радионавигационная система для контроля полета и посадки летательных аппаратов "багис-с"
Классы МПК: | G05D1/10 одновременное трехмерное управление местоположением и курсом |
Автор(ы): | Багдалов О.З., Багдалов З.Х., Багдалова Н.А., Багдалов Д.З. |
Патентообладатель(и): | Багдалов Закир Хадыевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-05-03 публикация патента:
10.04.1998 |
Радионавигационная система содержит наземную сеть станций с фиксированными параметрами и бортовые устройства летательных аппаратов. Последние содержат приемник-вычислитель координат, блок хранения координат взлетно-посадочных полос, вычислитель горизонтального и вертикального отклонений и блоки их регистрации, вычислитель расстояния, а также датчик оптимальной высоты глиссады, вычислитель курса, формирователь опорной траектории высот, блок памяти параметров маршрутов, высотомер, корректор базы и триггер режима. Система наземного базирования взаимодействует со специализированной бортовой аппаратурой и решает задачи выведения на заданный курс, контроль снижения по оптимальной траектории и контроля положения летательного аппарата на взлетно-посадочной полосе. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. Радионавигационная система для контроля полета и посадки летательных аппаратов (ЛА), состоящая из наземной сети станций ретрансляторов с фиксированными параметрами и бортовых устройств ЛА, каждая из которых содержит приемник-вычислитель координат, блок хранения координат взлетно-посадочных полос (ВПП), последовательно соединенные вычислитель горизонтального отклонения и блок индикации горизонтального отклонения, последовательно соединенные барометрический высотомер, корректор базы высот, вычислитель вертикального отклонения и блок индикации вертикального отклонения, последовательно соединенные вычислитель расстояния и программный формирователь сигналов допустимых отклонений, выходы которого подключены к вторым входам блоков индикации горизонтального и вертикального отклонений, отличающаяся тем, что выход вычислителя расстояния одновременно подключен к входу программного датчика оптимальной высоты глиссады и к входу блока индикации расстояния, а также дополнительно введены последовательно соединенные формирователь адресов, блок памяти параметров маршрутов, первый коммутатор и вычислитель курса, выход которого соединен с входом вычислителя горизонтального отключения, вторым выходом подключенного к выходу приемника-вычислителя координат ЛА, одновременно соединенного с входом вычислителя расстояния, вторым входом подключенного к выходу первого коммутатора, вторым входом соединенного с выходом блока хранения координат ВПП, при этом выход вычислителя расстояния одновременно подключен к входам формирователя адресов и формирователя опорной траектории высот, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока памяти параметров маршрутов, а выход через второй коммутатор, вторым входом соединенный с выходом программного датчика оптимальных высот глиссады, подключен к второму входу вычислителя вертикального отклонения, причем выход барометрического высотомера одновременно соединен с входом приемника-вычислителя координат ЛА, при этом третьи входы первого коммутатора, вычислителя расстояния и второго коммутатора подключен к выходу триггера режима, одновременно соединенного с вторыми входами корректора базы высот и программного формирователя сигналов допустимых отклонений. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введен блок масштабирования, включенный между выходом вычислителя расстояния и третьими входами блока индикации вертикального и блока индикации горизонтального отклонений, причем второй вход блока масштабирования соединен с выходом триггера режима. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введен фиксатор нониусных смещений, соединенный с выходом триггера режима и включенный между вторым выходом приемника-вычислителя координат и дополнительным входом блока индикации горизонтального отключения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к авиационным комплексам, обеспечивающим условия снижения аварийности при полетах по сложным маршрутам, в районах взлетно-посадочных полос (ВПП) и при посадке - наиболее ответственного этапа эксплуатации летательного аппарата (ЛА). При всем многообразии серийных аппаратурных комплексов, успешно решающих задачи навигации и посадки на стационарных аэродромах, возможностей их использования лишены небольшие ЛА и ВПП, ввиду: высокой стоимости, больших эксплуатационных работах ограничениях габаритов, веса и т.п. Следовательно, для этого класса ЛА и ВПП остается высокой вероятность аварийных ситуаций и низкой эффективности эксплуатации. Последнее зависит от ограничений летных часов условиями видимости (в рамках светового дня и погодных условий). В качестве аналогов можно рассматривать радионавигационные устройства, которые подразделяются на системы дальней (Лоран-А, Лоран-C, Омега), средней (Дека, Пирс-1) и ближней навигации [1]. Однако точность конечных измерений во многих случаях оказывается гораздо ниже потенциальной точности используемых РНС в силу целого ряда сложно учитываемых факторов:условий распространения поверхностных и пространственных радиоволн в различное время суток и сложностями их разделения;
зависимостью удаленности от опорной станции;
отклонения скорости распространения р/волн от номинальной в зависимости от подстилающей поверхности. Приведенные нестабильности, ограничивающие точность измерения координат, устраняются посредством многочисленных поправок, излагаемых в специализированных таблицах и справочниках. Выбор правильного типа поправок представляет значительные трудности, что и является причиной систематических ошибок в определении места. Известна импульсно-фазовая система наземного комплекса привязки координат, использующая принцип ретрансляции опорного сигнала упорядоченной сетью станций с фиксированными параметрами: координатами (X, Y) привязки к местности и, высотами установки (H) приемо-передающих антенн. Алгоритм системы, структурные реализации станций и приемников-вычислителей, совмещенных с подвижными объектами, позволяют при нестабильностях частот опорных генераторов

всепогодность и обслуживание неограниченного числа ЛА;
контроль на всех этапах движения ЛА (как минимум, на постоянных маршрутах);
высокая точность и надежность навигационных измерений;
жесткие ограничения по габаритам и весу аппаратуры;
простота обслуживания и съема информации;
возможность документирования точности движения;
минимум сигнального обустройства ВПП, возможность безоператорной эксплуатации. Определившись с базовой системой [3], мы вынуждены констатировать что ни одно из приведенных устройств не обеспечивает комплексного решения задачи в объеме приведенных выше требований, обеспечивающих снижение аварийности и повышение эффективности системы. Цель изобретения - снижение аварийности летной работы при полетах по сложным маршрутам и на технически слабо оборудованных ВПП, повышение эффективности эксплуатации небольших ЛА и ВПП. Цель реализуется РНС "Багис-С" (контроль полета и посадки ЛА), состоящей из наземного комплекса привязки координат ЛА и бортовых устройств, блок хранения координат ВПП, последовательно соединенные вычислитель горизонтального отклонения и блок индикации горизонтального отклонения, последовательно соединенные барометрический высотомер, корректор базы высот, вычислитель вертикального отклонения и блок индикации вертикального отклонения. Последовательно соединенные вычислитель расстояния и программный формирователь сигналов допустимых отклонений, выходы которого подключены к вторым входам блоков индикации горизонтального и вертикального отклонений. Выход вычислителя расстояний одновременно подключен к входу программного датчика оптимальной высоты глиссады и к входу блока индикации расстояния. Введены последовательно соединенные формирователь адресов, блок памяти параметров маршрута, первый коммутатор и вычислитель курса, выход которого соединен с входом вычислителя горизонтального отклонения, вторым входом подключенного к выходу приемника-вычислителя координат ЛА. Одновременно, выход приемника-вычислителя соединен со входом вычислителя расстояния, вторым входом подключенного к выходу первого коммутатора, вторым входом соединенного с выходом блока хранения координат ВПП. При этом упомянутый выход вычислителя расстояния одновременно подключен к входам формирователя адресов и формирователя опорной траектории высот, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока памяти параметром маршрута, а выход - через второй коммутатор, вторым входом соединенный с выходом программного датчика оптимальных высот глиссады, подключен к второму входу вычислителя вертикального отклонения. Выход барометрического высотомера одновременно соединен со входом приемника-вычислителя координат ЛА. При этом третьи входы первого коммутатора, вычислителя расстояния и второго коммутатора подключены к выходу триггера режима, одновременно соединенного со вторыми входами корректора базы высот и программного формирователя сигналов допустимых отклонений. В устройство дополнительно введен блок масштабирования, включенный между выходом вычислителя расстояния и третьими входами блока индикации вертикального отклонения и блока индикации горизонтального отклонения. Второй вход блока масштабирования соединен с выходом триггера режима. В устройство дополнительно введен фиксатор "нониусных" смещений, соединенный с выходом триггера режима и включенный между вторым выходом приемника-вычислителя координат и дополнительным входом блока индикации горизонтального отклонения. На фиг. 1 приведена функциональная схема бортового устройства контроля полета, где: 1 - приемник-вычислитель координат; 2 - блок хранения координат ВПП (Q1, Q2); 3 - вычислитель горизонтального отклонения; 4 - блок индикации горизонтального отклонения; 5 - барометрический высотомер; 6 - корректор базы высот; 7 - вычислитель вертикального отклонения; 8 - блок индикации вертикального отклонения; 9 - вычислитель расстояния; 10 - программный формирователь допустимых отклонений; 11 - программный датчик оптимальных высот глиссады; 12 - блок индикации расстояния; 13 - формирователь адресов; 14 - блок памяти параметров маршрутов; 15 - первый коммутатор; 16 - вычислитель курса; 17 - формирователь опорной траектории высот; 18 - второй коммутатор; 19 - триггер режима (полета/посадка); 20 - блок масштабирования; 21 - радиовысотомер; 22 - третий коммутатор; 23 - фиксатор "нониусного" смещения. На фиг. 2 представлен вариант размещения станций ретрансляторов (А, В, Д) в зоне ВПП. На фиг. 3 дан вариант размещения станций ретрансляторов на протяженном маршруте полета. Здесь q1 (X1, Y1), q2 (X2, Y2), q3 (X3, Y3), ... - опорные координаты маршрута полета. Промежуточные значения маршрута лежат на аппроксимирующей прямой, определяющей курсовое направление. На фиг. 4 представлен вариант предписанной траектории полета в плоскости высот. Здесь через H отмечены высоты от общей базы (уровня моря), а через h - высоты от уровня местности. P(Hp), В(Hв) - станции ретрансляторы. На фиг. 5 представлен вариант структурной реализации формирователя 17 опорной траектории высот, где: 24, 25 - сдвиговые регистры; 26 - вычислитель опорных расстояний; 27 - формирователь коэффициента приращения; 28 - пороговый ограничитель; 29 - сдвиговый регистр; 30 - вычитатель; 31 - умножитель; 32 - сумматор. На фиг. 6 представлен один из вариантов функциональной реализации приемника-вычислителя 1, где: 33 - блок антенны; 34 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 35 - генератор стабильной частоты; 36 - ключ; 37 - формирователь импульсов сброса; 38 - логическая схема И; 39 - активный полосовой фильтр (fо); 40 - четвертый блок регистров; 41 - блок коррекции фазы; 42 - дискретный делитель частоты; 43 - счетчик временных интервалов; 44 - блок фиксации координат; 45 - фазовый дискриминатор; 46 - дешифратор; 47 - второй счетчик; 48 - второй блок регистров; 49 - вычислитель координат; 50 - согласованный р/приемник; 51 - синхронизатор; 52 - вычислитель дальностей; 53 - первый блок регистров; 54 - обнаружитель служебных сигналов; 55 - третий блок регистров; 56 - блок памяти параметров станций; 57 - блок сравнения кодов станций; 58 - блок регистров хранения констант; 59 - оптимизатор выбора опорных станций. Работа устройства. Состояние триггера 19 определяет режим (полет/посадка) функционирования системы. В режиме "полет" на выход первого коммутатора 15 выход формирователя 17 в определенной очередности проходят координаты (X, Y) опорных точек (q1, q2, q3, ...) маршрута (фиг. 3) с соответствующих выходов блока памяти 14. Одновременно, с другого выхода блока памяти 14 на второй вход формирователя 17 синхронно выдаются уровни высот (H1, H2, H3, ....), соответствующие опорным координатам. В блоке 16 вычисляются коэффициенты курса ЛА: Ax, By, Cо, соответствующие уравнению прямой, проведенной через координаты двух не совпадающих точек Xн, Yн и Xк, Yк, которым присваиваются координаты очередных опорных точек, определяющих текущее направление полета. Запись такого уравнения в общем виде:

Величина горизонтального отклонения (d) ЛА относительно курсового направления (уравнение 1) формируется на выходе блока 3, реализующего функцию

Xо, Yо - текущие координаты ЛА с выхода приемника-вычислителя 1. В режиме "полет" вычислитель 9 определяет текущую удаленность (St) ЛА от координат (Xк, Yк) очередной опорной точки.

Зная величину d и St не сложно вычислить угловую величину отклонения (в случае необходимости),
Изменение адреса на выходе формирователя 13 производится на каждый цикл условия St







а коэффициент Rt на выходе блока 27 находится из условия: Rt = (1 - St/Sопор.). Пороговый ограничитель 28 реализует логическую функцию; если Rt < 0, то Rt = 0. На выходе вычитателя 30 выделяется разность высот:

а на выходе сумматора 32 имеем:
Ho= Hn-1+


В блоке памяти 14 могут быть заложены параметры нескольких маршрутов (в зоне ВПП либо конечные пункты, имеющие оборудованные трассы). Выбор маршрута обеспечивается заданием соответствующего адреса формирователя 13, одним из узлов которого является реверсивный счетчик с начальной установкой. При переходе в режим "посадка" пилот изменяет состояние триггера 10, который переключает коммутаторы 15 и 18, вследствие чего на их выходы проходят сигналы блоков 2 и 11. Оценка курсового направления в режиме "посадка" производится относительно граничных координат Q1 и Q2 ВПП, совпадающих с линией приземления и продольной осью симметрии (фиг. 2). В зависимости от направления ветра, пилот имеет возможность воздействия на блок 2 обеспечить адресацию хранимых координат Q1, Q2 текущему определению начала и конца ВПП. Работа блоков 3 и 16 остается неизменной, т.е. описывается приведенными выражениями 1 и 2. Изменяется алгоритм блока 9; значения St вычисляются относительно линии приземления, на фиксированную величину


где
Xн, Yн в зависимости от направления посадки принимают значения опорных координат ВПП Q1 или Q2. Программный датчик 11 начинает функционировать при условии St









где
f - несущая частота передатчика ИСЗ;
C - скорость распространения р/волн (3













1. Лесков М.М. и др. Навигация. М.: Транспорт, 1986. 2. Патент ФРГ N 1406587, кл. G 05 D 1/10, 1971. 3. Устройство для управления заходом самолета на посадку. Авт. св. N 783482, кл. G 05 D 1/10, 1990. 4. Система контроля посадки летательных аппаратов. Заявка на патент N 94018425. 5. Михалев И. А. Системы автоматической посадки. М.: Машиностроение, 1975. 6. Колчинский В.Е. и др. Доплеровские устройства и системы навигации. М. : Сов. радио, 1975.
Класс G05D1/10 одновременное трехмерное управление местоположением и курсом