Комплексная система навигационного обеспечения захода на посадку

 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к средствам информационного обеспечения захода летательных аппаратов на посадку на аэродромы с неизвестными координатами и параметрами взлетно-посадочной полосы. Технико-экономический эффект, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности навигационного обеспечения захода на посадку. Это достигается путем дополнительного введения в навигационную систему блока 6 коррекции и блока формирования относительных координат, а также выполнения блока коррекции на основе четырех блоков 18 21 запаздывания, девяти блоков 24 29, 41 43 разности, четырех блоков 32 35 умножения, двух релейных элементов 30 и 31, двух интеграторов 36 и 37, блока 22 памяти, синусно-косинусного преобразователя 23, блока 39 определения арктангенса, сумматора 38 и блока 40 деления, а блока формирования относительных координат на основе трех синусно-косинусных преобразователей, трех блоков разности, и преобразователя координат. 6 ил.

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к средствам информационного обеспечения захода летательных аппаратов (ЛА) на посадку на аэродромы с неизвестными координатами и параметрами взлетно-посадочной полосы (ВПП).

Известны датчики полярных координат ориентиров (ДПКО) с лазерным дальномерным каналом и пультом управления (ПУ), измеряющие дальность D_о, и угол визирования ориентира _o [1] Известен спутниковый (инерциально-спутниковый) датчик координат, измеряющий географические координаты местоположения ЛА [2] Наиболее близкой к предлагаемой является комплексная система, содержащая спутниковый датчик географических координат (СДК), датчик полярных координат ориентира (ДПКО) с пультом управления (ПУ), датчик курса (ДК) и преобразователь координат (ПК) [3] СДК формирует и выдает географические координаты местоположения ЛА Х_cи Х_с + ₁, Z_си Z_с + ₂, где X_c, Z_c действительные координаты местоположения; _{1 2} систематические погрешности.

ДПКО формирует и выдает относительные (относительно ориентира) полярные координаты: дальность D_и D_о D и угол визирования ориентира _{и o} + (в современных ДПКО с лазерным каналом измерения дальности погрешность D 0, - систематическая погрешность измерения угла визирования), в ПК формируются относительные географические координаты (относительно ориентира A) Z_саи Dсos _и, Х_саи D sin _и где _и 180^о (_и + _и) 180^о ( + )- + систематическая погрешность по углу курса, тогда Z_саи Dсos cos + D sin sin X_ca sin + Z_ca cos Х_саи D sin cos D cos sin X_ca cos Z_ca sin где Х_са, Z_са действительные относительные координаты ЛА относительно ориентира A.

При неизвестных координатах точки A заход на посадку по информации CДК вообще невозможен, а, например, при = 0,5^о Х_са Z_са 2000 м, Х_са Z_са 200 м, наличие этих погрешностей является недостатком систем прототипа. Технико-экономическим эффектом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение точности информационного обеспечения захода на посадку.

Это достигается тем, что в комплексную систему навигационного обеспечения захода на посадку, содержащую спутниковый датчик координат, последовательно соединенные пульт управления, датчик полярных координат ориентира и первый преобразователь координат, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика полярных координат ориентира, датчик курса, выход которого соединен с третьим входом первого преобразователя координат, дополнительно введены блок коррекции и блок формирования относительных координат, первый пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами первого преобразователя координат и первым третьим выходами блока коррекции, первый пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами спутникового датчика координат, первым и вторым выходами первого преобразователя координат и вторым выходом пульта управления, при этом блок коррекции выполнен в виде последовательно соединенных первого блока запаздывания, первого блока разности, первого блока умножения, сумматора, блока деления, блок определения арктангенса и блока памяти, последовательно соединенных второго блока запаздывания, второго блока разности и второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, последовательно соединенных третьего блока запаздывания, третьего блока разности, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока разности, и четвертого блока разности, выход которого соединен с вторым входом блока деления, последовательно соединенных четвертого блока запаздывания, пятого блока разности, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения и четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока разности, а выход с вторым входом четвертого блока разности, последовательно соединенных шестого блока разности, первого релейного элемента, первого интегратора и седьмого блока разности, последовательно соединенных первого синусно-косинусного преобразователя, выход которого соединен с первым входом шестого блока разности, восьмого блока разности, второго релейного элемента, второго интегратора и девятого блока разности, выход которого соединен с вторым входом восьмого блока разности, вход первого блока запаздывания, второй вход первого блока разности и второй вход девятого блока разности соединены и являются первым входом блока коррекции, вход второго блока запаздывания, второй вход второго блока разности и второй вход седьмого блока разности объединены и являются вторым входом блока коррекции, вход третьего блока запаздывания, второй вход третьего блока разности и первый вход первого синусно-косинусного преобразователя объединены и являются третьим входом блока коррекции, вход четвертого блока запаздывания, второй вход пятого блока разности и второй вход первого синусно-косинусного преобразователя объединены и являются четвертым входом блока коррекции, второй вход блока памяти и управляющие входы первого и второго релейных элементов объединены и являются пятым входом блока коррекции, выход девятого блока разности соединен с вторым входом восьмого блока разности и является первым выходом блока коррекции, выход седьмого блока разности соединен с вторым входом шестого блока разности и является вторым выходом блока коррекции, выход блока памяти соединен с третьим входом первого синусно-косинусного преобразователя и является третьим выходом блока коррекции, а блок формирования относительных координат выполнен в виде последовательно соединенных второго синусно-косинусного преобразователя, третьего синусно-косинусного преобразователя и десятого блока разности, последовательно соединенных одиннадцатого блока разности и второго преобразователя координат, первый выход которого соединен с вторым входом десятого блока разности и является первым выходом блока формирования относительных координат, двенадцатого блока разности, первый вход которого соединен с первым выходом второго синусно-косинусного преобразователя, а выход с вторым входом второго преобразователя координат, четвертого синусно-косинусного преобразователя, первый и второй входы синусно-косинусного преобразователя являются соответственно первым и вторым входами блока формирования относительных координат, первый вход четвертого синусно-косинусного преобразователя и второй вход двенадцатого блока разности объединены и являются третьим входом блока формирования относительных координат, первый вход одиннадцатого блока разности объединен с вторым входом четвертого синусно-косинусного преобразователя и является четвертым входом блока формирования относительных координат, третий вход второго синусно-косинусного преобразователя является пятым входом блока формирования относительных координат, второй выход второго синусно-косинусного преобразователя соединен с вторым входом третьего синусно-косинусного преобразователя и вторым входом одиннадцатого блока разности, второй выход второго преобразователя координат соединен с третьими входами третьего и четвертого синусно-косинусного преобразователя и является вторым выходом блока формирования относительных координат, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами которого являются соответственно первый и второй выходы четвертого синусно-косинусного преобразователя, выход десятого блока разности и второй выход третьего синусно-косинусного преобразователя.

На фиг.1 представлена структурная схема системы по прототипу, обозначения блоков приведено выше.

На фиг.2 представлено взаимное положение ЛА (точки С₁, С₂) относительно ВПП (точки А, В) в системе координат ZOX, где обозначено:
Х_с1, Z_с1 координаты ЛА при наведении ДПКО на ориентир А;
Х_с2, Z_с2 координаты ЛА при наведении ДПКО на ориентир В;
N направление на Север;
_{1 2} углы географического курса в точках С₁, С₂;
₁ угол визирования ориентира А;
₂ угол визирования ориентира В;
₁ 180^o _{1 1}, ₂ 180^o _{2 2};
Z_а, Х_а координаты ориентира А;
Z_b, X_b координаты ориентира В;
_B географический курс ВПП (AВ L длина ВПП);
Z_п AX_п система координат связанная с ВПП;
Z_с1а Z_с1 Z_а, Х_с1а Х_а-Х_с1 координаты ЛА в точке С₁относительно ориентира А;
Z_с2а Z_с2 Z_а, Х_с2а Х_а Х_с2 координаты ЛА в точке С₂относительно ориентира А;
Z_c2b Z_c2 Z_b, Х_c2b X_b Х_c2 координаты ЛА в точке С₂относительно ориентира В.

На фиг.3 представлена структурная схема предлагаемой системы, содержащей спутниковый датчик координат (СДК)1, датчик курса (ДК)2, первый преобразователь координат (ПК) 3, датчик полярных координат ориентира (ДПКО) 4, пульт управления (ПУ) 5, блок коррекции (БК) 6, блок формирования относительных координат (БФОК) 7.

На фиг.4 представлена структурная схема первого преобразователя координат (ПК) 3, содержащего блок разности (БР) 8, задатчик постоянного параметра (ЗПП) 9, полярный преобразователь координат (ППК) 10.

На фиг. 5 представлена структурная схема БФОК 7, содержащего второй, третий и четвертый синусно-косинусные преобразователи (СКП) 11, 12 и 13 соответственно, одиннадцатый, двенадцатый и десятый блоки разности (БР) 14, 15 и 17 соответственно, второй преобразователь координат (ПК) 16.

На фиг. 6 представлена структурная схема БК 6, содержащего первый четвертый блоки запаздывания (БЗ) 18 21 соответственно, первый девятый блоки разности (БР) 24, 25, 26, 41, 27, 28, 42, 29, 43 соответственно, первый четвертый блоки умножения (БУ) 32 35 соответственно, первый и второй релейные элементы (РЭ) 30 и 31, первый и второй интеграторы 36 и 37, блок памяти (БП) 22, первый синусно-косинусный преобразователь (СКП) 23, блок 39 определения арктангенса (БОА), сумматор С (38), блок 40 деления (БД).

Система работает следующим образом.

Подачей команды с одного выхода ПУ 5 на вход ДПКО 4 летчик (оператор) наводит ДПКО 4 на ориентир А (средина ближнего обреза ВПП).

В ДПКО 4 формируются параметры D_a, _{и1 1} + , поступающие на первый и второй входы ПК 3, на третий вход которого с выхода ДК 2 поступает измеренный угол курса _{и1 1} + , поступающий на третий вход ПК 3.

В ПК 3 второй и третий входы подключены к первому и второму входам БР 8, на третий вход которого подключен постоянный сигнал 180^о с выхода ЗПП 9, в БР 8 формируется сигнал _1и=180^o-_1и-_1и=--=-, поступающий на один вход ППК 10, на другой вход которого подключен первый вход (сигнал D_а) ПК (3). В ППК 10, преобразующем полярные координаты D_a, _1и в линейные, формируются сигналы
Х_саи D_a sin _1и Х_са соs Z_са sin
Z_саи D_а cos _1и Z_са cos + X_ca sin поступающие соответственно на первый и второй выходы ПК 3, подключенные соответственно к третьему и четвертому входам БК 6, на первый и второй входы которого с одного и другого выходов СДК 1 поступают сигналы
X_си X_c1 + ₁= X_a -X_ca+ ₁
Z_си Z_c1 + ₂= Z_a -Z_ca+ ₂
На пятый вход БК 6 поступает сигнал u (u +u_o соответствует наведению ДПКО 4 на ориентир А и u -u_о соответствует наведению ДПКО 4 на ориентир В) с другого выхода ПУ 5.

В БК 6 (фиг.6)
первый вход подключен к одному входу БР 43, одному входу БР 24 и к входу БЗ 18, где формируется сигнал
Х_си(t- ) -Х_са(t - ) + X_а +₁, поступающий на другой вход БР 24, где формируется сигнал
Х_си(t- ) -Х_си (t) X_ca(t) X_ca(t - )X₁, поступающий на одни вход БУ 32, и на один вход БУ 35;
второй вход подключен к одному входу БР 42, к одному входу БР 25 и к входу БЗ 19, где формируется сигнал
Z_си(t- ) Z_са(t - ) + Z_са +₂, поступающий на другой вход БР 25, где формируется сигнал
Z_cи(t)-Z_cи(t- ) Z_ca(t)-Z_ca(t- ) Z₁, поступающий на один вход БУ 33 и на один вход БУ 34;
третий вход подключен к первому входу СКП 23, к одному входу БР 26 и к входу БЗ 20, где формируется сигнал Х_саи(t- ), поступающий на другой вход БР 26, где формируется сигнал X_caи(t)-Х_сaи(t- ) X₁cos - Z₁ sin = X₂, поступающий на другой вход БУ 32 и на другой вход БУ 34;
четвертый вход подключен к второму входу СКП 23, к одному входу БР 27 и к входу БЗ 21, где формируется сигнал Z_саи(t ), поступающий на другой вход БР 27, где формируется сигнал Z_caи(t)-Z_caи(t- ) Z₁ cos + +X₁ sin Z₂, поступающий на другой вход БУ 33 и на другой вход БУ 35, где формируется сигнал X₁Z₂, поступающий на один вход БР 41, на другой вход которого поступает сигнал Z₁X₂, сформированный в БУ 34; сформированный в БУ 32 сигнал X₁X₂ поступает на один вход С 38, на другой вход которого поступает сигнал Z₁Z₂, сформированный в БУ 33, в С 38 формируется сигнал (X₁X₂ + +Z₁X₂), поступающий на один вход БД 40, на другой вход которого с выхода БР 41 поступает сигнал (X₁Z₂-X₂Z₁).

В БД 40 формируется сигнал
v tg поступающий на вход БОА 39, где формируется сигнал arctg v, поступающий на один вход БП 22, на другой вход которого поступает сигнал u с пятого входа БК 6; при u +u_o (работа ДПКО 4 по ориентиру А) БП 22 пропускает сигнал на свой выход, откуда сигнал поступает на третий выход БК 6 и на третий вход СКП 23, где формируются сигналы действительных значений координат
X_ca X_caи cos + Z_caи sin
X_ca Z_caи cos X_caи sin сигнал Х_са с одного выхода СКП 23 поступает на один вход БР 29, на другой вход которого поступает сигнал откорректированной координаты Х_сакс выхода БР 43, на другой вход которого поступает сигнал поправки Х с выхода второго интегратора 37, в БР 29 формируется сигнал (Х_са-Х_сак), поступающий на вход РЭ 31, на другой вход которого поступает сигнал u с пятого выхода БК 6, РЭ 31 при u +u_o пропускает сигнал (Х_са-Х_сак) на вход второго интегратора, где формируется сигнал
x (x_са- x_сак) где Т постоянная времени; р оператор дифференцирования), в БР 43 формируется сигнал
x_сак= x-x_си= x-(x_a+₁-x_са) (x_a+₁-x_са) соответственно
x_сак= x_са- x т.е. после окончания переходного процесса Х_сак Х_са Х Х_а + ₁ и с выхода БР 43 сигнал Х_сак Х_са поступает на первый выход БК 6; сигнал Z_са с другого выхода СКП 23 поступает на один вход БР 28, на другой вход которого поступает сигнал Z_сак с выхода БР 42, сформированный в БР 28 сигнал (Z_сак Z_са) поступает на один вход РЭ 30, на другой вход которого поступает сигнал u с пятого выхода БК 6, при u +u_o сигнал (Z_caк Z_са) проходит с выхода РЭ 30 на вход первого интегратора 36, где формируется сигнал Z (Z_сак- Z_са) поступающий на другой вход БР 42, где формируется сигнал
Z_сак= Z_си-Z Z_a+ Z_са+ ₂- (Z_сак- Z_са) откуда
Z_сак= Z_са+ (Z_a+₂) Z т.е. после окончания переходного процесса Z_сак Z_са, Z Z_а + ₂; сигнал Z_сак Z_са с выхода БР 42 поступает на второй выход БК 6.

Через время > 3Т после окончания переходного процесса летчик подачей команды с одного выхода ПУ 5 наводит ДПКО 4 на ориентир В (средина обреза конца ВПП) и с другого выхода ПУ 5 выдает команду u -u_o (соответствует наведению ДПКО 4 на ориентир В), сигналы D_В, _{2и 2} + с одного и другого выходов ДПКО 4 поступают на первый и второй входы ПК 3, на третий вход которого с выхода ДК 2 поступает сигнал _{и2 2} + сформированные в ПК 3 сигналы X_cBи X_cB cos Z _cB sin Z_cBи Z_cB cos + X_cB sin с первого и второго выходов ПК 3 поступают соответственно на первый и второй входы БФОК 7.

По сигналу u -u_o в БП 22 запоминается сигнал _o поступающий на третий выход БК 6, по сигналу u -u_o c выходов РЭ 30 и 31 на входы первого интегратора 36 и второго интегратора 37 поступают нулевые сигналы, в соответствии с которыми на выходах первого 36 и второго 37 интеграторов запоминаются сигналы X X_a + ₁, Z Z_a+ ₂ соответственно, на выходах БР 42 и 43 имеют место сигналы Z_сак Z_са, Х_сак Х_са. Сигналы Х_сак, Z_сак, _o с первого третьего выходов БК 6 поступают соответственно на третий пятый входы БФОК 7.

В БФОК 7 ( фиг. 5), первый, второй, пятый входы подключены к СКП 11, где формируются сигналы
X_сВ Х_сВи сos + Z _cВи sin
Z _cB Z_cBи cos X_cBи sin поступающие соответственно на первый и второй входы СКП 12, кроме того, сигнал Х_сВ с одного выхода СКП 11 поступает на один вход БР 15, а сигнал Z_сВ с другого выхода СКП 11 поступает на один вход БР 14.

Сигнал Z_сак Z_са с четвертого входа БФОК 7 поступает на второй вход СКП 13 и на другой вход БР 14, где формируется сигнал Z₃ Z_са Z_сВ, поступающий на один вход ПК 16.

Сигнал Х_сак=Х_са с третьего входа БФОК 7 поступает на первый вход СКП 13 и на другой вход БР 15, где формируется сигнал X₃ Х_сВ Х_са, поступающий на другой вход ПК 16, преобразующий линейные координаты Х₃, Z₃ в полярные
L _в= arctg
Сигнал длины ВПП L с одного выхода ПК 16 поступает на первый выход БФОК 7 и на один вход БР 17, сигнал курса ВПП _B с другого выхода ПК 16 поступает на второй выход БК 6, на третий вход СКП 12 и на третий вход СКП 13, где формируются сигналы координат месторасположения ЛА в системе координат Х_пАZ_п, связанной с ВПП,
Х_сп1 Z_са sin _B X_ca cos _B
Z_сп1 Z_са сos _B + X_ca sin _B которые с одного и другого выходов СКП 13 поступают соответственно на третий и четвертый выход БФОК 7.

В СКП 12 формируются сигналы Z_сп2 Х_сВ sin _B + Z_сВ сos _B, Z_o= X_сВ сos _B Z_cB sin _B при этом сигнал Z_сп2 поступает на шестой выход БФОК 7, а сигнал Z_о с другого выхода СКП 12 поступает на другой вход БР 17, где формируется сигнал Х_сп2 L Z_o, поступающий на пятый выход БФОК 7. С первого шестого выходов БФОК 7 точные информационные сигналы L, _B Х_сп1, Z_сп1, Х_сп2, Z_сп2 выдаются потребителям для решения задачи захода на посадку,

Формула изобретения

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ, содержащая спутниковый датчик координат, последовательно соединенные пульт управления, датчик полярных координат ориентира и первый преобразователь координат, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика полярных координат ориентира, датчик курса, выход которого соединен с третьим входом первого преобразователя координат, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок коррекции и блок формирования относительных координат, первый-пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами первого преобразователя координат и первым-третьим выходами блока коррекции, первый-пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами спутникового датчика координат, первым и вторым выходами первого преобразователя координат и вторым выходом пульта управления, при этом блок коррекции выполнен в виде последовательно соединенных первого блока запаздывания, первого блока разности, первого блока умножения, сумматора, блока деления, блока определения арктангенса и блока памяти, последовательно соединенных второго блока запаздывания, второго блока разности и второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, последовательно соединенных третьего блока запаздывания, третьего блока разности, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока разности, и четвертого блока разности, выход которого соединен с вторым входом блока деления, последовательно соединенных четвертого блока запаздывания, пятого блока разности, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, и четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока разности, а выход с вторым входом четвертого блока разности, последовательно соединенных шестого блока разности, первого релейного элемента, первого интегратора и седьмого блока разности, последовательно соединенных первого синусно-косинусного преобразователя, выход которого соединен с первым входом шестого блока разности, восьмого блока разности, второго релейного элемента, второго интегратора и девятого блока разности, выход которого соединен с вторым входом восьмого блока разности, вход первого блока запаздывания, второй вход первого блока разности и второй вход девятого блока разности объединены и являются первым входом блока коррекции, вход второго блока запаздывания, второй вход второго блока разности и второй вход седьмого блока разности объединены и являются вторым входом блока коррекции, вход третьего блока разности и первый вход первого синусно-косинусного преобразователя объединены и являются третьим входом блока коррекции, вход четвертого блока запаздывания, второй вход пятого блока разности и второй вход первого синусно-косинусного преобразователя объединены и являются четвертым входом блока коррекции, второй вход блока памяти и управляющие входы первого и второго релейных элементов объединены и являются пятым входом блока коррекции, выход девятого блока разности соединен с вторым входом восьмого блока разности и является первым выходом блока коррекции, выход седьмого блока разности соединен с вторым входом шестого блока разности и является вторым выходом блока коррекции, выход блока памяти соединен с третьим входом первого синусно-косинусного преобразователя и является третьим выходом блока коррекции, а блок формирования относительных координат выполнен в виде последовательно соединенных второго синусно-косинусного преобразователя, третьего синусно-косинусного преобразователя и десятого блока разности, последовательно соединенных одиннадцатого блока разности и второго преобразователя координат, первый выход которого соединен с вторым входом десятого блока разности и является первым выходом блока формирования относительных координат, двенадцатого блока разности, первый вход которого соединен с первым выходом второго синусно-косинусного преобразователя, а выход с вторым входом второго преобразователя координат, четвертого синусно-косинусного преобразователя, первый и второй входы второго синусно-косинусного преобразователя являются соответственно первым и вторым входами блока формирования относительных координат, первый вход четвертого синусно-косинусного преобразователя и второй вход двенадцатого блока разности объединены и являются третьим входом блока формирования относительных координат, первый вход одиннадцатого блока разности объединен с вторым входом четвертого синусно-косинусного преобразователя и является четвертым входом блока формирования относительных координат, третий вход второго синусно-косинусного преобразователя является пятым входом блока формирования относительных координат, второй выход второго синусно-косинусного преобразователя соединен с вторым входом третьего синусно-косинусного преобразователя и вторым входом одиннадцатого блока разности, второй выход второго преобразователя координат соединен с третьими входами третьего и четвертого синусно-косинусных преобразователей и является вторым выходом блока формирования относительных координат, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами которого являются соответственно первый и второй выходы четвертого синусно-косинусного преобразователя, выход десятого блока разности и второй выход третьего синусно-косинусного преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6