СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕПЯТСТВИЙ В ЗОНЕ ПОСАДКИ ВЕРТОЛЕТА
METHOD OF DETECTION OF OBSTACLES IN THE HELICOPTER LANDING AREA

Изобретение относится к радиолокационным системам посадки вертолета и может быть использовано при их разработке.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета (прототипом к предполагаемому изобретению) является способ, основанный на применении радиолокационной станции обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости [описание патента RU 2561496 С1 «Радиолокационная станция обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости», опубл. 27.08.2015, МПК G01S 13/93].
Способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, основанный на применении радиолокационной станции обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости, включает в себя следующие основные этапы функционирования: излучение радиосигналов по направлению к земной поверхности, прием эхо-сигналов с угловых направлений и по нормали, измерение высоты полета вертолета и обнаружение препятствий.
Недостатком способа-прототипа является низкая вероятность обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета из-за обзора земной поверхности в виде сужающегося (расширяющегося) кольца при снижении (взлете) вертолета.
Техническим результатом изобретения способа является повышение вероятности обнаружения препятствий в зоне посадки за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.
из
0
0
n
Δ
n
Δ
n
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, заключающемся в излучении сигналов по направлению к земной поверхности, приеме эхо-сигналов с угловых направлений и по нормали и измерении высоты полета вертолета H, в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку с полярными координатами  и , где n=1…N, α=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН , где H - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот Δ с пороговым значением h и при выполнении условия |Δ|≥h принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда Δ>0 или в центральной области зоны посадки в противоположном случае.
0
0
n
Δ
n
Δ
n
Сущность заявляемого способа состоит в том, что в процессе вертикального снижения осуществляют прием отраженных сигналов с угловых направлении N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку с полярными координатами  и , где n=1…N, α=0, R - радиус зоны посадки, измерение высоты полета вертолета осуществляют антенной с шириной ДН , где H - высота зависания вертолета перед началом посадки, измеряют дальности до земной поверхности в каждом секторе, рассчитывают по дальности высоту, сравнивают модуль разности измеренной и расчетной высот Δ с пороговым значением h и при выполнении условия |Δ|≥h принимают решение о наличие препятствия в этом секторе, когда Δ>0 или в центральной области зоны посадки в противоположном случае.
n
0
0
Сущность изобретения поясняется фигурой 1, где обозначено: 1 - точка на земной поверхности с полярными координатами α и β куда направляется ось ДН n-ой антенны приемника, установленного в секторе с , 2 - зона приема эхо-сигналов, ограниченная шириной ДН его n-ой антенны, 3 - зона приема эхо-сигналов антенны с шириной ДН β, R - радиус зоны посадки, H - высота зависания вертолета перед началом этапа посадки.
0
из
0
На этапе посадки вертолета с высоты H прием эхо-сигналов осуществляют с угловых направлений N приемниками, установленными в секторах с , при этом ось ДН n-ой антенны направляют в точку 1. Как видно из фигуры 1, это обеспечивает 360° зону приема вокруг вертолета, внешне напоминающую кольцо, ширина которого равна ДН антенны в вертикальной плоскости. Угол, образованный осью ДН n-ой антенны и нормалью к земной поверхности β, согласно формуле , зависит от H. В процессе снижения вертолета, например, с высоты H до высоты увеличивают этот угол, обеспечивая тем самым прием эхо-сигналов с одной и той же области земной поверхности.
n
n
n
n
По принятым эхо-сигналам определяют дальности до земной поверхности Д в каждом секторе [Дудник П.И. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский и др. - М.: Изд. ВВИА им. проф Н.Е. Жуковского. 2006, с. 15]. При этом эту дальность определяют по первому принятому эхо-сигналу в этом секторе и в случае наличия препятствия, дальность Д будет равна расстоянию до этого препятствия. Полученные значения дальностей для каждого сектора приема эхо-сигналов пересчитывают в высоты по формуле H=Д cosβ.
из
0
из
из
из
n
n
из
n
Δ
Для определения высоты H используют приемник направленный вертикально вниз, ДНА которого обеспечивает прием эхо-сигналов с участка земной поверхности непосредственно под вертолетом. На высоте H этот участок равен размеру зоны посадки с радиусом R, а в процессе снижения вертолета сужается к центру зоны посадки. Так, например, на высоте  размеры этого участка уменьшаются вдвое. При этом высоту H определяют так же по первому принятому эхо-сигналу и в случае наличия препятствия, высота H будет равна расстоянию до этого препятствия. Осуществляют сравнение полученных высот H и H для каждого сектора приема эхо-сигналов и при превышении модулем разности Δ=H-H порогового значения h принимают решение о наличие препятствия в зоне посадки, а с учетом знака этой разности определяют место нахождения препятствия в центральной области или n-ом секторе на границе зоны посадки.
из
из
n
n
n
n
Способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета может быть реализован, например, с помощью устройства, размещаемого в нижней части фюзеляжа вертолета, схема которого приведена на фигуре 2, где обозначено: 1 - приемный блок определения H, 2 - блок измерения H, 3 - блок вычисления β, 4 - устройство управления, 5 - приемный блок определения H, 6 - блок измерения Д, 7 - блок вычисления H, 8 - блок вычисления Δ, 9 - схема сравнения, 10 - блок знаковой функции, 11 - решающее устройство.
n
из
Блок 3 осуществляет вычисление угла β наклона антенн приемных блоков определения H по формуле . В процессе снижения вертолета этот угол пересчитываете из-за уменьшения H.
из
Устройство управления 4 предназначено для управления угловым положением антенн приемных блоков определения H, и может быть выполнено, например, на основе механического привода с синхронным изменением углового положения антенн во всех N приемниках.
n
n
n
Приемный блок определения H 5 предназначен для приема эхо-сигналов от одного и того же участка земной поверхности с центром в полярных координатах α и β вне зависимости от высоты полета вертолета. Он может быть выполнен, например, на основе узконаправленной рупорной антенны в вертикальной плоскости с раскрывом α по горизонтали. В количестве N приемные блоки определения H обеспечивают 360° зону приема вокруг вертолета, внешне напоминающую кольцо, ширина которого равна ДН антенн в вертикальной плоскости.
n
Блок 6 измеряет дальность Д до земной поверхности в зоне приема блока 5 по первому принятому эхо-сигналу и может функционировать, например, на основе метода определения дальности [Кондратенков Г.С. Авиационные системы радиовидения. Монография / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: Радиотехника. 2015, с. 31].
n
n
n
n
из
n
n
Δ
n
В блоке вычисления H 7 производится операция определения значения расчетной высоты по формуле H=Д cosβ по информации от блоков 3 и 6. Блок 8 вычисляет разность измеренной и расчетной высот Δ=H-H и может быть выполнен на основе вычитающего устройства. Схема сравнения 9 осуществляет сравнение модуля разности Δ с пороговым значением h, а в блоке знаковой функции 10 производится определение, какое значение имеет разность Δ положительное или отрицательное.
Решающее устройство 11 предназначено для формирования сигнала о наличие препятствия в зоне посадки, на основе поступающих данных со схем сравнения 9 и блоков знаковой функции 10 и может быть выполнено, например, с использованием элементов «и» и «или». Выход с блока 11 является выходом устройства.
Устройство функционирует следующим образом.
из
из
n
n
После облучения зоны посадки зондирующим сигналом в приемный блок определения H 1 поступают эхо-сигналы. По первому из них в блоке 2 определяется высота H, значение которой поступает в блок вычисления β 3 и блок вычисления Δ 8. В блоке 3 рассчитывается значение угла наклона антенн приемных блоков 5 β, которое поступает в устройство управления 4 и блок вычисления H 7. Устройство управления 4 осуществляет управление ДНА приемного модуля 5 для направления ее оси в одну точку на земной поверхности с полярными координатами  и , вне зависимости от высоты полета вертолета.
n
n
n
n
n
n
n
n
из
n
n
Δ
n
Δ
n
n
Δ
n
С выхода приемного блока определения H 5 эхо-сигналы, принятые с угловых направлений от участка земной поверхности находящегося на границе зоны посадки вертолета и центром в точке с полярными координатами α и β, поступают в блок 6. По первому из них в блоке 6 определяется дальность Д, значение которой поступает в блок вычисления H 7, где производится расчет высоты H по формуле H=Д cos β. Далее в блоке 8 вычисляется разность измеренной и расчетной высот Δ=H-H, значение которой поступает на схему сравнения 9 и в блок 10. Здесь модуль разности Δ сравнивается с порогом h и определяется в какой области лежит ее значение в положительной или отрицательной. С выходов схемы сравнения 9 и блока знаковой функции 10 данные поступают на вход решающего устройства 11, где при выполнении условия |Δ|≥h и Δ>0 принимается решение о наличие препятствия в n-м секторе на границе зоны посадки вертолета или в центральной области - при условии |Δ| ≥h и Δ<0.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из доступных источников неизвестен способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета, заключающийся в приеме эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ обнаружения препятствий в зоне посадки вертолета обеспечивает повышение вероятности обнаружения препятствий в зоне посадки за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета независимо от его высоты.