СИСТЕМА ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
AIRCRAFT LANDING SYSTEM

Изобретение относится к авиационным системам и может быть использовано в навигационном оборудовании аэродромов с целью обеспечения пространственной ориентации пилота при заходе на посадку в условиях ограниченной метеовидимости.
Известно техническое решение [1] (авторское свидетельство СССР №516247, МКИ В64F 1/18, 1976 г.), содержащее дальнюю и ближнюю приводные радиостанции, а также установленные в начале ВПП три лазерных излучателя, два из которых расположены по краям, а третий - на продольной оси ВПП.
Недостатком существующего технического решения [1] является малая дальность обнаружения лазерных лучей из-за высокого рассеяния и поглощения оптического излучения в атмосфере в сложных метеоусловиях [2] (Калошин Г.А., Фадеев В.Я. "Возможности ориентирования по прямому проблесковому и рассеянному излучению в видимой области спектра" // Юбилейный сборник научных трудов, посвященных 25-летию РФФ ТГУ. - Томск, 1978. - С.190-194. - Деп. в ВИНИТИ. - 1981, №607-81). При метеорологической дальности видимости (МДВ) 50-100 метров (туман, дождь и т.п.) видимость лучей глиссады не превышает 300 метров, в то время как дальность их обнаружения должна быть не менее 1.0-1.3 км от начала ВПП. Данная система является недостаточно информативной и эффективной при эксплуатации в сложных метеоусловиях, что приводит к снижению безопасности при выполнении посадки.
Известно техническое решение для обеспечения посадки летательных аппаратов (прототип) [3] (Авторское свидетельство SU 1828036, В64F 1/18, 20.07.96, Бюл. №20), которое содержит дальнюю и ближнюю приводные системы в виде штатных радионавигационных средств, оптическое средство, состоящее из трех лазерных излучателей, установленных в начале ВПП, два из которых расположены по краям, а один - на продольной оси ВПП. Система посадки, кроме того, имеет четыре блока лазерных излучателей, которые установлены на боковых границах ВПП симметрично ее продольной оси, по два блока на каждой, и систему управления блоками, представляющую на практике функционально связанный контроллер и блок управления с возможностью контроля и управления пространственными параметрами лучей. Все блоки лазерных излучателей содержат по "n" излучателей, оси которых ориентированы под углом друг к другу в вертикальной плоскости, а все лазерные излучатели имеют возможность поворота вокруг вертикальной и горизонтальной осей.
В процессе наведения самолета на аэродром с помощью штатной радионавигационной системы, когда самолет пересекает определенные лучи блоков лазерных излучателей, отраженный от ЛА оптический сигнал принимается системой управления оптическими лучами блоков и поворачивает их таким образом, чтобы ЛА следовал за лучами и приближался к лазерным лучам, по которым выполняется выход на визуальную ориентацию пилота по глиссаде.
Недостатками технического решения [3] являются сложность лазерной системы, низкая надежность системы управления с использованием отраженных от ЛА оптических лучей при ограниченной метеорологической дальности видимости (МДВ), а также недостаточная дальность обнаружения лазерных лучей глиссады в сложных метеоусловиях.
Целью изобретения является повышение надежности, увеличение дальности визуальной ориентации пилота по глиссаде, повышение информативности и эффективности при эксплуатации и, как следствие, повышение безопасности при выполнении посадки в сложных метеоусловиях.
Поставленная цель достигается тем, что система посадки летательных аппаратов, содержащая дальнюю и ближнюю приводные радиостанции, три лазерных излучателя, два из которых расположены по краям (глиссадные лазерные излучатели), а третий (курсовой) - на продольной оси ВПП, а также функционально связанный контроллер и блок управления с возможностью контроля и управления оптическими и пространственными параметрами лучей, снабжена N-парами оптических излучателей с возможностью фокусировки, распределенных между курсовым лазерным излучателем и ближней приводной радиостанцией. Оптические излучатели в каждой паре расположены симметрично слева и справа от продолжения оси ВПП, а их лучи находятся в плоскости, перпендикулярной к курсовому лазерному лучу, и пересекаются в точке, лежащей на его оси.
Кроме того, оптические излучатели в каждой паре выполнены с возможностью пространственного сканирования.
Кроме того, оптические излучатели в каждой паре выполнены с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения.
Кроме того, оптические излучатели в каждой паре выполнены с возможностью изменения спектрального состава (цвета) излучения.
Сущность изобретения заключается в том, что вдоль траектории снижения ЛА в сложных метеорологических условиях создаются световые ориентиры в виде нескольких пар пересекающихся световых лучей, точки пересечения которых находятся на оси курсового луча и имеют повышенную яркость за счет сложения энергии пары пересекающихся лучей и их фокусировки в точке пересечения. В отличие от известных светотехнических и лазерных систем расположение пар излучателей и их конструктивное исполнение позволяют пилоту ЛА во время выполнения посадки при минимально допустимой видимости получать информацию о траектории снижения ЛА. Более того, данная система не мешает пилоту концентрировать свое зрение на определении зоны приземления, так как ни один из излучателей не направлен в глаза пилота и не будет направлен даже при существенных отклонениях ЛА от траектории посадки.
Кроме того, при выполнении оптических излучателей в каждой паре с возможностью пространственного сканирования, и(или) с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения, и(или) с возможностью изменения спектрального состава (цвета) при управлении оптическими и пространственными параметрами оптических лучей в каждой из N-пар излучателей по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления позволяет пилоту ЛА получать дополнительную информацию о параметрах и траектории снижения ЛА.
На фиг.1 приведена схема взаимного расположения оптических излучателей относительно ВПП и ближнего привода и примерная геометрия оптических лучей в системе посадки летательных аппаратов, а на фиг.2 - зоны "А", "Б" и "В" - картина оптических лучей в условиях ограниченной метеовидимости, зрительно воспринимаемая пилотом ЛА на отрезках траектории между ближним приводом и ВПП в процессе снижения по глиссаде.
1
2
i
N-1
N
1
i
N
На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - взлетно-посадочная полоса (ВПП); 2 - глиссадные лазерные излучатели; 3 - курсовой лазерный излучатель; 4 - лучи глиссадных излучателей (зрительно воспринимаемые пилотом ЛА); - луч курсового излучателя; 6 - ближний привод; ТП-1, … ТП-i…ТП-N - точки пересечения оптических лучей N-пар излучателей с осью курсового лазерного луча; И, И, … И…И, И - оптические излучатели из N-пар; Л…Л…Л - лучи оптических излучателей N-пар. Дальний привод на фиг.1 и фиг.2 не показан.
Картина световых лучей, визуально воспринимаемая пилотом ЛА при приближении к ближнему приводу, существенно зависит от метеорологической дальности видимости. Рассмотрим различные условия видимости.
1
i
N
1
2
i
N
1
2
i
N
В случае благоприятных метеоусловий видна ВПП, глиссадные лазерные лучи 4 и курсовой лазерный луч 5, а лучи Л…Л…Л оптических излучателей И, И…И…И почти не видны из-за ортогонального расположения лучей к траектории полета и слабого рассеивания оптического излучения. В связи с этим система оптических излучателей И, И…И…И при благоприятных метеоусловиях может быть выключена с целью экономии энергоресурсов.
1
2
i
N
При сложных метеоусловиях глиссадные лазерные лучи 4 и курсовой лазерный луч 5 при заходе на посадку не видны в районе ближнего привода 6, а пилот ЛА визуально воспринимает последовательно картину рассеянного излучения ближайших оптических излучателей из ряда И, И…И…И в виде линейных ориентиров (зоны "А", "Б" на фиг.2), пересекающихся в точках ТП-i…TП-N на оси курсового лазерного излучателя 3 с повышенной яркостью точек пересечения лучей.
Данные ориентиры в сложных метеоусловиях являются единственной визуальной информацией, которую получает пилот ЛА при приближении к ближней приводной радиостанции, что позволяет пилоту перейти от управления ЛА по приборам к управлению по визуальным ориентирам, поддерживая неизменной их пространственную конфигурацию. При приближении ЛА к ВПП на расстояние
1
2
i
N
2-х…3-х МДВ визуально воспринимаемая оптическая картина соответствует зоне "В" фиг.2, и пилот переходит к управлению ЛА по глиссадным 4 и курсовому 5 лучам лазерных излучателей 2 и 3. То есть система посадки ЛА в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет пилоту вначале выполнять посадку по визуальным ориентирам рассеянного излучения ближайших оптических источников (зоны А, Б на фиг.2) из ряда И, И…И…И на расстояниях от ВПП, превышающих дальность действия при сложных метеоусловиях известной лазерной системы посадки, а на завершающем этапе органично перейти к выполнению посадки по линейным ориентирам, образованным лазерными лучами 4 и 5 (зона В на фиг.2).
1
2
i
N
Для удобства перехода к выполнению посадки по глиссадным и курсовому лучам, особенно при меняющихся погодных условиях, спектр оптических излучателей И, И…И…И выбирают отличным от спектра излучения лазерных излучателей 2 и 3.
В качестве N-пар излучателей в зависимости от категорийности ВПП, климатических особенностей местности, стационарности или мобильности системы в предлагаемой системе могут быть использованы:
а) лампы накаливания, снабженные светофильтрами и устройством для фокусировки излучения в точку пересечения их осей;
б) галогенные лампы, снабженные светофильтрами и устройством для фокусировки излучения в точку пересечения их осей;
в) полупроводниковые светоизлучающие диоды, снабженные устройством для фокусировки излучения в точку пересечения их осей;
г) высококоллимированные лазерные излучатели или излучатели, снабженные устройством для фокусировки излучения в точку пересечения их осей;
д) источники "белого" излучения с системой светофильтров, снабженные устройством для фокусировки излучения в точку пересечения их осей;
е) различные комбинации из вышеперечисленных пар излучателей.
Применение N-пар оптических излучателей, каждый из которых пересекается в заданной точке на оси курсового лазерного луча, позволяет создать точечные ориентиры с минимальными потерями световой энергии и получить удвоение мощности светового потока. Это достигается за счет равномерного размещения N-пар оптических излучателей между ВПП и ближним приводом на минимально допустимом расстоянии от оси курсового лазерного луча, определяемом из условия пересечения оси курсового лазерного излучателя и прохождения лучей N-пар оптических излучателей вблизи соответствующих осей глиссадных лучей, а также за счет использования возможности фокусировки лучей в точке пересечения.
Точки пересечения лучей оптических излучателей обозначают ось курсового лазерного излучателя с удвоенной энергией светового потока оптических излучателей N-пар, что необходимо пилоту для его ориентации по данной системе в сложных метеоусловиях. Оптические лучи, проходящие вблизи глиссадных лучей, дополнительно обозначают зону расположения глиссады.
Оптимальное расстояние между N-парами излучателей с учетом их мощности и спектрального состава находится в пределах 30…80 метров, а расстояние между излучателями в каждой паре по мере удаления от ВПП увеличивается согласно условию пересечения лучей в одной точке на оси курсового лазерного излучателя при одновременном прохождении оптических лучей вблизи осей глиссадных лучей.
1
2
i
N
Дополнительные возможности улучшения характеристик системы достигаются при использовании оптических излучателей И, И…И…И по меньшей мере с двумя спектрами излучения. Это позволяет управлять видимостью ориентиров при изменении условий посадки (улучшение или ухудшение общей освещенности, изменение характера осадков и т.п.).
Выполнение системы с цветом излучения оптических излучателей, расположенных слева от продолжения оси ВПП, отличным от цвета излучения излучателей, установленных справа от продолжения оси ВПП, позволяет воспринимать в точках пересечения лучей другой цвет излучения (сумму двух цветов), отличающийся от цвета каждого блока дополнительных излучателей, что помогает пилоту сконцентрировать внимание на ориентации по точечным ориентирам (ориентация по точкам пересечения оптических лучей N-пар излучателей с осью курсового лазерного излучателя).
1
2
i
N
Для дополнительного отличия от световых источников, которые могут оказаться вблизи ВПП, оптические излучатели И, И…И…И снабжены устройством амплитудной модуляции мощности их излучения, причем с помощью модуляции возможна передача пилоту ЛА от диспетчерской службы аварийной информации, например, о запрете посадки. Кроме того, выполняя синхронизированную модуляцию излучения всех из N-пар излучателей, можно создавать световую информацию типа «бегущий огонь» или информацию о заданной посадочной скорости. Используя изменение параметров амплитудной модуляции мощности (например, частоту модуляции) излучателей в зависимости от их расстояния до границы ВПП, можно создать информацию об удалении ЛА от границы ВПП.
Для совершения посадки в особо сложных условиях система дополнительно содержит устройство сканирования лучей излучателей вдоль линии, проходящей через точки их пересечения, причем угол сканирования каждой пары дополнительных излучателей выбирается достаточным для перемещения точки пересечения лучей любой пары излучателей в положение точки пересечения ближайшей пары излучателей. При помощи такого вида сканирования в пространстве на уровне границы допустимых высот вдоль траектории снижения в сложных метеоусловиях создаются две визуально воспринимаемые за счет рассеяния лучей на аэрозолях атмосферы пересекающиеся плоскости, причем линия их пересечения совпадает по направлению с траекторией снижения. Такая светотехническая система увеличивает общую информативность и более удобна для восприятия.
Функционально связанные контроллер и блок управления обеспечивают диагностику параметров, регулировку и дистанционное включение-выключение излучателей, а также модуляцию мощности излучения, изменение цвета и пространственное управление оптическими лучами в соответствии с заданным алгоритмом, что расширяет тактико-технические характеристики системы посадки летательных аппаратов в зависимости от изменения погодных или светотехнических условий в зоне действия системы.
Практическая реализация предлагаемого технического решения подтверждена результатами моделирования основных составных частей системы.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №516247, МКИ В64F 1/18, 1976 г.
2. Калошин Г.А., Фадеев В.Я. "Возможности ориентирования по прямому проблесковому и рассеянному излучению в видимой области спектра" // Юбилейный сборник научных трудов, посвященных 25-летию РФФ ТГУ. - Томск, 1978. - С.190-194. - Деп. в ВИНИТИ. - 1981, №607-81).
3. Авторское свидетельство SU 1828036, В64F 1/18, 0.07.96, Бюл. №20, (прототип).