СПОСОБ ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT LANDING METHOD

Изобретение относится к системам посадки летательных аппаратов (ЛА), используемым в автономных бортовых системах посадки (СП), на необорудованные в радиотехническом отношении взлетно-посадочные полосы (ВПП), в том числе ровные участки дорог и земной поверхности.
впп
ЛА
ла
ЛА
ЛА
ЛА
К
Г
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ посадки летательного аппарата по патенту РФ №2214943, опубликованному 27.10.2003, который выбран в качестве прототипа. Способ-прототип предусматривает выполнение следующих действий: оснащают ВПП четырьмя наземными ориентирами (НО), например пассивными радиолокационными уголковыми отражателями или маяками-ответчиками, которые размещают на продольной и поперечной осях симметрии ВПП по ее краям; измеряют координаты четырех НО относительно центра начала ВПП и полученные значения координат НО, а также значение курсового угла ВПП ψ и рекомендуемое направление посадки передают на совершающий посадку ЛА, где их запоминают. На борту ЛА измеряют высоту полета ЛА Н, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА ψ, угол тангажа ЛА υ, угол крена ЛА γ и, используя бортовую радиолокационную станцию (БРЛС), измеряют дальности до каждого HO и скорости изменения этих дальностей. По измеренным значениям дальностей до НО и скоростей изменения этих дальностей, высоты полета ЛА Н, вертикальной скорости ЛА и запомненным координатам НО вычисляют курсовой угол ЛА ε - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, угол наклона глиссады ε - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, скорости изменения углов  По вычислительным значениям  измеренным значениям курса
ЛА
ЛА,
ЛА
впп
ψ, углов υγ и запомненному значению курсового угла ВПП ψ в системе автоматического управления (САУ) ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки.
Недостатками прототипа являются:
впп
- необходимость оборудования ВПП четырьмя НО, определение на земле курсового угла ВПП ψ и направления посадки ЛА;
- наличие на борту ЛА весьма сложной и дорогостоящей БРЛС для работы с НО, имеющей ограничение работы по дальности, а также зависимость точности измерений от дальности ЛА до НО и высоты полета, от эффективной площади рассеяния (ЭПР) уголковых радиолокационных отражателей НО, а также от сложности метеоусловий.
Все это усложняет систему посадки ЛА на ВПП, снижает надежность и безопасность посадки ЛА, а также оперативность развертывания ВПП, что особенно важно в военное время.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и безопасности посадки ЛА на ВПП, а также в повышении оперативности развертывания ВПП за счет упрощения системы посадки. При этом возможность посадки ЛА обеспечивается независимо от дальности ЛА до ВПП и высоты полета, в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, в том числе при слепой посадке.
впп
ЛА
ЛА
ЛА
ЛА
К
Г
Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе посадки ЛА так же, как и в прототипе, задают две точки взлетно-посадочной полосы (ВПП), расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, определяют их координаты, определяют курсовой угол ВПП ψ, передают на совершающий посадку ЛА полученные значения координат заданных точек ВПП, где их запоминают, на борту ЛА определяют дальности от ЛА до заданных точек ВПП, измеряют высоту полета ЛА Н, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА ψ, угол тангажа ЛА υ, угол крена ЛА γ, вычисляют курсовой угол ЛА ε - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют угол наклона глиссады ε- угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют скорости изменения углов  вычисленным значениям  измеренным значениям
ЛА
ЛА
ЛА
впп
ВПП1
ВПП1
ВПП2
ВПП2
ВПП1
ВПП1
ВПП2
ВПП2
ВПП
ψ, υ, γ и курсовому углу ψ в системе автоматического управления ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки, в отличие от прототипа, определяют географические координаты двух заданных точек ВПП - широту φ и долготу λ первой точки, широту φ и долготу λ второй точки, на борту ЛА по запомненным значениям географических координат φ, λ, φ, λ вычисляют курсовой угол ВПП ψ по формуле
где
ВППφ
ВПП1
ВПП2
з
L=(φ-φ)·R,
з
R - радиус Земли;
ЛА
ЛА
N
E
ЛА
ЛА
ВПП1
ВПП1
ВПП2
ВПП2
i
i
определяют географические координаты местоположения ЛА широту φи долготу λ, северную V и восточную V составляющие скорости ЛА, по полученным значениям географических координат ЛА φ, λ и запомненным значениям географических координат двух заданных точек ВПП φ, λ, φ, λ вычисляют горизонтальные дальности d от ЛА до этих точек и пеленги П на эти точки по формулам
φi
ЛА
ВППi
з
где L=(φ-φ)·R,
i min
i min
ВПП
N
E
определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности d=d от ЛА до двух заданных точек и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d=d, по полученным значениям курсового угла ВПП φ, дальности d и пеленга П, составляющих скорости V, V, а также измеренным значениям высоты полета
ЛА
К
Г
ЛА Н и вертикальной скорости ЛА  вычисляют углы ε, ε и скорости изменения углов  по формулам
ЛА
К
где Х=dcosε;
где
где
В формулах (1)-(6) обозначены:
ВППφ
ВППw
L, L - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП в географической системе координат;
i
- составляющие горизонтальной дальности d от ЛА до двух заданных точек ВПП в географической системе координат;
φ
W
L, L - составляющие дальности d от ЛА до центра начала ВПП в географической системе координат;
ЛА
Х - составляющая дальности d на продольной оси симметрии ВПП;
ЛА
- скорость изменений составляющей Х дальности d на продольной оси симметрии ВПП;
- скорость изменения дальности d от ЛА до центра начала ВПП.
1
2
Следует отметить, что при определении географических координат двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, нумерация этих точек - произвольная. В случае равенства рассчитанных дальностей до заданных точек ВПП d=d центром начала ВПП, который по существу является и точкой захода ЛА на посадку, может быть любая точка ВПП, например первая, выбрав которую ЛА делает маневр в направлении захода на посадку.
На фиг.1 показаны:
ВПП - взлетно-посадочная полоса;
1(2)
2(1)
ВПП1
ВПП2
ВПП1
ВПП2
О, О - точки ВПП, расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, имеющие географические координаты широту φ, φи долготу λ, λ;
1
1
1
1
1
NO, EO - горизонтальные оси географической системы координат NOE; ось NO - направление на север, ось EO - направление на восток;
3
1
3
3
1
3
1
ХОZ - горизонтальная невращающаяся земная прямоугольная система координат, ось ХО - направление по продольной оси симметрии ВПП, ось ZO - направление по поперечной оси вправо;
ВПП
φ - курсовой угол ВПП;
ЛА
О - положение ЛА в горизонтальной плоскости при заходе ЛА на посадку;
1
2
ЛА
1
2
d, d - горизонтальные дальности от ЛА (О) соответственно до точек О, O;
φ1
w1
1
1
L, L - составляющие дальности d до центра начала ВПП по осям системы координат NOE, соответственно, на север и на восток;
ЛА
ЛА
1
3
1
3
Х, Z - составляющие дальности d до центра начала ВПП по осям системы координат ХОZ соответственно по продольной оси симметрии ВПП и поперечной оси;
ВППφ
ВППw
1
L, L - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП по осям системы координат NOE;
N
E
1
V, V - составляющие скорости ЛА в системе координат NOE;
1
2
1
2
П, П - пеленги с ЛА на точки О, О;
ЛА
хО - продольная ось ЛА;
ЛА
ψ - курс ЛА;
К
ε - курсовой угол ЛА при заходе на посадку.
На фиг.2 показана структурная схема системы посадки ЛА, где:
1 - средство связи (любая связная радиостанция или система передачи данных);
2 - радиовысотомер;
3 - инерциально-спутниковая навигационная система (ИСНС) - инерциальная навигационная система (ИНС), скомплексированная со спутниковой навигационной системой (СНС);
4 - вычислитель, в состав которого входит запоминающее устройство (ЗУ);
5 - система автоматического управления (САУ) ЛА;
6 - ЛА.
Система посадки ЛА (фиг.2) работает следующим образом.
ВППi
ВППi
1
2
1
2
Определяют географические координаты двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям φ, λ (i=1, 2) (точки O, О на фиг.1) и являющихся центрами начала ВПП и точками захода ЛА на посадку. Наиболее оперативно определение географических координат точек O, O ВПП можно произвести, устанавливая в эти точки на время определения координат аппаратуру потребителей спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS.
Эти географические координаты с помощью средства связи 1 передают на борт ЛА 6 заранее до вылета ЛА в точку назначения или при заходе ЛА на посадку, где они хранятся в ЗУ вычислителя 4.
ВППi
ВППi
ВПП
По запомненным значениям географических координат φ, λ (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют курсовой угол ВПП ψ по формуле (1).
ЛА
ЛА
N
E
ЛА
С помощью ИСНС 3 определяют географические координаты местоположения ЛА φ, λ и составляющие скорости V, V, измеряют курс ЛА ψ, угол тангажа ЛА
ЛА
ЛА
ЛА
υ и угол крена ЛА γ, а с помощью радиовысотомера 2 - высоту полета ЛА Н и вертикальную скорость ЛА .
ЛА
ЛА
ВППi
ВППi
i
i
i min
i min
По полученным значениям географических координат ЛА φ, λ и запомненным значениям географических координат заданных точек ВПП φ, λ (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют горизонтальные дальности d от ЛА до двух точек ВПП и пеленги П (i=1, 2) по формулам (2), определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности от ЛА до одной из заданных точек ВПП d=d и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d.
1
1
1
На фиг 1 центром начала ВПП для захода ЛА на посадку является точка O с горизонтальной дальностью от ЛА d и пеленгом с ЛА на центр начала ВПП П.
N
E
ВПП
ЛА
К
Г
По полученным значениям V, V, вычисленным значениям угла φ, дальности d и пеленга П и измеренным значениям Н,  в вычислителе 4 вычисляют углы ε, ε и скорости изменения углов  по формулам (3)-(6).
ВПП
По вычисленным значениям  ψ и измеренным значениям углов
ЛА
ЛА
ЛА
ψ, υ, γ в системе автоматического управления (САУ) 5 так же, как и в прототипе, формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА 6 на этапах снижения и посадки на ВПП.
Предложенный способ посадки ЛА по сравнению с прототипом позволяет:
- создать систему посадки менее сложной и, следовательно, более надежной за счет исключения из состава системы посадки четырех наземных ориентиров на ВПП, а также за счет исключения на борту ЛА сложной и дорогостоящей БРЛС;
- создать систему посадки на необорудованные в радиотехническом отношении ВПП, в том числе ровные участки дорог и земной поверхности, обеспечивающую автономную посадку ЛА на ВПП в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, независимо от дальности ЛА до центра начала ВПП (точки захода ЛА на посадку);
- повысить безопасность посадки, реализовав в системе посадки комплексную обработку информации, вырабатываемой в ИСНС, что позволит при пропадании от СНС информации о координатах, скорости и курсе ЛА вырабатывать эти навигационные параметры в ИНС на время пропадания информации от СНС;
- более оперативно осуществлять развертывание ВПП, что особенно важно в военное время, за счет применения на время определения географических координат задаваемых точек ВПП аппаратуры потребителей СНС ГЛОНАСС/GPS.