Устройство для контроля занятости взлетно-посадочной полосы Советский патент 1992 года по МПК G08G1/01 

Изобретение относится к авиации и может быть использовано для обнаружения препятствий на Бйлетно-посадочной полосе.

Известна система предупреждения о наличии посторО П)их объектов на 8ПП, включающая рад чолокационные приемопередатчики, размещенные вдоль ВПП, и вычислительное устройство, преобразующее сигналы локаторов в данные о местонахождении, скорости и направлении движения объектов на ВПП.

Недостатками этой системы являются ее относительно высокие сложности и стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство контроля состояния ВПП, содержащее передатчик -с антенной решеткой, расположенной на одном конце ВПП, приемники с антеннами, расположенные на другом конце ВПП в зоне действия передатчика, причем выходы приемников соединены с входами блока балансировки, выходы которого подключены к входам компаратора, выход которого соединен с входом блока сигнализации.

Недостатки известной системы заключаются в том, что она не позволяет определять местоположение препятствий на ВПП, направление их перемещения-и не распознает их тип, что в полной мере не обеспечивает безопасность взлета и руления по ВПП (например, если ЕС вырулило на один конец ВПП для взлета и в это время препятствие несанкционированно занимает ВПП на про. тивоположном конце, то из-за невозможности определения местоположения объектов оно останется необнаруженным), а также снижает регулярность и экономичность полетов.

Кроме того, на некоторых аэродромах искривление ВПП может составить значительную величину (до 10м) и на горбатых ВПП антенны приемников необходимо поднимать на такую высоту, чтобы они были в зоне прямой видимости антенной решетки передатчика. Это может оказаться невозможным из-за ограничений по безопасности взлета и посадки самолетов, причем на искривленных ВПП для приемников неизбежно возникнут мертвые зоны, на которых обнаружение препятствий невозможно.

Цель изобретения - повышение информативности и функциональной надежности устройства за счет определения местоположения препятствий на ВПП, направления их перемещения, распознавания типа препятствий, автоматического радиооповещения о

занятости ВПП экипажей ЛА и повышения вероятности обнаружения объектов на искривленной ВПП.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля состояния ВПП, содержащее передатчик с антенной решеткой, расположенный на одном конце взлетно-посадочной полосы, первую группу приемников, расположенную на противоположном конце взлетно-посадочной полосы, выходы которых подключены к входам блока контроля информации, вь1ходы которого соединены с входами блока индикации, дополнительно введены вторая группа приемников с aнteннaми и радиопередатчик, пр,иемники второй группы расположены вдоль ВПП, их выходы соединены с входами блока контроля информации, который подключен к передатчику для радиооповещения экипажа ЛА о занятости ВПП препятствиями, блок контроля информации содержит первую и вторую группы компараторов, первый и второй инверторы, первую И вторую группы элементов И, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый, второй и третий элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй элементы И, первый и второй регистрь, формирователь импульсов, выходы второй группы приемников сантеннаг м соединены с входами соответствующих компараторов первой группы, выходы которых подключены к информационным входам первого регистра, к соответствующим входам группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элементов И первой группы, к входам первого элемента. ИЛИ, к первой группе входов блока индикации, выходы первого регистра соединены с другими входами группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элементов И первой группы, с соответствующими входами элементов И второй группы и с информационными входами второго регистра, выходы которого подключены к другим входам элементов И второй группы, выходы которых соединены с второй группой входов блока индикации, выходы группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним входом первого элемента И, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входами разрешения записи, первого и второго регистров, выходы первой группы элементов И подключены -к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выходы первой группы приемников подключены к входам второй группы компараторов, выходы которой соединены с входами третьего элемента ИЛИ. выход которого соединен с первым входом радиопередатчика с входом звукового генератора, с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом блока индикации, выход генератора соединен с вторым входом радиопередатчика, выход первого элемента ИЛИ подключен к входам первого и второго инверторов, к второму входу блока индикации, к тактовым входам первого и второго регистров, выход первого инвертора подкл1рчен к второму входу второго элемента И, выход второго инвертора соединен с входами обнуления первого и второго регистров.

Антенная решетка передатчика, предпочтительно СВЧ-диапазона, формирует над поверхностью ВПП по всей ее ширине высокочастотное электромагнитное поле, которое прини и(ается направленными антеннами приемников первой группы, расположенных в один ряд у противоположного от передатчика торца ВПП и перекрывающих всю ее ширину. Приемники с направленными антеннами второй группы, расположенные вдоль ВПП, воспринимают отражение от препятствий на ВПП э/м сигналы, и наличие сигнала на выходе приемника интерпретируется как наличие металлического препятствия в секторе ВПП, который контролирует данный приемник.

Такигу образом, при помощи блока контроля информации появляется возможность определения местоположения металлических объектов и распознавания типа препятствий на ВПП (если срабатывают приемники у торца ВПП и не срабатывают приемники вдоль ВПП, значит на полосе находятся люди или животные, если сработали приемники вдоль ВПП - на полосе машины или ЛА).

Кроме того, по перемещению гтрепятствия из сектора в сектор блок контроля информации определяет направление его движения и выдает сигнал для включения соответствующей сигнализации на блоке индикации занятости ВПП. Сигнал занятости ВПП из блока контроля информации поступает также на радиопередатчик, который автоматически оповещает экипажи ЛА о занятости ВПП и при необходимости обеспечивает своевременный уход на второй круг. При искривленной поверхности ВПП для ус-, тройства-прототипа неизбежно будут возникать мертвые зоны, где препятствия невозможно обнаружить, а в некоторых случаях использование известного устройства может оказаться вообще неприемлемым. Установка приемников с антеннами вдоль

ВПП позволит полностью или частично избавиться от этого недостатка.

В первом регистре блока контроля информации хранится информация о текущем 5 состоянии ВПП, во втором - о предистории состояния ВПП. Вторая группа элементов И, анализируя содержимое регистров, определяет направление перемещения объектов по ВПП. Первая группа элементов И, группа

0 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, первый И и формирователь импульсов при несоответствии содержимого первого регистра текущему состоянию ВПП (это имеет

5 место при перемещении препятствий из одного сектора в другой) формируют два последовательных импульса для перезаписи регистров, первый из которых поступает на вход разрешения записи S второго регистра

0 (при этом в данный регистр записывается содержимое первого регистра), а второй на вход разрешения записи S первого регистра (в него записывается информация о текущем состоянии ВПП). Компараторы второй группы срабатывают при уменьшении уровня на выходах приемников у торца ВПП при их затенении препятствиями. Второй элемент И и первый инвертор анализируют тип препятствий путем сравнивания наличия сигналов тревоги приемников второй группы, расположенных вдоль ВПП, и наличия сигналов приемников первой группы у торца ВПП. Звуковой генератор включается при наличии на ВПП препятствий любого

5 типа.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием дополнительных приемников второй группы с направленными антеннами и передатчика радиооповещения.

Однако при введении в предлагаемое устройство новых элементов, повышается вероятность обнаружения объектов, система позволяет определять местоположение на ВПП препятствий, направление их перемещения, тип препятствий и автоматически оповещать о занятости ВПП экипажем ЛА, что приводит к повышению функциональной надежности и информативности устройства.

На фиг.1 представлено устройство контроля занятости ВПП; на фиг.2 - блок индикации занятости ВПП: на фиг.З - блок

5 контроля информации; на фиг.4 - один из вариантов расположения приемников вдоль ВПП.

На фиг.1-3 приведены следующие обозначения: ВПП - взлетно-посадочная полоса; РД - рулежная дорожка: 1,11.Ill,IV - контролмруемые секторы ВПП; 1 - передатчик с антенной решеткой; 2 - первая группа приемнмков с направлённымм антеннами; 3-6 г(рмемнмюл С- направленными антеннами второй группы; 7 - блок контроля информации; 8 - блок индикации; 9 - передатчик радмооповещзния; 10 - световые транспоранты направлежия движения; 11 - табло ВПП замята ; 12-тйбло ВПП занята людьми животными ; 13 первая группа комт параторов; 14- первый элемент ИЛ1/1; 15второй вход блока индикации; 16 - первая группа входов блока индикации; 17 - вторая группа элементов А 18-23 - вторая группа входов блока индикации; RG1, RG2 - регистры; 24 - группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; 25 - первая группа элементов И; 26 - второй элемент ИЛИ; 27 - элемент ИЛИ-НЕ; 28 - первый элемент И; 29 - формирователь импульсов; 30 - вторая:группа компараторов; 31 -третий элемент ИЛИ; 32 - второй элемент И; 33 - первый инвертор; 34 - первый вход блока индикации; 35 звуковой генератор; 36 - второй инвертор.

Рассмотрим пример устройства с четырьмя приемниками, расположенными вдоль ВПП,

Устройство контроля эанятости ВПП содержит передатчик 1 с антенной решеткой, который формирует над поверхностью ВПП высокочастотное электромагнитное поле, Расположенные у противоположного торца ВПП приемники 2 первой группы имеют антенны с узкими диаграммами, которые направлены вдоль ВПП в сторону передатчика 1, Приемники 3-6 второй группы расположены вдоль ВПП для контроля одного из секторов ВПП I-IV, ширина диаграмм направленности антенн этих приемников (их ориентация на фиг,1 показана штриховкой) зависит от числа контролируемых секторов, а число секторов зависит от длины ВПП и их размера.

Выходы приемников 2-6 соединены с блоком 7 контроля индикации, который определяет наличие на ВПП препятствий, их местоположение, направление их перемещения и выдает соответствующие сигналы для сигнализации на блок 8 индикации и радиопередатчик 9 оповещения, который автоматически передает в эфир сигнал о занятости ВПП препятствиями.

Блок 8 индикации занятости ВПП (фиг,2) представляет собой мнемосхему с изображением ВПП, на которой при помощисветодиодов высвечиваются занятые препятствиями участки ВПП 1-IV, транспарантами в виде стрелок 10 - направление перемещения препятствия; световой транспарант 11 сигнализирует о занятости ВПП

машинами или ЛА, транспарант 12 - людьми или животными.

Выходы приемников 3-6 второй группы соединены с компараторами 13 первой

группы, выходы которой подключены к информационным входам ВО-ВЗ регистра RG1, который предназначен лдля запоминания сигналов приемников 3-6. Выходы регистра RG1 соединены с входами регистра

0 RG2, который необходим для определения направления перемещения препятствий по ВПП и запоминает предисторию занятости ВПП.

Выходы первой группы компараторов

5 13 соединены с входами первого элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с вторым входом 15 блока 8 индикации. Кроме того, выходы группы компараторов 13 соединены с первой группой входов 16 блока 8 индикации. Выходь регистра RG1 и соответствующие выходы регистра RG2 через элементы И 17 второй группы, предназначенные для определения направления движения препятствий, соединены с второй группой входов

5 18-23 блока 8 индикации. Выход регистра RG1 и его соответствующие выходы соединены с входами элементов ИСКЛЮЧАНЭЩЕЕ ИЛИ 24 и элементов И 25 первой группы, выходы которых через второй элемент ИЛИ 26, элемент ИЛИ-НЕ 27 и первый элемент И 28 соединены с входом формирователя 29 импульсоб, выходы которого связаны с входами (разрешение записи) регистров. Выходы приемников 2 через компараторы 30 второй группы и третий элемент ИЛИ 31 соединены с вторым элементом И 32, К другому входу элемента И 32 через первый инвертор 33 подключен выход первого элемента ИЛИ 14, Выход второго элемента И 32 соединен с первым входом блока 34 индикации.

Кроме того, выход третьего элемента ИЛИ 31 подключен к входу радиопередатчика 9 и звуковому генератору 35, выход которого связан с другим входом радиопередатчика 9, Выход первого элемента ИЛИ 14 связан с тактовыми входами С (считывание) и через второй инвертор 36 - с входами обнуления R регистров RG1 и

0 RG2,

Обнаружение препятствий на ВПП происходит следующим образом,

При наличии на ВПП препятствий происходит затенение одного или нескольких

5 приемников 2, и уровень их выходного сигнала уменьшается. Компараторы 30 второй группы сравнивают этот уровень.с эталонным сигналом, который соответствует отсутствию на ВПП каких-либо препятствий. Таким образом, наличие сигнала на выходе

компаратора соответствует наличию препятствий на ВПП. Когда уровень выходного сигнала приемников 2 понижается, на выходе соответствующего компаратора второй группы возникает сигнал, который поступает на третий элемент ИЛИ 31. На выходе элемента ИЛИ 31 сигнал тревоги возникает при наличии хотя бы одного сигнала на всех выходах компараторов 30 второй группы. Этот сигнал через второй элемент И 32 поступает для включения табло 12 индикатора ВПП занята людьми или животными.

Это табло будет гореть, если на выходах всех приемников 3-6 будет отсутствовать сигнал, что означает отсутствие на ВПП металлических объектов (машин, ЛА и пр.). Если на ВПП находится металлическое препятствие, оно будет переотражать излучение передатчика 1 и на выходе одного из приемников 3-6, каждый из которых контролируетодин из секторов ВПП; появится сигнал, который через компараторы первой группы и первый элемент ИЛИ 14 включит табло 11 ВПП занята. При этом на выходе первого инвертора 33 будет сигнал логического нуля, второй элемент И 32 будет закрыт и табло 12 гореть не будет.

Одновременно преобразованный сигнал одного из приемников 3-6 через первую группу входов 16 блока 8 индикации поступает для включения светодиодов, которые .отображают занятость одного из секторов I-IV (на фиг.2 светодиоды показаны пунктирной линией).

Выход первого элемента ИЛИ 14 связан с тактовыми входами С (считывание) регистров RG1 и RG2 и считывание происходит всегда при наличии металлических объектов на ВПП.

В регистре RG1 содержится информация о текущем состоянии ВПП, а в регистре RG2 - его предистория. Например, если объект через сектор I вошел в сектор II и находится там в настоящее время, то на выходе приемника 4 будет сигнал, а на выходах приемников 3,5, сигнала не будет; на входах ВО-ВЗ регистра RG1 будет код 0100, в регистре RGI будет записан тот же код и он же будет на выходах 0-3 этого регистра. При этом в регистре RG2 будет записан код 1000 (предистория положения препятствия), и он же будет на выходе RG2. Выходы RG1 и выходы RG2 через элементы И 17 второй группы и вторую группу входов 1823 блока 8 индикации соединены с транспарантами - стрелками 10, которые показывают направление движения препятствий. Так, если на выходе RG2 код 1000, а на выходе RG1 - 0100, то на входе 19 индикатора 8 появится сигнал и в секторе II будет

гореть стрелка 10 вправо -(фиг.2), что означает: Объект находится во втором секторе ВПП и движется в направлении третьего.

При перемещении объекта из сектора II в сектор Ml сигналы на входе RG1 (здесь будет код 0010) и на его выходе (код 0100) не будут совпадать, и на выходе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 появится сигнал, который через второй элемент ИЛИ 26 и первый элемент И 28 поступает на вход формирователя 29 импульсов. При наличии сигнала на выходе формирователя 29 импульсов он последовательно вырабатывает два импульса, первый из которых поступает на вх(6д S (разрешение записи) регистра RG2, а второй импульс - на вход регистра RG1. При этом сначала в регистре RG2 запомнится код предистории 0100, который был в RG1, а затем в RG1 запомнится код 0010. В этом случае на индикаторе 8 загорится сектор III, стрелка вправо в этом секторе, и будет гореть табло 11 ВПП занята. Элементы И 25 первой группы и элемент ИЛИ-НЕ 27 необходимы для того, чтобы исключить срабатывание формирователя 29 импульсов в том случае, когда препятствие находится в промежуточном положении между секторами (в приведенном примере его могут воспринимать одновременно приемники 4 и 5; на входах RG1 - код 0110, на выходе второго элемента И 25 первой группы - сигнал логической единицы, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 27 сигнал лo ичecкoгo нуля, первый элемент И закрыт, на выходе формирователя 29 импульсов сигнала нет).При этом будут светиться два сектора (II и 111) и одна стрелка (в секторе II) на индикаторе 8.

Если на ВПП отсутствуют объекты, то на выходе первого элемента ИЛИ 14 - сигнал логического О, на выходе второго инвертора 36 появится сигнал 1 и регистры RG1 и RG2 обнуляются.

Сигнал занятости ВПП с третьего элемента ИЛИ 31 поступает на включение радиопередатчика 9 и звукового генератора 35, соединенного с микрофонным входом передатчика, который передает в эфир сиг налы занятости ВПП.

Необходимое количество приемников второй группы п, которые располагаются вдоль ВПП, определяется по формуле Lsnn

п -

LceK

где- Ьвпп - длина взлетно-посадочной полосы; LceK-длина сектора, контролируемого одним приемником.

Например, при Lsnn 2500 м и 250 м необходимо п 10 приемников. В этом случае в блоке 7 контроля информации можно использовать 16-разрядные регистры, 6 разрядов которых будут свободными.

Для повышения помехоустойчивости и уменьшения вероятности ложного срабатывания можно использовать расположение приемников, изображенное на фиг.4. Здесь каждая пара приемников 3 и 3, 4 и 4, 5 и 5, 6 и 6 контролирует один из секторов ВПП. При этом наличие сигналов единовременно на выходах двух приемников пары интерпретируется как наличие препятствия на ВПП. При такой схеме приемники каждой, пары соединяются с входом регистра RG1 через элемент ИЛИ. Однако приемников в этом случае потребуется в два раза больше.

На искривленных ВПП для приемников 2 могут возникнуть мертвые зоны или же использование этих приемников вообще может оказаться невозможным. В этом случае приемники 2, компараторы 30 второй группы, элемент ИЛИ 31, элемент И 32, перйый инвертор 33, табло 12 могут отсутствовать, а вход радиопередатчика 9 и генератора -35 соединяется с выходом первого элемента ИЛИ 14. При этом с целью улучшения работы устройства контроля, в зависимости от конкретных условий, можно выбирать оптимальную сторону установки передатчика 1, антенная решетка передатчика 1 может устанавливаться выше и немного в стороне от оси ВПП (для обеспечения безопасности взлета и посадки); может устанавливаться второй передатчик с противоположной стороны от первого (эта мера позволит просматривать всю поверхность выпуклых ВПП).

Вместо звукового генератора 35 может использоваться, например, магнитофон, который непрерывно производит речевой сигнал ВПП занята. На ВС обычно имеется 2 радиостанции, поэтому одна из них может использоваться для радиообмена с диспетчером, а вторая - для прослушивания сигнала занятости ВПП на другой частоте.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматически определять местоположение объектов на ВПП, что позволяет предупреждать столкновение взлетающих и рулящих ЛА с препятствиями и ускорить освобождение ВПП; автоматически определять направление движения объектов по ВПП, что позволяет предвидеть диспетче)у развитие событий и ускорить освобождение ВПП; автоматически опре,целятьтип объекта (люди и крупные животные или же машины и ЛА), что помогает диспетчеру сориентироваться в конкретной обстановке и принять оптимальное решение для обеспечения безопасности полетов.

Кроме того, устройства автоматически передает в эфир сигналы занятости ВПП, которые могут приниматься всеми воздушными судами (это позволит при необходимости вовремя уйти на второй круг) и любыми

заинтересованными службами аэродрома.

На аэродромах с искривленными ВПП

использование устройства, выбранного в

качестве прототипа, по условиям безопасности полетов может оказаться либо вообще невозможным, либо на ВПП будут мертвые зоны, где препятствия останутся необнаруженными.

Предлагаемое устройство позволяет

полностью или частично устранить этот недостаток.

Использование предлагаемого устройства особенно в условиях малой видимости позволяет значительно увеличить зффективность управления воздушным движением (УВД) диспетчерами посадки и старта за счет того, что информация о местоположении на ВПП управляемых ЛА непрерывно отображается на индикаторе занятости

ВПП, кроме того, отказаться от визуального наблюдения за ВПП, которое используется в настоящее время, и сократить диспетчеров В СДП (вспомогательного стартового диспетчерского пункта), которые осуществляют наблюдение.

Перечисленные преимущества в совокупности значительно повысят безопасность, регулярность и эконрмичность полетов, увеличат эффективность деятельности диспетчеров УВД.

Ф о р мула изобретения Устройство для контроля занятости взлетно-посадочной полосы, содержащее

передатчик с антенной решеткой, расположенный на одном конце взлетно-посадочной полосы, первую группу приемников, расположенную на противоположном конце взлетно-посадочной полосы, блок контроля

информации, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения функциональной надежности и информативности, в устройство введены вторая группа . прие.мников с антеннами и радиопередатчик, блок контроля информации содержит первую и вторую группы компараторов, первый и второй инверторы, первую и вторую группы элементов И, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый, второй и третий элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй элементы И, первый и второй регистры, формирователь .импульсов, звуковой генератор, приемники второй группы с антеннами расположены вдоль взлетно-посадочной полосы, С1;1ходы второй

группы приемников с антеннами соединены с входами соответствующих компараторов первой группы, выходы которых подключены к информационным входам первого регистра, к соответствующим входам группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элементов И первой группы, к входам первого элемента ИЛИ, к первой группе входов блока индикации, выходы первого регистра соединены с другими входами группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элементов И первой группы, с соответствующими входами элементов И второй группы и с информационными входами второго регистра, выходы которого подключены к другим входам элементов И второй группы, выходы которых соединены с второй группой входов блока индикации, выходы группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, первый и

второй выходы которого соединены с входами разрешения записи первого и второго регистров, выходы первой группы элемен-, тов И подключены к входам элемента ИПИНЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выходы первой группы приемников подключены к входам второй группы компараторов, выходы которой соединены с входами третьего элемента

ИЛИ, выход которого соединен с первым входом радиопередатчика, с входом звукового генератора, с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым вводом блока индикации, выход генератора - с вторым входом радиопередатчика, выход первого элемента ИЛИ подключен к входам первого и второго инверторов, к второму входу блока индикации, к тактовым входам первого и второго регистров, выход

первого инвертора - к второму входу второго элемента И, выход второго инвертора соединен с входами обнуления первого и второго регистров.

Фиг. 2

«SI

rjgi

CO Ito

9 I .1

Г т m б

Фиг л