способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) путем измерения метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона E и использования информации об интенсивности (яркости) включенных огней ВПП, а также расчета расстояния, равного дальности видимости огней, отличающийся тем, что предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I_min , достаточную для их обнаружения на расстоянии R_min , выбирают ступень яркости I_n огней, которую необходимо включить из условия I_n>I_min>I _n-1, где n - порядковый номер ступени яркости, определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I_n, а I_min рассчитывают по формуле в которой R_min соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, где m - коэффициент запаса, - порог контрастной чувствительности глаза.

2. Устройство для определения дальности видимости (RVR) огней взлетно-посадочной полосы (ВПП), содержащее компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета, отличающееся тем, что интерфейс установки (включения) огней ВПП выполнен с дополнительным входом, а компьютер дополнен блоком предварительной обработки измерительной информации на два входа и один выход, первый вход подключен к интерфейсу данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е, а также интерфейс данных о ступенях I_n яркости огней ВПП, подключенный ко второму входу дополнительного блока предварительной обработки для вычисления минимально необходимой для обнаружения огней на расстоянии R, равном минимуму аэродрома по RVR, при этом выход блока предварительной обработки подсоединен к дополнительному управляющему входу интерфейса установки (включения) огней ВПП.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначается, преимущественно, для определения видимости световых ориентиров взлетно-посадочной полосы (ВПП) при метеорологическом обеспечении действий авиации на аэродроме.

Для безопасной посадки необходимо, чтобы пилот приземляющегося самолета при переходе от приборного пилотирования к визуальному смог обнаружить и опознать ориентиры ВПП. Видимость ориентиров ВПП в светлую часть суток определяют по результатам измерений прозрачности атмосферы трансмиссометром с последующим пересчетом коэффициента светопропускания в значение дальности Невидимости S по формуле Когимидера [1, с.63]

где - порог контрастной чувствительности глаза;

µ - показатель ослабления света в атмосфере.

В темную часть суток несамосветящиеся ориентиры визуально не могут быть обнаружены даже при хорошей прозрачности атмосферы. Ориентирами ВПП в темное время суток являются огни высокой интенсивности (ОВИ), расположенные вдоль ВПП.

Расчет дальности видимости ОВИ выполняют по формуле Аллара [1, с.105]:

где Е - порог световой чувствительности глаза;

I - сила света ОВИ (используют 4÷5 ступеней яркости огней);

R -дальность видимости огней ВПП;

µ - показатель ослабления света в атмосфере;

е - основание натуральных алгоритмов.

С учетом (1) формулу (2) приведем к виду:

где S - метеорологическая дальность видимости по данным трансмиссометра.

При этом

где L - яркость окружающего фона по данным яркомера (кд/м²).

Формула (4) известна как формула Блеквелла.

Формулы (2) и (3) не имеют решения относительно R в явном виде. Варианты решения представлены в [2, 3, 4]. Эти варианты предполагают использование вспомогательных таблиц и специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям.

Известные способы [1, 2, 5] осуществляются с помощью устройств, которые включают датчики для получения измерительных данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е, а также данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.

Расчеты дальности видимости ВПП основаны на использовании вспомогательных таблиц, а также специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям по оперативности к уровню автоматизации получения данных о видимости ВПП.

Известны устройства для определения дальности видимости огней ВПП [3, 4], которые содержат специализированные вычислители с устройствами ручного ввода данных о яркости фона, метеорологической дальности видимости и ступени яркости огней ВПП.

Эти устройства не отвечают требованиям оперативности получения выходных данных.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения информации о дальности видимости огней ВПП, описанный в [5, с.51-52], согласно которому, оценка дальности видимости огней ВПП основывается на трех входных величинах: метеорологическая дальность видимости S по данным трансмиссометра, яркость фона Е по данным яркомера, и информация об интенсивности I включенных по указанию диспетчера посадки огней ВПП. Оценка выполняется путем вычислений с помощью компьютера по формуле (2), которая для удобства вычислений преобразуется к виду:

формула (5) отличается от формулы (3) коэффициентом запаса m. Здесь m - коэффициент запаса.

При вычислениях применен алгоритм итерации.

Недостатком прототипа является зависимость результата от наличия данных о яркости I включенных огней (обычно 4-5 ступеней яркости), отсутствие автономности.

Это не обеспечивает требуемый уровень автоматизации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы, является устройство [6], содержащее компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

При наличии информации на выходе интерфейсов о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП и измерительных данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е компьютер вычисляет дальность видимости огней ВПП (RVR) по формуле Аллара .

Недостатком известного устройства является невозможность получения информации о дальности видимости огней при отсутствии информации на выходе интерфейса о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение автономности работы и автоматизации процесса получения данных о видимости огней ВПП.

Для решения поставленной задачи предложен способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП), который, как и прототип, включает измерение метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е и использование информации об интенсивности (яркости) установленных на аэродроме огней ВПП, а также расчет расстояния, равного дальности видимости огней.

В отличие от прототипа, в предлагаемом способе предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I_min, достаточную для их обнаружения на расстоянии R_min, выбирают ступень яркости I_n огней, которую необходимо включить из условия I _n>I_min>I_n-1, где n - порядковый номер ступени яркости, определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I_n, a I_min рассчитывают по формуле , в которой R_min соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, где m - коэффициент запаса, - порог контрастной чувствительности глаза.

Огни ВПП имеют узкую диаграмму направленности, поэтому коэффициент запаса m является функцией расстояния. При ухудшении видимости S пилот воздушного судна наблюдает видимые на близком расстоянии огни ВПП под углом, что и является причиной ухудшения их видимости и требует введения коэффициента запаса m. При использовании метода итерации зависимость m от расстояния усложняет расчеты. Однако в предложенном способе расчет R_min из уравнения имеет решение в явном виде.

Табличные значения функции m(R) хранятся в памяти компьютера и для данного конкретного аэродрома эта зависимость известна.

Использование при расчетах R_min коэффициента запаса m повышает достоверность информации о RVR.

Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) осуществляется с помощью устройства, которое, как и прототип, содержит компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

В отличие от прототипа, интерфейс установки (включения) огней ВПП выполнен с дополнительным входом, а компьютер дополнен блоком предварительной обработки измерительной информации на два входа и один выход, первый вход подключен к интерфейсу данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е, а также интерфейс данных о ступенях I_n яркости огней ВПП, подключенный ко второму входу дополнительного блока предварительной обработки для вычисления минимально необходимой для обнаружения огней на расстоянии R, равном минимуму аэродрома по RVR, при этом выход блока предварительной обработки подсоединен к дополнительному управляющему входу интерфейса установки (включения) огней ВПП.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что интерфейс установки (включения) огней ВПП содержит табличные значения функции m(R).

Дальность видимости огней ВПП I_min является входным системным параметром вычислителя, а не искомым, как это принято при расчетах по известному методу итерации. Это позволяет определить (выбрать) ступень яркости огней ВПП, которую следует включить диспетчеру при данных условиях атмосферы (метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е) при отсутствии информации на интерфейсе установки (включения) огней ВПП.

Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) обеспечивает автономность работы, поскольку не требует вводить данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП, а также возможность автоматического управления устройством переключения ступеней яркости огней ВПП. При этом диспетчер имеет возможность при необходимости корректировать полученный результат.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство для определения дальности видимости (RVR) огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) содержит компьютер с программным обеспечением, который включает блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2, интерфейсы данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е 3, интерфейс данных о действующих на аэродроме ступенях (I_n) яркости огней ВПП 4, а также интерфейс установки (включения) огней ВПП 5.

Блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2 имеют два входа и один выход каждый.

Входы, подключенные к интерфейсу 3 данных S и Е, объединены.

Блок предварительной обработки измерительной информации 1 имеет дополнительный вход, подключенный к интерфейсу 4 данных о ступенях (In) яркости огней ВПП.

Второй вход блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации подключен к интерфейсу 5 установки (включения) огней ВПП, который имеет основной и дополнительный входы. Дополнительный вход соединен с выходом блока предварительной обработки измерительной информации 1, основной вход предназначен для включения огней ВПП по указанию диспетчера. Выход компьютера предназначен для соединения с цифровым дисплеем для отображения результатов расчета.

К интерфейсу 3 данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е подключены датчик 6 метеорологической дальности видимости S и датчик 7 яркости окружающего фона Е.

Способ определения дальности видимости огней ВПП осуществляется следующим образом.

Измерительная информация о метеорологической дальности видимости S и яркости фона Е поступает на основные входы блока предварительной обработки измерительной информации 1 и блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации. В блоке предварительной обработки измерительной информации 1 выполняется расчет по формуле

Эта формула является частным случаем формулы Аллара, в которой R_min соответствует значению RVR, взятому из рабочего минимума аэродрома и используется не как искомый, а как системный параметр. Поэтому формула (6) имеет решение для I_min в явном виде. На дополнительный вход блока предварительной обработки измерительной информации 1 поступает информация I_n о ступенях яркости огней ВПП, которыми оснащен данный аэродром. Обычно число ступеней равно четырем. Информация о I_n также представляет собой системный параметр.

Компьютер путем сравнения I_min со ступенями яркости огней ВПП выбирает ступень I_n , которая удовлетворяет условию I_n>I_min >I_n-1.

Значение I_n поступает на управляющий вход интерфейса 5 установки (включения) огней ВПП, выход которого соединен с дополнительным входом блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации, выход которого является выходом компьютера и подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.

Таким образом, обеспечивается автоматизация процесса получения данных об RVR.

Диспетчер при необходимости может корректировать выбор ступени огней ВПП, например, если минимум командира воздушного судна не соответствует рабочему минимуму аэродрома.

Примеры осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) с помощью предлагаемого устройства:

Для этой цели пользуются таблицами, рассчитанными методом итерации и представленными в Национальном руководстве по определению дальности видимости на ВПП (РД 52.21.610, редакции 2004 г.), Приложение 2.

Выберем таблицу 8 для следующих условий:

E=10^-4,5 лк (яркость фона 579-971 кд/м ²)

Сумерки. Рабочий минимум аэродрома: RVR=400 м.

Пример 1

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=250 м.

III ступень яркости обеспечивает RVR=375 м

IY ступень яркости обеспечивает RVR=450 м

Следовательно: I_IY>I_min>I_III.

С помощью устройства выбирают четвертую ступень яркости, которую необходимо включить для обеспечения безаварийной посадки.

Пример 2

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=200 м

Рабочий минимум аэродрома 400 м

IY ступень яркости обеспечивает RVR=375 м

Y ступень яркости соответствует RVR=450 м

Следовательно:

I_Y>I _min>I_IY.

С помощью устройства выбирают пятую ступень яркости.

Пример 3

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=150 м;

I_Y+1>I_min>I _Y.

Поскольку I_Y+1 в данной системе огней ВПП на данном аэродроме отсутствует, безаварийная посадка не гарантирована и воздушному судну будет отказано в совершении посадки.

Пример 4

Измеренное значение метеорологической дальности видимости S=500 м, что соответствует RVR=650 м;

I_III-1>I_min >I_III

С помощью устройства выбирают третью ступень яркости, обеспечивающую RVR=650 м.

Таким образом, предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) и устройство для его осуществления обеспечивает автономность работы и автоматизацию процесса получения данных о видимости огней ВПП.

Пример 1
Таблица 7
Ер=10-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м 2)
III ступень (10%)	IV ступень (30%)	V ступень (100%)
MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м
20-32	50	17-27	50	15-24	50
33-47	75	28-40	75	25-34	75
48-64	100	41-53	100	35-46	100
65-83	125	54-67	125	47-58	125
84-103	150	68-83	150	59-70	150
104-124	175	84-99	175	71-84	175
125-141	200	100-113	200	85-95	200
142-157	225	114-126	225	96-105	225
158-173	250	127-139	250	106-116	250
174-190	275	140-152	275	117-127	275
191-206	300	153-166	300	128-138	300
207-222	325	167-179	325	139-149	325
223-239	350	180-192	350	150-160	350
240-255	375	193-206	375	161-171	375
256-288	400	207-232	400	172-192	400
289-320	450	233-259	450	193-214	450
321-353	500	260-285	500	215-236	500
354-400	550	286-321	550	237-264	550
401-450	600	322-358	600	265-293	600
451-530	650	359-415	650	294-335	650
531-589	700	416-457	700	336-367	700
590-650	750	458-500	750	368-400	750
651-782	800	501-592	800	401-468	800
783-965	900	593-712	900	469-554	900
966-1099	1000	713-821	1000	555-631	1000
1100-1199	1100	822-937	1100	632-713	1100
1200-1299	1200	938-1059	1200	714-797	1200
1300-1399	1300	1060-1189	1300	798-886	1300
1400-1499	1400	1190-1326	1400	887-978	1400
1500-1599	1500	1327-1470	1500	979-1073	1500
1600-1699	1600	1471-1623	1600	1074-1172	1600
1700-1799	1700	1624-1783	1700	1173-1275	1700
1800-1899	1800	1784-1899	1800	1276-1381	1800
1900-1999	1900	1900-1999	1900	1382-1551	1900
2000-2099	2000	2000-2099	2000	1552-1671	2000
				1672-1795	2100
				1796-1923	2200
				1924-2055	2300

Пример 2
Таблица 7
Ер=10-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м 2)
III ступень (10%)	IV ступень (30%)	V ступень (100%)
MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м
20-32	50	17-27	50	15-24	50
33-47	75	28-40	75	25-34	75
48-64	100	41-53	100	35-46	100
65-83	125	54-67	125	47-58	125
84-103	150	68-83	150	59-70	150
104-124	175	84-99	175	71-84	175
125-141	200	100-113	200	85-95	200
142-157	225	114-126	225	96-105	225
158-173	250	127-139	250	106-116	250
174-190	275	140-152	275	117-127	275
191-206	300	153-166	300	128-138	300
207-222	325	167-179	325	139-149	325
223-239	350	180-192	350	150-160	350
240-255	375	193-206	375	161-171	375
256-288	400	207-232	400	172-192	400
289-320	450	233-259	450	193-214	450
321-353	500	260-285	500	215-236	500
354-400	550	286-321	550	237-264	550
401-450	600	322-358	600	265-293	600
451-530	650	359-415	650	294-335	650
531-589	700	416-457	700	336-367	700
590-650	750	458-500	750	368-400	750
651-782	800	501-592	800	401-468	800
783-965	900	593-712	900	469-554	900
966-1099	1000	713-821	1000	555-631	1000
1100-1199	1100	822-937	1100	632-713	1100
1200-1299	1200	938-1059	1200	714-797	1200
1300-1399	1300	1060-1189	1300	798-886	1300
1400-1499	1400	1190-1326	1400	887-978	1400
1500-1599	1500	1327-1470	1500	979-1073	1500
1600-1699	1600	1471-1623	1600	1074-1172	1600
1700-1799	1700	1624-1783	1700	1173-1275	1700
1800-1899	1800	1784-1899	1800	1276-1381	1800
1900-1999	1900	1900-1999	1900	1382-1551	1900
2000-2099	2000	2000-2099	2000	1552-1671	2000
				1672-1795	2100
				1796-1923	2200
				1924-2055	2300

Пример 3
Пример 4
Таблица 7
Ер=10-4,5 лк (яркость фона 266-578 кд/м 2)
III ступень (10%)	IV ступень (30%)	V ступень (100%)
MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м	MOR, м	RVR, м
20-32	50	17-27	50	15-24	50
33-47	75	28-40	75	25-34	75
48-64	100	41-53	100	35-46	100
65-83	125	54-67	125	47-58	125
84-103	150	68-83	150	59-70	150
104-124	175	84-99	175	71-84	175
125-141	200	100-113	200	85-95	200
142-157	225	114-126	225	96-105	225
158-173	250	127-139	250	106-116	250
174-190	275	140-152	275	117-127	275
191-206	300	153-166	300	128-138	300
207-222	325	167-179	325	139-149	325
223-239	350	180-192	350	150-160	350
240-255	375	193-206	375	161-171	375
256-288	400	207-232	400	172-192	400
289-320	450	233-259	450	193-214	450
321-353	500	260-285	500	215-236	500
354-400	550	286-321	550	237-264	550
401-450	600	322-358	600	265-293	600
451-530	650	359-415	650	294-335	650
531-589	700	416-457	700	336-367	700
590-650	750	458-500	750	368-400	750
651-782	800	501-592	800	401-468	800
783-965	900	593-712	900	469-554	900
966-1099	1000	713-821	1000	555-631	1000
1100-1199	1100	822-937	1100	632-713	1100
1200-1299	1200	938-1059	1200	714-797	1200
1300-1399	1300	1060-1189	1300	798-886	1300
1400-1499	1400	1190-1326	1400	887-978	1400
1500-1599	1500	1327-1470	1500	979-1073	1500
1600-1699	1600	1471-1623	1600	1074-1172	1600
1700-1799	1700	1624-1783	1700	1173-1275	1700
1800-1899	1800	1784-1899	1800	1276-1381	1800
1900-1999	1900	1900-1999	1900	1382-1551	1900
2000-2099	2000	2000-2099	2000	1552-1671	2000
				1672-1795	2100
				1796-1923	2200
				1924-2055	2300

Источники информации

1. Ковалев В.А. Видимость в атмосфере и ее определение. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

2. Афиногенов Л.П. Методика расчета видимости ОВИ в автоматических измерительных системах. - Тр.ГГО, 1981, вып.449, с.88-91.

3. Коновалов Ю.Г. Автоматический вычислитель дальности видимости огней. - Информ. материал по гидрометеоприборам и методам наблюдения, 1967, № 31.

4. Попков С.Л. Вычислительное устройство для определения дальности видимости аэродромных огней высокой интенсивности. - Тр. ГГО, 1969, вып.40, с.103-108.

5. Бочарников Н.В. и др. Дальность видимости на взлетно-посадочной полосе и ее определение. - СПб: Гидрометеоиздат, 1999 - прототип для способа.

6. Руководство по практике наблюдений за дальностью видимости на ВПП и передачи сообщений о ней. / Дос. 9328-А № 908. Издание второе - ИК АО, 2000, с.56 - прототип для устройства.