СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ И ВЕЛИЧИНЫ ОТКЛОНЕНИЯ САМОЛЕТА ОТ КУРСА И ГЛИССАДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF FINDING OF DIRECTION AND VALUE OF PLANE DEVIATION FROM COURSE AND GLIDE PATH AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к системам посадки самолетов и может быть использована при реализации комплексов аэродромного обеспечения.
Общеизвестен способ определения курса и глиссады при посадке самолета с помощью аэродромной РЛС, например, РСП-7, две антенны которой все время вращаются в заданных секторах по азимуту и углу места. О РЛС с невращающимися антеннами и аналогичными функциями мало что известно.
Целью изобретения является расширение ассортимента устройств посадки самолетов на аэродром, что достигается за счет использования для определения величины отклонения самолета от курса и глиссады четырехчастотного дальномера.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
1
2
1
1
l
l
1
1
1
1
1
При определении направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады самолет облучают четырьмя приемо-передающими антеннами ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, установленными в начале взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают в сторону приближающегося к ВПП самолета четыре непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно-спадающему закону, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы с близкими частотами f, f, f и f соответственно у НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналов и одинаковыми у них частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые после отражения от самолета принимаются, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, и их перемножают с излученными, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналами, и выделяют сигналы с частотами, соответственно, Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vif/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif/C, где С - скорость света, Di, Dj, Dz и Dx - расстояния, соответственно, между ППА1, ППА2, ППА3, ППА4 и самолетом, приближающимся к аэродрому со скоростью Vi, которую определяют до получения сигналов с частотами Fpi, Fpj, Fpz и Fpx, которые далее перемножают, соответственно, с сформированными заранее сигналами с частотами 2Vif/C, 2Vif/C, 2Vif/C и 2Vif/C и выделяют четыре сигнала с частотами Fpi=2DiFmdfm/C, Fpj=DjFmdfm/C, Fpz=2DzFmdfm/C, Fpx=2DxFmdfm/C, а также вычисляют коэффициент Ki=Di/Dmin=CFpi/2FmdfmDmin, где Dmin - минимально возможное расстояние от ППА до самолета, когда еще есть необходимость в определении курса и глиссады, после чего вычисляют две разности со знаком, т.е. ±Δ=Fpi-Fpj и ±Δ=Fpz-Fpx, которые умножают на коэффициент Ki и получают два числа, т.е. ±ΔKi и ±ΔKi, величине и знаку которым соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады.
Устройство определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады выполнено в виде частотного радиолокатора, содержащего последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), первый генератор непрерывных сигналов (Г1), выход которого подключен к входам смесителей (CM) CM5, СМ6, СМ7 и СМ8, а выход Г2 через последовательно соединенные второй вход CM5, пятый фильтр (Ф5), СМ1, Ф1 подключен к второму входу СМ9, выход Г3 через последовательно соединенные второй вход СМ6, Ф6, СМ2, Ф2 подключен к второму входу СМ10, выход Г4 через последовательно соединенные второй вход СМ7, Ф7, СМ3, Ф3 подключен к второму входу СМИ, выход Г5 через последовательно соединенные второй вход СМ8, Ф8, СМ4, Ф4 подключен к второму входу СМ12, а также выходы Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8, соответственно, через усилители мощности (УМ) УМ1, УМ2, УМ3, УМ4 подключены к входам, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающим на передачу, а входы ППА1, ППА2, ППА3, ППА4, работающие на прием, подключены к вторым входам, соответственно, СМ1, СМ2, СМ3, СМ4 и, кроме того, выход Ф1 подключен к входу определителя скорости посадки самолета, выходы которого подключены к входам ЦАП2, ЦАП3, ЦАП4 и ЦАП5, входы опорных напряжений которых подключены, соответственно, к выходам первого блока опорного напряжения (БОН1), БОН2, БОН3 и БОН4, выход ЦАП2 через последовательно соединенные Г6, СМ9, Ф9, первый частотомер (Ч1) подключен к первой схеме вычитания и вычислителю коэффициента, выход ЦАП3 через последовательно соединенные Г7, СМ10, Ф10, Ч2 подключен к второму входу первой схемы вычитания, выход ЦАП5 через последовательно соединенные Г8, СМ11, Ф11, Ч3 подключен к второй схеме вычитания, выход ЦАП4 через последовательно соединенные Г9, СМ12, Ф12, Ч4 подключен к второму входу второй схемы вычитания, выходы первой и второй схем вычитания, соответственно, через первую и вторую схемы умножения подключены к первой и второй выходным шинам, а вторые входы первой и второй схем умножения подключены к выходу вычислителя коэффициента.
Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства определения направления и величины отклонения самолета от курса и глиссады.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Установим ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 в начале ВПП аэродрома, в плоскости, перпендикулярной глиссаде, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга и от глиссады, с базовыми L=2 м расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, устанавливаемыми перпендикулярно глиссаде, с базовыми L=2 м расстояниями между диаметрально противоположными ППА3 и ППА4, устанавливаемыми параллельно ВПП, которые излучают в сторону приближающегося к ВПП самолета, соответственно, НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы, с близкими частотами f=1, f=1,1, f=1,2 и f=1,3 ГГц соответственно у НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3, НЛЧМ4 сигналов и одинаковыми у них частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые на четырехчастотном радиолокаторе (ЧЧР), в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП1 формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап Г1. При этом на выходе Г1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ5, СМ6, СМ7 и СМ8, на вторые входы которых подают с Г2, Г3, Г4 и Г5, соответственно, сигналы частотой fx, fz, fy и fr. При этом на выходах СМ5, СМ6, СМ7 и СМ8 и соответственно Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8 формируются сигналы частотой f=f-fx=1, f=f-fz=1,1, f=f-fy=1,2 и f=f-fr=1,3 ГГц, которые, соответственно, УМ1, УМ2, УМ3 и УМ4 усиливаются и через, соответственно, ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 передаются в сторону самолета. Отраженные от самолета НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналы принимаются ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4, перемножаются в СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 с излученными НЛЧМ1, НЛЧМ2, НЛЧМ3 и НЛЧМ4 сигналами, подводимыми к вторым входам, соответственно, СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 с выходов, соответственно, Ф5, Ф6, Ф7 и Ф8. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ1, СМ2, СМ3 и СМ4 и соответственно выходах Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 формируются сигналы с частотами, соответственно, Fpi=2DiFmdfm/C+2Vif/C, Fpj=2DjFmdfm/C+2Vf/C, Fpz=2DzFmdfm/C+2Vif/C, Fpx=2DxFmdfm/C+2Vif/C.
1
Следует отметить, что до момента обнаружения самолета измеряют его посадочную скорость Vi, вычисляя при, например, выбранных Vo=15 м/с и До=Vof/Fmdfm выражение Vi=4До/t, где [см. заявку РФ №2012148956/07 (078599)] До - выбираемый базовый интервал расстояния, Vo - минимально возможная посадочная скорость самолета, t - измеряемое время пролета самолетом расстояния 4До. Для чего в известной РЛС излучаемый НЛЧМ сигнал не задерживают и в обнаружителе сигналов узкополосного спектра частот [см. там же] выбирают соответствующий опорный сигнал, что позволяет измерить Vi на удалениях больших длины глиссады.
1
2
3
4
l
1
1
1
Очевидно, что если значение Vi, например, в цифровой форме подать на входы ЦАП2, ЦАП3, ЦАП4 и ЦАП5, на ЦАПы, имеющие разные опорные напряжения, то под действием на варикапы Г6, Г7, Г8 и Г9 напряжений с их выходов можно установить эти генераторы в состояние генерации ими сигналов, соответственно, частотой 2Vif/C, 2Vif/C, 2Vif/C и 2Vif/C и далее их в СМ9, СМ10, СМ11 и СМ12 перемножить с сигналами, сформированными на выходах Ф1, Ф2, Ф3 и Ф4, с целью выделения фильтрами Ф9, Ф10, Ф11 и Ф12 четырех разностных сигналов с частотами Fpi=2DiFmdfm/C, Fpj=2DjFmdfm/C, Fpz=2DzFmdfm/C, Fpx=2DxFmdfm/C.
1
2
2
2
Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будут, например, минимально возможные для отслеживания курсовых и глиссадных рассогласований расстояния, соответственно, D=15 м, D=√15 м+L=15,1327 м,
3
4
2
2
D=√15+(L/2)=15,067 м и D=15,067 м, т.е. самолет летит прямо только на ППА1, выше на 1 м глиссады и точно по курсу. Тогда фильтры Ф9, Ф10, Ф11 и Ф12 выделят и частотомеры Ч1, Ч2, Ч3 и Ч4 вычислят, соответственно, частоты:
1
8
1
Fp=20[(15 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=2550 Гц,
1
2
2
8
2
Fp=20[(15,1327 м=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=2572,567 Гц,
1
2
8
3
Fp=20[(15,067 м=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=2561,308 Гц,
1
2
8
4
Fp=20[(15,067 м=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=2561,308 Гц.
1
1
1
1
2
2
3
4
1
1
1
1
2
1
1
1
1
После чего и при, например, Dmin=15 м вычислителем коэффициента вычисляют коэффициент K=D/Dmin=15 м/15 м=1, а первой и второй схемами вычитания вычисляют две разности со знаком, т.е. Δ=Fp-Fp=-22,567 и Δ=Fp-Fp=0, которые в первой и второй схемах умножения умножают на коэффициент K и получают KΔ=-22,567 и KΔ=+0, т.е. два числа со знаками, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (в данном случае на 1 м выше глиссады и точно по курсу).
2
2
2
2
Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будут, например, максимально возможные для отслеживания курсовых и глиссадных рассогласований расстояния, соответственно, 1500 м, √1500 м+L=1500,001333 м, √1500+(L/2)=1500,00067 м и 1500,00067 м, т.е. самолет летит прямо только на ППА1, выше на 1 м глиссады и точно по курсу. Тогда фильтрами Ф9, Ф10, Ф11, Ф12 будут выделены и частотомерами Ч1, Ч2, Ч3, Ч4 вычислены, соответственно, частоты
1
8
5
Fp=20[(1500 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=255000 Гц,
l
2
2
8
6
Fp=20[(1500,001333=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=255000,2266 Гц,
l
2
8
7
Fp=20[(1500,00067=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=255000,1139 Гц,
l
2
8
8
Fp=20[(1500,00067=√15+2)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=255000,1139 Гц.
2
3
1
2
4
3
4
2
2
3
2
4
l
l
l
l
После чего вычисляют коэффициент K=1500/15=100 и две разности со знаком, т.е. Δ=Fp-Fp=-0,2266 и Δ=Fp-Fp=0, которые умножают на коэффициент K, т.е. KΔ=-22,566 и KΔ=+0, и получают два числа, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (на 1 м выше глиссады и точно по курсу).
2
2
2
2
Пусть, между ППА1, ППА2, ППА3 и ППА4 и самолетом будет, соответственно, √1500+9=1500,027, √1500+11=1500,040, Е м. и Е м., т.е. самолет летит точно по курсу и выше на 10 м глиссады. Тогда фильтрами Ф9, Ф10, Ф11, Ф12 будут выделены и частотомерами Ч1, Ч2, Ч3, Ч4 вычислены, соответственно, частоты
l
8
9
Fp=20[(1500,027 м)(5 кГц)(5,1 МГц)]/(3×10 м/с)=255004,59 Гц,
1
8
10
Fp=20[(1500,040 м)(5 кГц)(5,1 МГц)/(3×10 м/с)=255006,8 Гц
1
1
11
12
и Fp=Fp
3
5
9
10
6
11
12
3
3
5
3
6
3
5
2
3
1
1
l
l
l
l
После чего вычисляют коэффициент K=1500,027/15=100 и две разности со знаком, т.е. Δ=Fp-Fp=-2,21 и Δ=Fp-Fp=0, которые умножают на коэффициент K, т.е. KΔ=-221 и KΔ=+0, и получают два числа, величине и знаку которых соответствует величина и знак отклонения самолета от курса и глиссады (точно по курсу и на 10 м выше глиссады, так как KΔ больше KΔ или KΔ почти в 10 раз).