Система"Автоматический световой указатель положения палубы при качке"
SYSTEM "AUTOMATIC LIGHT POSITION INDICATOR OF DECK DURING ROLLING"

Изобретение относится к морским светосигнальным устройствам и предназначено для информирования экипажа вертолета о критических углах уклона площадки и направлении ее вертикального перемещения во время осуществления посадки на кормовую и носовую взлетно-посадочную площадку (ВПП) или взлете с нее посредством визуальной сигнализации.
Известен световой указатель крена, дифферента и вертикального перемещения (см., Ю.Г. Басов, 1993, Светосигнальные устройства, Москва, Транспорт, стр. 269-270, 309), применение которого направлено на повышение безопасности посадки вертолета на корабельные ВПП на этапе приземления.
В световой указатель входят:
- блок индикации крена БИК,
- блок индикации дифферента БИД,
- блок индикации вертикального перемещения БИВП ВППл,
- блок обработки информации и управления БОИиУ.
Конструктивно БИД и БИВП объединены в одном блоке.
Недостаток известного указателя – слабая информативность устройства ввиду избыточности и «перенасыщенности» отображаемой информации на блоках индикации крена, дифферента и вертикального перемещения, что затрудняет восприимчивость информации пилотом и, как следствие, увеличивает время принятия решения в сжатых временных рамках. Кроме этого, отсутствует панель оператора, на которой отображаются не только состояние (положение) индикаторов, но и текущие значения (числовые) углов крена и дифферента и вертикального перемещения, а также имеется возможность управления системой и настройки системы с панели.
Известна оптическая система посадки вертолета на корабельную взлетно-посадочную площадку, содержащая индикатор глиссады, состоящий из устройства двухосной стабилизации и блока огней индикатора глиссады и имеющий вход для подключения к линии электропитания и вход-выход для подключения к межмодульному каналу обмена информацией; индикатор курса, состоящий из устройства двухосной стабилизации и блока огней индикатора курса и имеющий вход для подключения к линии электропитания и вход-выход для подключения к межмодульному каналу обмена информацией; указатель истинного горизонта, состоящий из блока одноосной стабилизации и светящейся планки указателя истинного горизонта и имеющий вход для подключения к линии электропитания и вход-выход для подключения к межмодульному каналу обмена информацией; один или два блока световых излучателей индикации бортовой качки судна со световыми характеристиками, аналогичных световым характеристикам световых излучателей планки указателя истинного горизонта, каждый из которых имеет вход для подключения к линии электропитания и вход-выход для подключения к межмодульному каналу обмена информацией; индикатор положения взлетно-посадочной площадки относительно отметки невозмущенного уровня водной поверхности, содержащий информационное поле шкалы индикатора и информационное поле отображения положения взлетно-посадочной площадки в виде столбчатой диаграммы; пульт управления оптической системы посадки вертолета, имеющий вход для подключения к шинам электропитания и вход-выход для подключения к межмодульному каналу обмена информацией; блок защиты питания, коммутируемых и защищенных линий электропитания для подключения к входам всех составных частей оптической системы посадки вертолета, и вычислительное устройство и интерфейсные блоки, входы-выходы которых подключены к мультиплексным каналам информационного обмена корабельной навигационной системы, индикаторов курса и глиссады, указателя истинного горизонта, индикатора бортовой качки водного судна, пульта управления; радиальную кабельную сеть для обеспечения всех составных частей оптической системы электропитанием и информационного обмена по межмодульным каналам информационного обмена, отличающаяся тем, что в индикатор курса и индикатор глиссады введены устройства дистанционного наведения по курсу блоков огней индикаторов курса и глиссады, а устройства двухосной стабилизации индикатора курса и индикатора глиссады выполнены на основе электромеханических устройств, управляемых дистанционно по данным вычислителя блока защиты питания, коммутации и управления (патент RU122984, МПК B64F 1/18, опубл. 20.12.2012 г.).
Недостаток данной системы заключается в большой избыточности информации (сложности чтения информации)  – возможны варианты отображения индикаторов в разных цветах в определенный момент времени, а также в отсутствии собственных датчика положения (измерения крена, дифферента, вертикального перемещения), источника бесперебойного питания и панели оператора.
Известно устройство информационного обеспечения летчика при приземлении вертолета на корабль, содержащее экран светодиодный цветной с пиксельной структурой матрицы, в информационное поле которого встроены в верхней части экрана информационное поле шкалы индикатора бортовой качки, информационное поле индикатора вертикального перемещения центра ВПП с встроенным в него символом индикации текущего значения высоты центра ВПП при его движении вниз или вверх, информационное поле индикатора дифферента с встроенным в него символом индикации текущего значения дифферента при его движении вверх или вниз, световую планку ориентации летчика в пространстве при посадке на корабельную ВПП, промышленный компьютер с встроенным в него вычислительным блоком, который с одной стороны подключен с помощью проводной линии связи к корабельной навигационной системе, которая обеспечивает выдачу текущих значений параметров бортовой, килевой и вертикальной качек, а с другой - к экрану светодиодному цветному, причем в вычислительный блок которого, встроены программно-вычислительные модули: модуль формирования верхней шкалы индикатора бортовой качки, модуль формирования информационного поля индикатора вертикального перемещения центра ВПП, модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВПП по высоте и управления его положением, модуль формирования информационного поля индикатора дифферента, модуль формирования символа индикации текущего положения ВПП по дифференту, модуль задания уровней яркости светодиодов светового экрана, а экран и промышленный компьютер подключены к источникам электропитания. Пульт управления реализован на базе промышленного компьютера, а световая планка ориентации летчика в пространстве при посадке на корабельную ВПП выполнена в виде световой планки указателя истинной вертикали, расположенная на информационном поле экрана вертикально, причем для ее формирования и управления угловым положением в вычислительный блок пульта управления введены программно-вычислительные модули: модуль формирования световой планки указателя истинной вертикали и модуль преобразования информации, поступающей от навигационной системы, в сигналы управления угловым положением световой планки указателя истинной вертикали, а также модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВПП при движении центра сверху вниз одним цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВПП при движении центра ВПП снизу вверх другим цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента при движении сверху вниз одним цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента при движении снизу вверх другим цветом, кроме того, символы индикации текущего положения центра ВПП по вертикали и символы индикации текущего положения ВППл по дифференту выполнены в виде одинаковых по форме и цвету символов независимо от направления их движения (патент RU170568, МПК B64F 1/18, опубл. 28.04.2017 г.).
Недостаток – наличие отдельных индикаторов (в отдельных конструктивах), разнесенных в пространстве, что затрудняет считывание информации пилотом, отсутствие собственных датчика положения (измерения крена, дифферента и вертикального перемещения), источника бесперебойного питания и панели оператора.
Задачей изобретения является создание эффективного устройства для информирования экипажа вертолета о критических углах уклона и направлении вертикального перемещения кормовой или носовой взлетно-посадочной площадки во время осуществления посадки или взлете посредством визуальной сигнализации.
Технический результат – повышение безопасности посадки или взлета вертолета за счет повышения информативности индикаторов, легкости считывания информации пилотом, быстродействия системы,  при ее автономности и малой энергозатратности.
Задача решается, а технический результат достигается системой  информационного обеспечения летчика для посадки/взлета вертолета на судовую или корабельную взлетно-посадочную площадку, содержащей огни сигнализации, состоящие из шести источников света с устройством обогрева и блока сопряжения, собранных в единый конструктив в виде «креста» и имеющих вход для подключения электропитания и обогрева, входы подключения дублированной цифровой линии передачи данных RS-485, а также выходы для подключения источников света, причем четыре источника света представляют собой двухцветные индикаторы на сверхярких светодиодах с коллиматорной линзой, соединенные с двумя преобразователями питания с драйверами светодиодов и устройством обогрева, размещенные горизонтально и вертикально и индицирующие допустимый и критический поперечный угол и продольный угол уклона взлетно-посадочной площадки соответственно, при этом остальные два источника света представляют собой одноцветные индикаторы света на сверхярких светодиодах с коллиматорной линзой, соединенные  с двумя преобразователями питания с драйверами светодиодов и устройством обогрева, размещенные в верхней и нижней частях «креста» и индицирующие направление вертикального перемещения взлетно-посадочной площадки вверх и вниз соответственно, а блок сопряжения включает блок защиты по питанию, блок контроля, два преобразователя электропитания  и  два микроконтроллера интерфейса RS-485 c полной гальванической развязкой, при этом система содержит прибор управления, имеющий входы для подключения к судовому или корабельному источнику электропитания и каналам обмена информацией, состоящий из программируемого логического контроллера с двумя портами RS-485 для обмена информацией с огнями сигнализации, одним портом RS-422 для приема данных от датчика положения и блоками дискретного ввода/вывода для подключения входных и выходных дискретных сигналов с двумя портами CAN для обмена информацией с панелью оператора, которая подсоединена к прибору управления по резервированной информационной шине CAN, и к которой подведено резервированное электропитание 24В постоянного тока от встроенного в прибор управления источника бесперебойного питания морского исполнения с устройством распределения и защиты, обеспечивающего работу системы от собственных аккумуляторных батарей в течение не менее 30 минут при обесточивании судна, причем система содержит датчик положения, измеряющий угол поперечного и продольного уклона судовой взлетной-посадочной площадки, а также величину и направление вертикального перемещения с высокой точностью и выдающий с частотой обновления 10 Гц первичные данные в прибор управления, при этом панель оператора представляет собой компьютер морского исполнения с высокочувствительным емкостным сенсорным экраном с яркостью не менее 500 кд/м2 для обеспечения считывания информации с экрана при попадании прямых солнечных лучей, с дублированными портами САN и двумя источниками питания, при этом в прибор управления и панель оператора введены модуль преобразования данных, поступающих от датчика положения, модуль управления огнями сигнализации, модули формирования цвета источников света поперечного, продольного уклонов и вертикального перемещения ВПП, модуль обработки и отображения информации, причем программное обеспечение компьютера морского исполнения обеспечивает управления яркостью и устройством обогрева огней сигнализации, обработку данных от датчика положения и выдачу команд управления по заданному алгоритму на огни сигнализации, при этом все блоки соединены с источником бесперебойного электропитания, встроенного в прибор управления, причем все проводные линии связи выполнены в виде мультиплексных линий связи информационного обмена, которые с одной стороны подключены к прибору управления и панели оператора, а с другой – к огням сигнализации. Согласно изобретению панель оператора использует операционную систему Linux.
Сущность поясняет следующие графические материалы:
фиг.1 -  структурная схема заявляемой системы;
фиг.2 – конструктив в виде «креста».
На фиг 1. и фиг.2 обозначено:
1 – блок сопряжения;
2 – источники света, размещенные горизонтально и вертикально и индицирующие допустимый и критический поперечный угол и продольный угол уклона взлетно-посадочной площадки соответственно (зелено/красные);
3 – источники света,  размещенные в верхней и нижней частях «креста» и индицирующие направление вертикального перемещения взлетно-посадочной площадки вверх и вниз соответственно (синие);
4 - программируемый логический контроллер прибора управления;
5 – датчик положения;
6 – панель оператора;
7 - источник бесперебойного питания, встроенный в прибор управления.
Система предназначена для информирования экипажа (пилота) вертолета во время осуществления захода на посадку на кормовую или носовую взлетно-посадочную площадку, посадки, взлете о критических углах уклона площадки и направлении ее вертикального перемещения посредством визуальной сигнализации.
Информирование экипажа осуществляется посредством включения/выключения и изменения цвета источников света 2 и 3 огней сигнализации:
- зеленый – посадка и взлет разрешена;
- красный – посадка и взлет запрещена (нулевая посадка);
- синий – направление (ВВЕРХ/ВНИЗ) перемещения ВПП.
Система работает по следующему алгоритму.
Первичные данные об углах уклона, величине и направлении вертикального перемещения от датчика положения 5 по интерфейсу RS-422 с частотой 10Гц поступают в программируемый логический контроллер 4 прибора управления (не показано), в памяти которого хранятся уставки критических значений углов. Величины уставок углов вводятся пользователем (обслуживающим персоналом) с панели оператора 6 и соответствуют характеристикам вертолета, осуществляющего посадку/взлет. Прибор управления сравнивает значения углов, полученные от датчика положения 5, с уставками и вырабатывает команды на включение источников света 2 огней сигнализации. В случае, если углы и продольного и поперечного уклона находятся в границах уставок, прибор управления выдает команду на включение через блок сопряжения 1 по дублированной шине RS-485 всех четырех зелено/красных источников света 2 в режиме зеленого света. В случае, если значение хотя бы одного из углов уклона выходит за границы уставок, прибор управления выдает команду на включение всех четырех зелено/красных источников света в режиме красного света.
При получении от датчика положения 5 данных о перемещении ВПП вверх, прибор управления выдает команду на включение верхнего синего источника света 3, при получении от датчика положения 5 данных о перемещении ВПП вниз – прибор управления выдает команду на включение нижнего синего источника света 3. Если данные о вертикальном перемещении площадки от датчика положения 5 отсутствуют (вертикальное перемещение площадки незначительно), прибор управления выключает оба синих источника света 3.
Таким образом, четыре зеленых источника света 2, отображаемые огнями сигнализации, сообщают экипажу вертолета о допустимом уклоне посадочной площадки, четыре красных источника света 2 – о критическом уклоне. Дополнительно синие источники света 3 информируют экипаж о направлении перемещения площадки: ВВЕРХ или ВНИЗ.
Эти данные (величина углов поперечного и продольного уклона ВПП, величина и направление перемещения ВПП) по дублированной шине CAN передаются на панель оператора 6 и отображаются на дисплее в виде числовых значений и пиктограмм. Управление яркостью и устройством обогрева огней сигнализации осуществляется с панели оператора 6 путем ввода значений с сенсорного экрана. Кроме того, на панель оператора выводится информация по состоянию огней сигнализации, аварийно-предупредительная сигнализация, тренды, а также обеспечивается настройка системы пользователем.
Блок сопряжения 1 служит для защиты по питанию, контроля питания огней сигнализации, а также имеет два преобразователя электропитания и два микроконтроллера интерфейса RS-485 c полной гальванической развязкой для обмена информацией с одной стороны с огнями сигнализации, а с другой - с прибором управления.
Источник бесперебойного питания 7, встроенный в прибор управления, получает судовое/корабельное электропитание при штатном режиме эксплуатации, а также имеет собственную аккумуляторную батарею, которая обеспечивает резервированным питанием 24В постоянного тока все элементы системы (1,4,5,6) при пропадании (обесточивании) напряжения в судовом/корабельном источнике электропитания.
Система выполняет следующие функции:
- индикация достижения предельных значений продольного и поперечного углов уклона ВПП и направления вертикального перемещения с помощью источников света (огней сигнализации), размещаемых в зоне видимости экипажа вертолета;
- информирование ответственного судового персонала, контролирующего и сопровождающего посадку и взлет о состоянии огней сигнализации и оборудования системы;
- обогрев собственного оборудования системы, размещенного на открытой палубе;
- самодиагностика и оповещение эксплуатирующего персонала об отказах оборудования системы.
Информационное сопряжение оборудования системы осуществляется посредством линий цифровой кодированной передачи данных. В качестве стандартов передачи данных применены RS-422, RS-485 и CAN. Линии связи, проходящие по открытой палубе (связь между прибором управления и огнями сигнализации), и протяженные линии связи (связи между приборами управления и панелями оператора) – дублированы. Переключение на резервные линии при отказе основных происходит автоматически.
В системе предусмотрено автоматическое управление обогревом огней сигнализации. При штатной эксплуатации в холодное время к прибору управления постоянно должно быть подведено питание и включен режим обогрева. Огни сигнализации обеспечивают автоматическое управление обогревом, не допуская образования наледи на светоизлучающих поверхностях и критического снижения температуры во внутренних объемах аппаратуры.
Яркость свечения огней сигнализации может быть отрегулирована в соответствии со временем суток и погодными условиями.
Прибор управления позволяет сохранить в памяти уставки яркости для дневного и ночного времени. Эти значения яркости определяются во время наладки и впоследствии могут устанавливаться простым нажатием кнопок на экране панелей оператора.
При необходимости уставки «день» и «ночь» могут быть отредактированы с панели оператора, также с панели оператора вручную может быть задана произвольное значение яркости в диапазоне 0…100% с шагом в 1%. Панель оператора обеспечивает управление, индикацию, аварийно-предупредительную сигнализацию, тренды, состояние, а также настройку системы пользователем.
Система имеет повышенную (фактически полную) защиту от вирусов и вредоносных программ благодаря использованию операционной системы Linux.
Таким образом, система обеспечивает повышение безопасности посадки или взлета вертолета за счет повышения информативности индикаторов, легкости считывания информации пилотом, быстродействия системы,  при ее автономности и малой энергозатратности.