Система посадки воздушных судов

Авторы патента:

Полезная модель относится к области авиации, в частности, к аэродромному и бортовому самолетному оборудованию, которое может быть использовано для обеспечения захода на посадку воздушных судов. Предлагаемая система содержит систему наземных оптических излучателей - маяков, расположенных в начале взлетно-посадочной полосы, а также устройство для приема излучения, размещенное на борту судна. Наземные оптические излучатели - маяки, по крайней мере, два из которых расположены по сторонам взлетно-посадочной полосы, а один по ее центру, функционируют в ультрафиолетовом диапазоне, передавая свои заранее определенные координаты посредством модуляции оптического излучения и коды маяков, определяющих их местоположение относительно взлетно-посадочной полосы. При этом на воздушном судне установлено устройство для приема излучения наземных оптических излучателей - маяков, функционирующее в ультрафиолетовом диапазоне, на основании информации от которого определяют углы, под которыми видны названные маяки, что позволяет определить координаты судна относительно взлетно-посадочной полосы и вывести судно на курсо-глиссаду, обеспечивая его посадку. Наземные оптические излучатели -маяки и оптическое устройство для приема излучения, размещенное на борту воздушного судна, функционируют в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм, обеспечивающим солнечно-слепой режим.

Существуют много систем обеспечения захода и посадки летательных аппаратов (ЛА). В настоящее время в России используются следующие средства посадки: радиотехническая курсо-глиссадная система (КГС)), светосигнальная система аэродрома, системы навигации - локальные (пеленга и радиолокационного слежения) и глобальные (ГЛОНАСС, GPS) с использованием функциональных дополнений типа GBAS (ЛККС - локальных контрольно-корректирующих станций).

Однако КГС практически не обладает пространственным (координатным) разрешением, т.е. получаемые с их помощью данные носят характер «ориентировочных сведений». Светосигнальная система не обладает достаточной информативностью и не обеспечивает необходимую безопасность посадки вследствие низкой помехоустойчивости при плохих метеоусловиях: гидрометеоры, туман. Локальные (радиолокационные) системы обладают низкой точностью определения координат воздушного судна. Глобальные системы (основанные на применении технологий GPS/ГЛОНАСС) являются наиболее популярными из-за того, что необходимость в установке собственных маяков отсутствует, т.к. в качестве таковых выступают спутники. Тем не менее, широкое применение глобальных систем ставит их в зависимость от работоспособности спутниковой сети, причем работоспособности как чисто технической, так и политической, например, в случае возникновения международной конфликтной ситуации. Кроме того, система спутниковой навигации уязвима просто из-за возможности поставить мощный источник помех (возможно, даже на базе обычного спутника связи), а при установке маяков на земле источником помех становится рельеф местности.

Таким образом, все указанные системы посадки уязвимы с точки зрения обеспечения гарантированной надежности и, следовательно, нуждаются в резервировании. В этом плане целесообразно иметь дополнительную систему, которая не подвержена действию внешних помех (например, глушению в радиодиапазоне), не зависит от политической ситуации в мире, от работоспособности спутников, передатчиков и имеет свой, полностью независимый тракт, как на земле, так и на борту. Желательна максимальная точность системы в непосредственной близости от взлетно-посадочной полосы (ВПП), чтобы иметь возможность при посадке по приборам дублировать работу спутниковых систем.

Известна система посадки летательных аппаратов, содержащая наземную систему маяков - излучателей и приемника излучения, установленного на борту воздушного судна (патент RU 2108943, «Система посадки», МПК B64F 1/18 опубл. 20.04.1998) Наземные маяки-излучатели и приемник на борту воздушного судна функционируют в инфракрасном диапазоне излучения.

Целью этого изобретения являлось увеличение точности системы посадки ЛА за счет формирования информационного поля, образующего курсо-глиссаду в начале посадочной полосы, в ИК-диапазоне. Эта система, используя излучение в ИК-диапазоне, образует в пространстве информационное поле в виде трех- или четырехлучевой диаграммы излучения. Так как ИК-излучатели имеют малые размеры, то они могут быть расположены непосредственно на поверхности в начале ВПП. Каждый из лучей модулирован по амплитуде своими кодами импульсов в соответствии с присвоенными им кодами комбинации или тональной частоты. Информационное поле формируется диаграммой излучения курсо-глиссады, при отклонении от оси которой на выходе оптико-приемного устройства, расположенного на борту ЛА, формируются командные сигналы, используемые для приведения траектории планирования ЛА к оси курсо-глиссады, вплоть до достижения ЛА значения высоты начала выравнивания перед приземлением.

Описанное выше изобретение обладает рядом существенных недостатков. Одними из них являются упомянутые в патенте ограниченность дальности действия и назначение этой системы для легких маневренных ЛА. Особенно сильное негативное влияние на работу системы посадки в ИК диапазоне оказывают гидрометеоры (см. В.В. Коротаев, Г.С. Мельников, С.В. Михеев, Основы тепловидения, СПб: НИУ ИТМО. 2012. 122 с), которые приводят к существенному ослаблению принимаемого сигнала и, как следствие, к резкому уменьшению дальности действия и снижению точности. Кроме того, так как данная система работоспособна только при малых дальностях, то необходимо на уровне дальней приводной станции обеспечение высокой точности вывода ЛА в зону курсо-глиссады.

Технической задачей, решаемой в рамках предлагаемой полезной модели, является создание системы посадки воздушного судна, лишенной указанных недостатков прототипа в результате применения ультрафиолетового излучения в диапазоне 250-280 нм с использованием УФ-С монофотонной технологии (см. Белов А.А., Егоров В.В., Калинин А.П., Коровин Н.А., Родионов А.И., Родионов И.Д., Степанов С.Н. Монофотонный сенсор ультрафиолетового диапазона «Корона». Датчики и системы. 12. 2012. С. 58-60).

Техническим результатом применения полезной модели является повышение надежности и безопасности посадки воздушного судна благодаря применению инструментального метода получения цифровой информации о текущих координатах самолета относительно ВПП.

Поставленная задача и необходимый технический результат достигаются тем, что в системе посадки воздушного судна, содержащей, систему наземных оптических излучателей - маяков, расположенных в начале взлетно-посадочной полосы, а также устройство для приема излучения, размещенное на борту судна наземные оптические излучатели - маяки, по крайней мере, два из которых расположены по сторонам взлетно-посадочной полосы, а один по ее центру, функционируют в ультрафиолетовом диапазоне, передавая свои заранее определенные координаты посредством модуляции оптического излучения и коды маяков, определяющих их местоположение относительно взлетно-посадочной полосы. При этом на воздушном судне установлено устройство для приема излучения наземных оптических излучателей - маяков, функционирующее в ультрафиолетовом диапазоне, на основании информации от которого определяют углы, под которыми видны названные маяки, что позволяет определить координаты судна относительно взлетно-посадочной полосы и вывести судно на курсо-глиссаду, обеспечивая его посадку. Наземные оптические излучатели - маяки и оптическое устройство для приема излучения, размещенное на борту воздушного судна, функционируют в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм, обеспечивающим солнечно-слепой режим.

Существо полезной модели поясняется схемой на фигуре.

Система посадки воздушного судна содержит три наземных оптических излучателя - маяка, из которых маяк 1 расположен в начале взлетно-посадочной полосы (ВВП) по ее центру, а маяки 2 и 3 установлены по обе стороны от ВВП. На борту воздушного судна 4 установлено бортовое оптическое устройство (БОП) 5 для приема излучения от маяков 1, 2 и 3.

Маяки излучают модулированный сигнал в виде последовательности ультракоротких импульсов. Различные версии расположения импульсов по времени образуют специфические кодовые комбинации (символы), позволяющие отличать маяки друга от друга и передавать собственные координаты на борт судна. Индустриальные помехи обладают стохастическим расположением импульсов на шкале времени, (сварочные работы и т.п.) и могут быть легко отфильтрованы.

Итогом работы системы является определение на судне углов визирования этих трех маяков. Знание углов визирования и координат маяков позволяет рассчитать на борту воздушного судна его текущие координаты в системе WGS-84 и, соответственно, определить положение судна относительно ВПП (например, с помощью метода триангуляции, метода градиентного спуска и т.д.), что обеспечивает пилоту возможность уверенного выхода на курсо-глиссаду с последующей посадкой судна на ВПП.

Проведенные экспериментальные работы подтвердили промышленную применимость предлагаемой полезной модели.

1. Система посадки воздушных судов, содержащая систему наземных оптических излучателей - маяков, расположенных в начале взлетно-посадочной полосы, а также устройство для приема излучения, размещенное на борту судна, отличающаяся тем, что наземные оптические излучатели - маяки, по крайней мере, два из которых расположены по сторонам взлетно-посадочной полосы, а один по ее центру, функционируют в ультрафиолетовом диапазоне, передавая свои заранее определенные координаты посредством модуляции оптического излучения и коды маяков, определяющих их местоположение относительно взлетно-посадочной полосы, а на судне установлено устройство для приема излучения наземных оптических излучателей - маяков, функционирующее в ультрафиолетовом диапазоне, на основании информации от которого определяют углы, под которыми видны названные маяки, что позволяет определить координаты судна относительно взлетно-посадочной полосы и вывести судно на курсо-глиссаду, обеспечивая его посадку.

2. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что наземные оптические излучатели - маяки и оптическое устройство для приема излучения, размещенное на борту воздушного судна, функционируют в диапазоне ультрафиолетового излучения 250-280 нм, обеспечивающем солнечно-слепой режим.