УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ОПОВЕЩЕНИЯ ПИЛОТА ВОЗДУШНОГО СУДНА О ПРОВЕРКЕ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА

Полезная модель относится к технике бортовых систем раннего предупреждения приближения к земле (СРППЗ) и может быть использована для оповещения пилота о необходимости проверки правильности выставки опорного давления на барометрическом высотомере (БВ).
Барометрическая высота используется для расчета высоты воздушного судна (ВС) над уровнем моря, которая играет важную роль в работе режимов раннего предупреждения в СРППЗ. Поэтому сигнал оповещения пилота о необходимости проверки правильности выставки опорного давления на БВ полагается важным и необходимым для СРППЗ.
На начальном и конечном участках полета используется относительная барометрическая высота, которая отсчитывается либо от уровня аэродрома (система QFE), либо от уровня моря (система QNH). В соответствии с установленными в регионе полета правилами и руководством по летной эксплуатации воздушного судна экипаж устанавливает на барометрическом высотомере опорное давление в одной из систем (QFE или QNH). Признак используемой системы отсчета задается с помощью переключателя системы отсчета QFE/QNH, расположенного на пульте управления СРППЗ.
Послеполетный анализ работы СРППЗ показывает, что в районе аэродромов, где разница между показаниями БВ, выставленного в разных системах отсчета, достаточно велика, одной из причин ложных включений сигнализации СРППЗ является то, что после выставки опорного давления на БВ в одной из систем отсчета экипаж забывает установить переключатель QFE/QNH в соответствие с используемой системой отсчета барометрической высоты. Также отмечены случаи, когда экипаж выставляет значение опорного давления на БВ с ошибкой (не соответствует ни системе QFE, ни системе QNH).
Наиболее близким к настоящей полезной модели по технической сущности и решаемой задаче является устройство для формирования сигнала оповещения пилота воздушного судна о проверке барометрического высотомера (патент RU №42909 U1, МПК 7 G 08 G 5/04, 2004), содержащее датчик барометрической высоты, переключатель QFE/QNH, радиовысотомер, блок коммутации, блок
формирования сигнала оповещения, датчик навигационных координат ВС, блок памяти превышений порогов ВПП и блок коррекции барометрической высоты с их связями.
Известное устройство обеспечивает предупреждение экипажа о неправильной установке опорного давления на барометрическом высотомере, априорно полагая правильность установки переключателя, и в случае его ошибочного положения будет работать некорректно. Вторым ограничением известного устройства является то, что сигнал предупреждения может выдаваться только в непосредственной близости от ВПП на истинных высотах менее 250 м, что связано с использованием в устройстве истинной высоты полета, измеренной радиовысотомером.
Задачей полезной модели является повышение безопасности полета ВС на этапах взлета и посадки в районе аэродромов в диапазоне высот полета, на которых используется относительная барометрическая высота в системах QFE или QNH.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей СРППЗ по повышению безопасности полета ВС за счет выдачи сигнала оповещения о проверке БВ при ошибочном положении переключателя системы отсчета QFE/QNH, установке опорного давления на БВ в не заданной системе отсчета или его установке с большой ошибкой.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в устройство для формирования сигнала оповещения пилота воздушного судна о проверке барометрического высотомера, содержащее датчик барометрической высоты, последовательно соединенный датчик навигационных координат ВС и блок памяти превышений порогов ВПП, а также переключатель QFE/QNH, введены датчик ортометрической высоты, последовательно соединенные блок определения системы отсчета выставки БВ, блок формирования сигнала оповещения о выставке БВ, к второму входу которого подключен выход переключателя QFE/QNH, и ключевая схема, а также блок формирования разрешения выдачи сигнала оповещения, при этом первый, второй и третий входы блока определения системы отсчета выставки БВ подключены к выходу датчика барометрической высоты, выходу датчика ортометрической высоты и выходу блока памяти превышения порогов ВПП соответственно, а второй выход соединен с вторым входом блока формирования разрешения выдачи сигнала оповещения, первый вход которого подключен к выходу блока
памяти порогов ВПП, а выход соединен с вторым входом ключевой схемы, выход которой является выходом устройства.
Технический результат полезной модели обеспечивается за счет автоматического определения системы отсчета, в которой выставлено опорное давление на БВ, путем выбора гипотезы на основе решающего правила, оптимального по критерию Неймана-Пирсона, и сравнения ее с системой отсчета, установленной переключателем на пульте СРППЗ.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - структурная электрическая схема заявляемого устройства;
на фиг.2 - схема алгоритма работы блока определения системы отсчета;
на фиг.3 - схема алгоритма работы блока формирования разрешения выдачи сигнала оповещения;
на фиг.4 - рисунок, поясняющий работу заявляемого устройства;
на фиг.5 - рисунок, поясняющий решающее правило выбора гипотезы о системе отсчета, в которой выставлено давление на БВ;
на фиг.6 - график зависимости минимальной величины превышения ВПП от полной вероятности ошибки.
Устройство для формирования сигнала оповещения пилота ВС о проверке барометрического высотомера (фиг.1) содержит датчик 1 барометрической высоты, датчик 2 навигационных координат, переключатель 3 QFE/QNH, блок 4 памяти превышений порогов ВПП, датчик 5 ортометрической высоты, блок 6 определения системы отсчета выставки БВ, блок 7 формирования разрешения выдачи сигнала оповещения, блок 8 формирования сигнала оповещения о выставке БВ и ключевую схему 9.
Выходы датчика 1, датчика 2, датчика 5 и переключателя 3 соединены соответственно с первым входом блока 6, с входом блока 4, с вторым входом блока бис вторым входом блока 8. Выход блока 4 соединен с третьим входом блока бис первым входом блока 7, к второму входу которого подключен второй выход блока 6. Первый выход блока 6 соединен с первым входом блока 8, выход которого соединен с первым входом ключевой схемы 9, к второму входу которой подключен выход блока 7, а выход является выходом устройства.
Датчики 1 и 2, переключатель 3 и блок 4 не имеют конструктивных особенностей по сравнению с прототипом.
Датчик 5 ортометрической высоты измеряет высоту ВС относительно уровня Мирового океана, является общеизвестным, и в качестве него может
использоваться соответствующий канал приемоизмерителя спутниковой навигационной системы (см., например, Magellan Corp., GG12 OEM Board. Reference Manual, USA,. June 2000. C. - 109, http://www.ashtech.com.).
Блок 6 определения системы отсчета выставки БВ обеспечивает выбор одной из трех гипотез о системе отсчета, в которой выставлено опорное давление на БВ.
21
Вывод правила решения для выбора гипотезы о системе отсчета и условия для анализа вероятности полной ошибки приведен в Приложении. На фиг.5 представлен типичный вид плотностей распределения f(ΔH|QFE) и f(ΔH|QNH}, соответствующих двум гипотезам «БВ выставлен в QFE» и «БВ выставлен в QNH», порог с, путем сравнения с которым производится выбор гипотезы, и вероятность ошибки α выбора гипотезы «БВ выставлен в QFE» при истинной гипотезе «БВ выставлен в QNH», равная площади закрашенной фигуры.
ВПП
Ошибочное положение переключателя системы отсчета на пульте СРППЗ приводит к систематической ошибке в значении барометрической высоты, равной по величине превышению порога взлетно-посадочной полосы (ВПП) над уровнем моря Н (фиг.4). Возможны три вида неправильной выставки БВ:
ВПП
на пульте СРППЗ переключатель находится в положении QNH, а на барометрическом высотомере опорное давление установлено по системе QFE. В этом случае СРППЗ может сформировать ложное предупреждение о близости к земле за счет того, что СРППЗ воспринимает высоту ВС на величину Н меньше, чем это есть на самом деле;
ВПП
обратная ситуация, когда переключатель находится в положении QFE, a реально используется QNH, является более опасной. В этом случае при опасной близости ВС к земле СРППЗ сформирует сигнализацию с опозданием или не выдаст ее совсем, за счет того, что высота ВС полагается больше реальной на величину Н;
ошибка допущена при выставке опорного давления на барометрическом высотомере, переключатель может находиться в любом положении. При этом ошибка барометрической высоты имеет характер случайной величины.
MSL
б
В соответствие с видами неправильной выставки БВ блок 6 выбирает одну из гипотез по алгоритму, схема которого представлена на фиг.2. Выбор производится по вероятностному критерию на основе анализа данных об ортометрической высоте H (высоте над уровнем Мирового океана), барометрической высоте Н полета и превышении порога ближайшей ВПП с
учетом статистических характеристик датчиков с использованием выражений (П.2, П.3 и П.7).
Блок 7 обеспечивает проверку непревышения величиной полной вероятности ошибки при выборе гипотезы установленного максимально допустимого значения при помощи условия (П.5) в соответствие с алгоритмом, схема которого представлена на фиг.3, и формирует разрешение на выдачу сигнала оповещения.
Блок 8 формирует сигнал оповещения о выставке БВ путем сравнения выбранной гипотезы о системе отсчета, в которой выставлено опорное давление на БВ, с системой отсчета, установленной переключателем 3.
Ключевая схема 9 обеспечивает выдачу сигналов оповещения на выход устройства с учетом наличия сигнала разрешения с выхода блока 7.
Блоки 6, 7, 8 и 9 могут быть реализованы на основе приведенных алгоритмов на микропроцессорном устройстве, входящем в состав СРППЗ.
Устройство работает следующим образом.
MSL
б
ВПП
MSL
б
0
QNH
При заходе ВС на посадку или перед взлетом пилот устанавливает переключатель 3 в режим QFE или QNH в зависимости от системы отсчета выставки опорного давления на БВ, используемой на конкретном аэродроме, и требования руководства по летной эксплуатации ВС. Датчик 5 ортометрической высоты определяет высоту ВС над уровнем моря - H (см. фиг.4). Датчик 1 барометрической высоты определяет высоту ВС Не относительно уровня, которому соответствует установленное опорное давление, и которая равна Не^ или Н  в зависимости от используемой системы. Датчик 2 навигационных координат определяет широту и долготу ВС, на основе которых из блока 4 памяти извлекается превышение ближайшей ВПП Н. Блок 6 по результатам измерений высот H и Н по решающему правилу (блоки 2.5, 2.10, 2.6, 2.7, 2,8, 2.9 и 2.11 на фиг.2) производит выбор одной из трех альтернативных гипотез о системе отсчета, в которой выставлено опорное давление на БВ. Блок 7 на основе данных о превышении порога ВПП, текущей точности измерений высот и заданных значений вероятностей (блок 3.2 на фиг.3) производит оценку вероятности ошибки при выборе гипотезы (блоки 3.3, 3.4 и 3.6 на фиг.3) и формирует разрешение на выдачу сигнала оповещения, если вероятность ошибки ниже заданной.
Блок 8 формирует сигнал оповещения о необходимости проверки выставки БВ при несоответствии выбранной гипотезы положению переключателя 3, или
если выбрана гипотеза «БВ не выставлен». Блок 8 формирует сигналы оповещения по следующему алгоритму:
сигнал «БВ не выставлен», если выбрана гипотеза у=«БВ не выставлен»;
сигнал «БВ выставлен в QFE», если выбрана гипотеза y=QFE, a переключатель находится в положении QNH;
сигнал «БВ выставлен в QNH», если выбрана гипотеза y=QNH, a переключатель находится в положении QFE.
Ключевая схема 9 выдает на выход устройства сигнала оповещения «БВ не выставлен» всегда при его наличии, а сигналов «БВ выставлен в QFE» или «БВ выставлен в QNH» при наличии сигнала разрешения с выхода блока 7.
При получении сигнала оповещения пилот проверяет правильность и точность выставки опорного давления на БВ в заданной системе отсчета и ее соответствие положению переключателя 3 QFE/QNH.
ВПП min
max
ВПП min
max
21
График зависимости минимальной величины превышения порога ВПП H, при которой обеспечивается вероятность ошибки при выборе гипотезы ниже заданной, от полной вероятности ошибки q при различных ошибках датчиков высот приведен на фиг.6. Из него следует, что при возрастании ошибок измерителей и уменьшении полной вероятности ошибки величина Н увеличивается. Так, для обеспечения вероятности выдачи ложного сигнала оповещения (вероятности выбора ложной гипотезы) меньшей чем q=0,003 при реальной точности датчиков σ=30 ми заданной вероятности выдачи ложного сигнала оповещения «БВ выставлен в QFE» (выбора гипотезы y=QFE при использовании системы QNH) α=0,001 величина превышения порога ВПП должна составлять не менее 200 м. Эта величина типична для аэродромов, в районе которых разница между показаниями БВ, выставленного в разных системах, достаточно велика, чтобы приводить к формированию ложных сигнализаций СРППЗ и созданию опасных ситуаций.
Таким образом, при осуществлении данной полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей СРППЗ по повышению безопасности полета ВС за счет выдачи сигнала оповещения о проверке БВ при ошибочном положении переключателя системы отсчета QFE/QNH, установке опорного давления на БВ в не заданной системе отсчета или его установке с большой ошибкой.