ₀ - минимальный угол визирования.

Результат угла визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования 4 и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов 2 передаются в блок определения НПДВ 5, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ 1:

для I и II ОМ:

2) при В²>4 AS₀

4) при В²<4 AS₀

5) при В²=4 AS₀

для III ОМ:

где

L_ЯВЛ -коэффициент погодных условий (Lдымка=1; Lдождь=0,91; Lснег=0,84; Lморось=0,8);

θ - угол визирования;

А, В - коэффициенты, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели;

ε - порог контрастной чувствительности глаза = 0,05;

K₀ - первоначальный, неискаженный дымкой контраст между объектом и фоном = 0,6;

В_Ф - истинная яркость фона, т.е. яркость, неискаженная атмосферной дымкой;

Б - предельное значение яркости слоя помутнения при неограниченном увеличении его толщины;

S₀ - видимость у земли, м,

причем отношение ВФ/Б=1,5 для сухой подстилающей поверхности, В_Ф/Б=2,0 - для влажной поверхности.

Определенную наклонную полетную дальность видимости с высоты полета используют при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.

Пример 1

Определение наклонной полетной дальности видимости с помощью планшета для вертолета МИ-8 в условиях дымки в атмосфере при сухой подстилающей поверхности.

Измеряют ВНГО - 200 м, с помощью «ЛИНГО-1М» - лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, задают полученное значение в планшет.

Измеряют МДВ - 2000 м, с помощью «ФИ-3» - фотометра импульсного, задают полученное значение в планшет.

Высоту, скорость полета, исходя из полетного задания: Н_ПОЛ=150 м, скорость полета 100 км/ч (27,7 м/с) заносят в планшет.

Передают в планшет из портативной метеостанции информацию о контрасте объекта на фоне местности К=0,6 и явление погоды - дымка.

По значениям ВНГО (200 м) блок определения ОМ 1 определяет ОМ:

II ОМ 150<ВНГО≤200 м; Затем блок определения коэффициентов 2 формирует коэффициенты А, В для полученной ОМ:

Блок определения коэффициентов 2 передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости 3, который определяет горизонтальную видимость:

где S_mh - горизонтальная видимость на высоте полета НПОЛ

Н_ПОЛ ^_ высота полета ВС, м.

Блок определения горизонтальной видимости 3 передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования 4, где определяется угол визирования без учета высоты и скорости полета ВС:

Затем в блоке определения горизонтальной видимости 3 корректируется угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС:

Полученный угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования 4 и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов 2 передаются в блок определения НПДВ 5, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ 1:

Наклонная полетная дальность видимости с высоты полета составляет 1400 м, используется пилотом в расчетах при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.

Пример 2

Определение наклонной полетной дальности видимости с помощью планшета для вертолета МИ-8 в условиях дымки в атмосфере при сухой подстилающей поверхности.

Измеряют ВНГО - 100 м, с помощью «ЛИНГО-1М» - лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, задают полученное значение в устройстве для оценки НПДВ.

Измеряют МДВ - 1000 м, с помощью «ФИ-3» - фотометра импульсного, задают полученное значение в устройстве для оценки НПДВ.

Высоту, скорость полета, исходя из полетного задания: Нпол⁼50 м, скорость полета 100 км/ч (27,7 м/с) заносят в планшет.

Передают в планшет из портативной метеостанции информацию о контрасте объекта на фоне местности К=0,6 и явление погоды - дымка.

По значениям ВНГО (100 м) блок определения ОМ 1 определяет ОМ:

1 ОМ ВНГО≤150 м;

Далее блок определения коэффициентов 2 формирует коэффициенты А, В для полученной ОМ:

Блок определения коэффициентов 2 передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости 3, который определяет горизонтальную видимость:

где S_mh - горизонтальная видимость на высоте полета Н_ПОЛ

Н_ПОЛ - высота полета ВС, м.

Блок определения горизонтальной видимости 3 передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования 4, где определяется угол визирования без учета высоты и скорости полета ВС:

Далее в блоке определения горизонтальной видимости 3 корректируется угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС:

Полученный угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования 4 и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов 2 передаются в блок определения НПДВ 5, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ 1:

Наклонная полетная дальность видимости с высоты полета составляет 648 м, используется пилотом в расчетах при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.

Пример 3

Оценка наклонной полетной дальности видимости с помощью планшета для вертолета МИ-8 в условиях дымки в атмосфере при сухой подстилающей поверхности.

Измеряют ВНГО - 300 м, с помощью «ЛИНГО-1М» - лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, задают полученное значение в устройстве для оценки НПДВ.

Измеряют МДВ - 3000 м, с помощью «ФИ-3» - фотометра импульсного, задают полученное значение в устройстве для определения НПДВ.

Высоту, скорость полета, исходя из полетного задания: Н_ПОЛ=250 м, скорость полета 100 км/ч (27,7 м/с) заносят в планшет.

Вносят высоту полета из полетного задания пилота ВС и полученные данные в планшет для определения наклонной полетной дальности видимости,

Передают в планшет из портативной метеостанции информацию о контрасте объекта на фоне местности К=0,6 и явление погоды - дымка.

По значениям ВНГО (300 м) Блок определения ОМ 1 определяет ОМ:

III ОМ (ВНГО=300 м); Затем блок определения коэффициентов 2 формирует коэффициенты А, В для полученной ОМ:

Блок определения коэффициентов 2 передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости 3, который определяет горизонтальную видимость:

где S_mh - горизонтальная видимость на высоте полета Н_ПОЛ

Блок определения горизонтальной видимости 3 передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования 4, где определяется угол визирования без учета высоты и скорости полета ВС:

Далее в блоке определения горизонтальной видимости 3 корректируется угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС:

Полученный угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования 4 и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов 2 передаются в блок определения НПДВ 5, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ 1:

Наклонная полетная дальность видимости с высоты полета составляет 2899 м, используется пилотом в расчетах при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.

При наклонной полетной дальности видимости менее 2 км в примере 1, 2 пилот не сможет выполнить полетное задание. В примере 3 пилот сможет выполнить полетное задание в полном объеме.

Благодаря точности определения НПДВ, учитывающем высоту и скорость полета воздушного судна можно избежать полета в опасных условиях с низкой дальностью видимости.

Изобретение относится к метеорологии, в частности к методам измерения видимости, и может быть использовано в автоматизированных системах обеспечения безопасности полетов. Изобретение направлено на повышение точности определения наклонной полетной дальности видимости (НПДВ) с учетом высоты и скорости полета воздушного судна, что достигается за счет того, что измеряют высоту нижней границы облачности (ВНГО) с помощью лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, измеряют метеорологическую дальность видимости (МДВ) с помощью фотометра импульсного, вносят высоту полета из полетного задания пилота воздушного судна (ВС), ВНГО, МДВ в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, содержащее блок определения оптической модели (1), блок определения коэффициентов (2), блок определения горизонтальной видимости (3), блок определения угла визирования (4), блок определения НПДВ (5), и передают информацию о погодных условиях из метеостанции в устройство для определения НПДВ. Определяется НПДВ с учетом высоты и скорости полета ВС, которую используют при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов. 3 ил.

Способ определения наклонной полетной дальности видимости, заключающийся в том, что измеряют высоту нижней границы облачности (ВНГО) с помощью лазерного измерителя высоты нижней границы облачности, измеряют метеорологическую дальность видимости (МДВ) с помощью фотометра импульсного, вносят высоту полета из полетного задания пилота воздушного судна (ВС), ВНГО, МДВ в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, содержащее блок определения оптической модели (ОМ), блок определения коэффициентов, блок определения горизонтальной видимости, блок определения угла визирования, блок определения НПДВ, и передают информацию о погодных условиях из метеостанции в устройство для определения наклонной полетной дальности видимости, при этом блок определения ОМ определяет ОМ исходя из данных метеостанций, блок определения коэффициентов формирует коэффициенты А, В, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели, для полученной ОМ, блок определения коэффициентов передает значения коэффициентов А, В в блок определения горизонтальной видимости, который определяет горизонтальную видимость, блок определения горизонтальной видимости передает результат горизонтальной видимости в блок определения угла визирования, который определяет угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС

где t - время аккомодации глаза пилота ВС, с;

W - путевая скорость полета ВС, м/с;

Н_ПОЛ - высота полета ВС, м;

θ₀ - минимальный угол визирования,

затем угол визирования с учетом высоты и скорости полета ВС из блока определения угла визирования и коэффициенты А, В, определенные в блоке определения коэффициентов, передаются в блок определения НПДВ, который определяет НПДВ исходя из типа ОМ, определенного в блоке определения ОМ:

для I и II ОМ:

1) при B²>4AS₀

2) при В²<4 AS₀

3) при B²=4 AS₀

для III ОМ:

где L_ЯВЛ - коэффициент погодных условий (L_дымка=1; L_дождь=0,91; L_снег=0,84; L_морось=0,8);

θ - угол визирования;

А, В - коэффициенты, зависящие от высоты нижней границы облачности (ВНГО), метеорологической дальности видимости у земли (МДВ) и оптической модели, для полученного ОМ;

ε - порог контрастной чувствительности глаза = 0,05;

K₀ - первоначальный, неискаженный дымкой контраст между объектом и фоном = 0,6;

В_Ф - истинная яркость фона, т.е. яркость, неискаженная атмосферной дымкой;

Б - предельное значение яркости слоя помутнения при неограниченном увеличении его толщины;

S₀ - видимость у земли, м;

определенную наклонную полетную дальность видимости с учетом высоты и скорости полета ВС используют при составлении маршрута полета и плановой таблицы полетов.