УСТРОЙСТВО ВЫБОРА ПЛОЩАДКИ ДЛЯ ПОСАДКИ ВОЗДУШНОГО СУДНА ВЕРТОЛЁТНОГО ТИПА
HELICOPTER-TYPE AIRCRAFT LANDING SITE SELECTION DEVICE

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке систем обеспечения безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа (ВСВТ) на неподготовленную заснеженную площадку в условиях недостаточной информативности закабинного пространства о подстилающей поверхности.
Известно устройство «Радиолокационная станция обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости», опубл. 27.08.2015, МПК G01S 13/93, РЛС 3-мм диапазоне длин волн размещенная на фюзеляже вертолета для обеспечения возможности безопасной посадки вертолета в сложных метеоусловиях, а также при полном отсутствии или ограниченной видимости, при одновременном снижении массогабаритных характеристик РЛС.
Недостатком устройства-прототипа является низкая вероятность выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, при наличии снежного покрова и уклона земной поверхности места посадки.
всвт
всвт
Техническим результатом изобретения является повышение вероятности выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа за счет того, что антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/h, где R - радиус зоны посадки, h - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемо-передающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
Известно [Особенности взлетов и посадок на пыльных, песчаных или заснеженных площадках: [Электронный ресурс]. URL: http://www.svvaul.ru/component/k2/600-osobennosti-vzletov-i-posadok-na-pylnykh-peschanykh-ili-zasnezhennykh-ploshchadkakh. (дата обращения: 07.12.2017)], при выполнении посадки по-вертолетному на заснеженную площадку толщина снежного покрова должна быть не более 50 см, чтобы избежать проваливания вертолета в сугроб. Уклон поверхности более 15° и неровности высотой более 0,5 м представляют опасность для посадки вертолета, особенно при сильном ветре. Для определения глубины снежного покрова при посадке человек должен двигаться по посадочной площадке. [Меры безопасности при применении вертолетов: [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.ru/10_104903_meri-bezopasnosti-pri-primenenii-vertoletov.html (дата обращения: 07.12.2017)].
Под обеспечением безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа понимается исключение проваливания под снег, опрокидывание вертолета при посадке днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях (туман, дымка, дождь, снег, запыленность или задымленность атмосферы), а также в условиях поднятой с фунта пыли или снега его вращающимся винтом [Приказ Минтранса РФ от 31 июля 2009 г. №128 «Об утверждении Федеральных авиационных правил «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации»].
всвт
всвт
Указанный технический результат достигается тем, что устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, содержащее приемопередающее устройство, блок обработки информации, радиопрозрачный обтекатель, согласно изобретению, антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/h, где R - радиус зоны посадки, h - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемопередающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
всвт
всвт
Сущность заявляемого устройства состоит в том, что антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/h, где R - радиус зоны посадки, h - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемопередающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
m
m-1
0
всвт
всвт
всвт0
всвт0
c
прд
н
лчм
лчм
лчм
н
к
н
лчм
лчм
лчм
лчм
прм
лчм
н
лчм
з
з
лчм
лчм
з
ср
ср
всвт
cm
сΔ
m
Δ
m
Ψ
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлено положение ВСВТ и обозначено: 1 - граница раздела «тропосфера - снежный покров»; 2 - граница раздела «снежный покров - земная поверхность»; 3 - точка на земной поверхности с полярными координатами α=α+2π/М, где m=1…М, α=0, М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/h, где R - радиус зоны посадки, куда направляется ось ДН m-ой приемо-передающей антенны комплекса приемо-передающих антенн, установленных в секторе α=2π/М, h - высота зависания ВСВТ, и по нормали; 4 - зона приема эхо-сигналов, ограниченная шириной ДН антенны θ=arctgR/h, где h - высота зависания ВСВТ пред началом этапа посадки его m-ой приемо-передающей антенны; 5 - снежный покров; 6 - земная поверхность; h - глубина снежного покрова, состоит в том, что в процессе вертикального снижения при наличии снежного покрова дополнительно осуществляют зондирование сигналом с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), позволяющий получить отраженный сигнал от границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» в верхнем диапазоне частот, а от границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» в нижнем диапазоне частот, передающего устройства ƒ(t)=ƒ+νt, ∀ 0<t<Т, где ƒ - частота излучаемого ЛЧМ-сигнала в начальный момент времени, ν=(ƒ-ƒ)/Т=В/Т - скорость изменения частоты ЛЧМ-сигнала (крутизна ЛЧМ-сигнала), t - время в течение отдельного периода модуляции ЛЧМ-сигнала (быстрое время), T - период модуляции зондирующего сигнала, т.е. время развертки ЛЧМ-сигнала, В - полоса пропускания, и прием отраженных эхо-сигналов ƒ(t)=ƒ+ν(t-τ), ∀ τ<t<T от границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» и «снежный покров - земная поверхность» с временными задержками τ=2r/с, где r - расстояние до границ раздела сред, с - скорость распространения электромагнитной волны в среде с М угловых направлений комплексом приемо-передающих антенн, установленными на борту в секторах α=2π/М, отклоняющихся на угол от вертикали β=arctgR/h, и по нормали, определяют глубину снежного покрова каждом секторе приема h и сравнивают их с заданным значением глубины снежного покрова h, при значении меньше допустимого определяют наличие препятствий в каждом секторе приема измерением Δ и сравнивают с заданной высотой препятствия h, при значении меньше допустимого определяют уклон земной поверхности в каждом секторе приема Ψ и сравнивают их с заданным углом наклона земной поверхности h, при угле наклона меньше допустимого принимают решение на посадку ВСВТ, при глубине снежного покрова выше заданного в любом из секторов, либо наличии препятствий в любом из секторов, либо уклоне земной поверхности выше заданного в любом из секторов приема больше заданных, посадку запрещают с отображением рекомендацией летному составу на многофункциональном индикаторе и в головных телефонах.
Структурная схема устройства выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа приведена на фиг. 2, где обозначено: 7 - комплекс приемо-передающих антенн; 8 - антенный переключатель; 9 - приемо-передающее устройство; 10 - аналогово-цифровой преобразователь; 11 - микропроцессорная система; 12 - блок принятия решений.
прд
н
лчм
всвт
всвт0
всвт0
прм
лчм
н
лчм
з
б
прд
прм
з
ср
лчм
Приемо-передающее устройство 9 осуществляет формирование линейно-частотного модулированного сигнала с частотой ƒ(t)=ƒ+νt, подключенное к комплексу приемо-передающих антенн 7, установленных на борту в секторах α=2π/М, отклоняющихся на угол от вертикали β=arctgR/h, и по нормали, с шириной ДН антенн θ=arctgR/h, где h - высота зависания ВСВТ пред началом этапа посадки его m-ой приемно-передающей антенны, R - радиус зоны посадки, через антенный переключатель 8 последовательно подключающий М приемо-передающих антенн 7, управляемый микропроцессорной системой 11. ЛЧМ сигнал излучается последовательно приемо-передающими антеннами в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки с не пересекающимися ДН. Отраженный сигнал от подстилающей поверхности принимается приемопередающими антеннами в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки с не пересекающимися ДН и через антенный переключатель 8 поступает в приемник приемо-передающего устройства 9 с частотой ƒ(t)=ƒ+ν(t-τ). Сигнал приемного устройства перемножается с сигналом передающего устройства в квадратурном смесителе, выходом которого является сигнал с разностной частотой (частотой биения) ƒ=ƒ-ƒ=ντ=2rB/сТ.
д
Сигнал с частотой биения поступает на n-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 с частотой дискретизации f. Выход АЦП электрически соединен с входом микропроцессорной системы 11 функционирующей согласно алгоритму, поясняющего принцип действия, представленного ниже.
б
ср
лчм
всвт
Цифровой сигнал с АЦП 10 подается на вход микропроцессорной системы 11, где вычисляется задержка первого максимума сигнала, соответствующая расстоянию до границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» и второго максимума соответствующая расстоянию до границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» согласно r=ƒсТ/2B. Высота зависания ВСВТ h вычисляется относительно второго максимума соответствующая расстоянию до границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки.
cm
cΔ
сΔ
Разность времени задержек между этими максимумами будет соответствовать глубине снежного покрова в каждом секторе приема h которые сравниваются с заданным значением глубины снежного покрова h в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения глубины снежного покрова h формируется сигнал запрета посадки по превышению глубины снежного покрова в соответствующем М секторе.
m
m
всвт
всвтm
Δ
Δ
При значении меньше допустимого определяется наличие препятствий в каждом секторе приема измерением Δ, вычисляется Δ=|h-h| в М секторах и сравнивается с заданной высотой препятствия h в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения высоты препятствия h формируется сигнал запрета посадки по превышению высоты препятствия в соответствующем М секторе.
m
m
m
Ψ
Ψ
При значении меньше допустимого определяется уклон земной поверхности места посадки Ψ, вычислением Ψ=arctgΔ/R в М секторах и сравнивается с заданным углом наклона земной поверхности h в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения угла наклона h места посадки формируется сигнал запрета посадки по превышению угла наклона места посадки.
Ψ
При угле наклона h места посадки меньше допустимого формируется сигнал разрешения на посадку ВСВТ, поступающий для отображения рекомендации летному составу на многофункциональный индикатор и в головные телефоны.
Выходом устройства выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа является блок принятия решений 12, выходом которого является сигнал о разрешении или запрещении посадки на данной площадке.
Предлагаемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленное устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа на заснеженную площадку в условиях недостаточной информативности закабинного пространства в зоне посадки вертолета обеспечивает измерение глубины снежного покрова, определение наклона земной поверхности за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета с выдачей рекомендации летному составу на многофункциональный индикатор и в головные телефоны о возможности посадки воздушного судна вертолетного типа на заснеженную площадку, либо отсутствие таковой.