Способ ориентации по лазерному лучу
METHOD OF ORIENTATION BY LASER BEAM

Способ ориентации по лазерному лучу предназначен для выполнения ориентации при движении транспортных средств, например, при посадке летательных аппаратов (ЛА), проводке речных и морских судов, движении автомобильного и других видов транспорта и может быть использован для определения положения транспортного средства (например, относительно плоскостей глиссады и/или посадочного курса при выполнении посадки ЛА).
Известен "Способ ориентации в пространстве движущегося транспорта по световому лучу и устройство для его реализации" [1] (патент РФ №2322371, МПК B64F 1/18; G01S 17/50). Способ заключается в том, что в заданную зону пространства, в определенном направлении посылают световой луч, принимают с помощью фотоприемного устройства излучение от боковых сторон луча, формируют проекцию луча на видеоэкране, сравнивают положение проекции луча с указанным на видеоэкране направлением движения транспорта и по их расположению определяют отклонение транспорта от заданного направления движения.
Недостатком способа [1] является потеря времени на адаптацию зрения при переходе пилота ЛА от определения положения ЛА по приборам (на видеомониторе) к визуальной ориентации по внекабинным ориентирам - виду ВПП, огней глиссадной системы, светосигнальных огней, огней рулевых дорожек и т.д.
Известен способ ориентации пилота ЛА по лазерному лучу (прототип) [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М., Транспорт, 1993. С. 160-164.), который заключается в формировании узконаправленного лазерного луча и направлении его в сторону транспортного средства (ЛА) параллельно заданной траектории его движения (или разведен относительно нее под небольшим углом) и определении по положению луча отклонения ЛА от заданной траектории движения.
Недостатком способа ориентации по лазерному лучу [2] является: ограниченная информативность, связанная с определением отклонения ЛА только по изменению положения луча.
Целью предлагаемого способа ориентации по лазерному лучу является повышение информативности при ориентации за счет создания дополнительного визуального эффекта.
Суть способа заключается в создании дополнительной информационной составляющей (меняющейся ширины луча в зависимости от отклонения ЛА от заданной траектории), получаемой за счет формирования удлиненного поперечного сечения лазерного луча.
Способ ориентации по лазерному лучу отличается от известного технического решения, заключающегося в формировании и направлении лазерного луча в сторону транспортного средства параллельно или под небольшим углом к траектории его движения и определении по положению лазерного луча отклонения транспортного средства от заданной траектории движения, тем, что лазерный луч формируют с удлиненным поперечным сечением с отношением длин осей от 2-х до 5-ти, поворачивают плоскость сечения луча относительно его продольной оси до установления большой оси поперечного сечения луча в плоскости, проходящей через продольную ось луча и заданную траекторию, при этом по увеличению видимого поперечного размера лазерного луча дополнительно оценивают величину отклонения транспортного средства от заданной траектории движения.
Предлагаемый способ может быть использован при создании устройств ориентации по лазерному лучу различных видов транспорта, позволяющих повысить информативность за счет создания дополнительного визуального эффекта.
Сущность способа ориентации по лазерному лучу поясняется схемами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, демонстрирующими, в качестве примера, ориентацию пилота по лазерному лучу относительно курса при посадке летательного аппарата (ЛА).
На фиг. 1 и фиг. 2 и фиг. 3 приняты следующие условные обозначения:
1 - лазерный излучатель; 2 - луч лазерного излучателя; 3 - анаморфотная оптическая система; 4 - механизм поворота; 5 - ось ВПП; 6 - плоскость, проходящая через траекторию движения ЛА и лазерный луч; 7 - летательный аппарат (ЛА); 8 - заданная траектория движения ЛА; 9 - плоскость ВПП; 10 - продольная ось лазерного луча; 11 - первая линза анаморфотной оптической системы; 12 - вторая линза анаморфотной оптической системы; 13 - образующая первой линзы анаморфотной оптической системы; 14 - образующая второй линзы анаморфотной оптической системы; 15 - лазерный луч на входе анаморфотную оптическую систему; 16 - лазерный луч на выходе из анаморфотной оптической системы; 17 - первая призма анаморфотной оптической системы; 18 - вторая призма анаморфотной оптической системы; 19 - поперечное сечение лазерного луча на входе в анаморфотную оптическую систему; 20 - поперечное сечение лазерного луча на выходе из анаморфотной оптической системы; 21 - большая ось поперечного сечения лазерного луча; 22 - малая ось поперечного сечения лазерного луча; 23а, 23б, 23в - виды
лазерного луча; d - размер поперечного сечения лазерного луча перед анаморфотной системой; b - длина малой оси поперечного сечения лазерного луча; h - длина большой оси поперечного сечения лазерного луча;
Реализация способа поясняется на примере устройства ориентации по лазерному лучу (фиг. 1), которое содержит лазерный излучатель (1), установленный вблизи порога взлетно-посадочной полосы (ВПП) (9) на продолжении ее оси (5), луч (2) которого направлен в сторону совершающего посадку летательного аппарата (ЛА) (7), параллельно или разведен под небольшим углом (до 3-х градусов) от заданной траектории (8) движения ЛА. Лазерный излучатель (1) снабжен анаморфотной оптической системой (3), через которую проходит луч (2), изменяя при этом, форму поперечного сечения лазерного луча (2) из осесимметричного круглого (19) сечения на сечение с удлиненной формой, например на поперечное сечение в виде (см. фиг. 2в), эллипса (20) с большой (21) и малой (22) осями сечения и отношением длин сечений большой и малой осей 2…5. Анаморфотная оптическая система кинематически связана с механизмом ее поворота (4), что позволяет поворачивать лазерный луч относительно продольной оси (10) и фиксировать его положение в момент совпадения большой оси (21) поперечного сечения луча с заданной траекторией (8) движения ЛА.
На рисунках (фиг. 2 а, б, в) приведены схемы двух вариантов исполнения анаморфотных оптических систем и вид поперечного сечения лазерного луча (19) до и после (20) его прохождения через анаморфотную систему. На фиг. 2а показана схема анаморфотной системы на основе двух цилиндрических линз, а на фиг. 2б - схема на основе двух преломляющих призм.
Схема ориентации по предложенному способу показана на рисунке фиг. 3, из которого видно, что при отклонении от курса (заданной траектории) посадки (фиг. 3а, 3в) пилот вместе с отклонением лазерного луча (23а, 23в) от вертикали пилот ЛА начинает видеть удлиненную боковую поверхность лазерного луча, имеющую длину h, в 2…5 раз большего размера, чем длина b поперечного сечения луча при движении ЛА точно по курсу. При этом, происходит визуальное увеличение поперечного размера (ширины) лазерного луча. Имея такой легко воспринимаемый визуальный ориентир, пилоту достаточно, воздействуя на механизмы управления ЛА, получить визуально минимизацию поперечного размера лазерного луча и тем самым устранить отклонение ЛА от заданного курса посадки.
Данное техническое решение повышает эффективность восприятия лазерного луча в простых метеоусловиях, так как при увеличении поперечного сечения лазерного луча улучшается его видимость.
Реализация предложенного способа не представляет технической сложности. Анаморфотные оптические системы и методы их расчета известны [3, 4] и могут быть легко реализованы.
Источники информации
1. Патент РФ №2322371, МПК B64F 1/18; G01S 17/50.
2. Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. М.: Транспорт, 1993. С. 161-164 (прототип).
3. Гвоздева Н.П., Коркина К.И. Теория оптических систем и оптические измерения. М.: Машиностроение, 1981. С. 101-104.
4. Бегунов Б.Н., Заказное Н.П. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1973. С. 467-482.