Устройство для управления заходом самолета на посадку

(ГОСПАТЕНТ ЕЛ 1 ОТЕИА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение очастности, к устройзаход самолета наэродромы без на ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАНА ПОСАДКУ носится к авиации и, в твам, обеспечивающимпосадку по курсу на земного радиотехничеоро- ельбязаасто(71) Академия гражданской авиации(56) Патент ФРГ 1 чг 1406587, кл. 61971. Изобретение относится к авиации и, в частности, к устройствам, обеспечивающим заход на посадку по курсу на аэродромы без наземного радиотехнического оборудования.Известны устройства управления по курсу в действующих системах посадки "И Г и "СП" (Михалев И, А. Системы автоматической посадки. М.: Машиностроение, 1975, с. 11-19), включающее в себя наземное и бортовое оборудование.Главным элементом наземного оборудования является курсовой радиомаяк (КРМ), с помощью которого создается радиополе специальной конфигурации и напряженности, задающее в горизонтальной плоскости траекторию снижения воздушного судна (ВС) для посадки - линию курса.Бортовое оборудование управления по курсу включает в себя курсовой радиоприемник, блок обработки принятого сигнала, блок формирования управляющего параского оборудования. Целью изобретения является повышение безопасности полета при посадке, Для этого в устройство, содержащее бортовую радиолокационную станцию, блок обработки сигналов, формирователь управляющих команд, пассивный отра;атель и индикатор, введены дифференцируя ющий блок, пульт дистанционного управления, датчик скорости и датчик курса, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной от торцов вэлетнопосадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края 1 з. и. ф-лы, 9 ил. метра и выдачи его на индикатор, по кому пилот определяет место ВС относино линии курса.Недостатком вышеописанныхройств управления по курсу является отельное наличие КРМ, что чневозможно или нецелесообразноаэродромах с малой интенсивностьютов), а также сложность и высокая стоимназемного и бортового посадочного одования. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является систем эа- а хода самолета на посадку (патент ФР 1 ч. 1406587, кл. 6 05 О 1/10), содержащая устройство управления по курсу, включающее: два пассивных отражателя (расположенных по оси взлетно-посадочной полосы (ВПГ 1) на расстоянии не менее 1800 м); бортовую радиолокационную станцию (БРЛС); блок обработки полученного сигнала: блокформирования управляющего параметра;индикатор.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства: 1 - БРЛС; 2 - блок обработки полученного сигнала; 3 - блок формирования 5управляющего параметра; 4 - индикатор; нафиг. 2 - схема работы устройства,БРЛС 1 облучает отражатели 01 и 02(фиг, 2), подавая данные на вход блока 2. Вблоке обработки полученного сигнала 2 измеряется временная задержка ЛТ междуполученными отраженными импульсами ирасстояния г 1 и г 2 от ВС до отражателей.В блоке формирования управляющегосигнала 3 по величинам ЛТ, г 1, г 2 рассчитывается угол между чаправлениями на отража тел и а, а по величинам й, г 1, г 2рассчитывается линейное отклонение от ли.нии курса 1, пропорционально которому вырабатывается управляющий параметр и 20подается на индикэтор 4.Недостатком данного устройства является низкая информативность управляющего параметра, выраженная в возможностиконтролировать лишь линейное боковое отклонение отлинии курса, а также необходимость установки двух пассивныхотражателей,Цель изобретения - повышение безопасности полетов при посадке, 30Поставленная Цель достигается тем, чтоустройство для управления заходом самолета на посадку, содержащее бортовую радиолокационную станцию, первый и второйвходы которой подключены соответственно 35к первому и второму входам блока обработки сигналов, формирователь управляющихкоманд, соединенный первым входом с первым выходом блок обработки сигналов, авыходом - с входом индикатора, пассивный 40отражатель, дополнительно содержит дифференцирующий блок, пульт дистанционного управления, датчик скорости и датчиккурса, подключенный выходом к третьемувходу блока обработки сигналов, четвертый 45и пятый входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами пультадистанционного управления, шестой вход -с третьим выходом бортовой радиолокационной станции, второй выход - с вторым 50входом формирователя управляющих команд и через дифференцирующий блок - стретьим входом формирователя управляющих команд, а третий выход - с управляющим входом бортовой радиолокационной 55станции, выход датчика скорости соединенс четвертым входом формирователя управляющих команд, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной от торцов взлетно-посадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края, Кроме того, блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные первый сумматор, первый элемент сравнечия, генератор пилообразного напряжения, элемент памяти и второй сумматор, последовательно соединенные задатчик расстояния между пассивным отражателем и взлетно-посадочной полосой и делитель, последовательно соединенные третий сумматор и элемент умножения, а также задатчик максимального углового уклонения, выход которого подключен к второму входу элемен-а умножения, соединенного выходомс первым выходом блока, второй вход второго сумматора подключен к выходу делителя, а выход - к второму выходу блока, второй вход делителя связан с выходом третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и пятым входами блока, второй вход элемента сравнения подключен к четвертому входу блока, э выход - к третьему выходу блока, первый вход первого сумматора соединен с третьим входом блока, а второй вход - с вторым входом блока, шестой вход которого связан с вторым входом генератора пилообразного напряжения,На фиг. 3 представлена общая блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 4 - . пульт дистанционного управления (ПДУ); на фиг, 5 - блок обработки сигналов йа фиг. 6- временные диаграммы работы блока обработки сигнала; на фиг. 7 - формирователь управляющих команд; на фиг. 8 - общая блок-схема БРЛС; на фиг, 9 - схема работы устройства,На фиг, 3 приняты следующие обозначения; 1 - ПДУ; 2 - датчик курса; 3 - БРЛС; 4 - датчик скорости; 5 - блок обработки сигналов; 6 - дифференцирующий блок; 7 - формирователь управляющих команд; 8 - индикатор; на фиг, 4: 1.1 - задатчик (величины МКп); 1.2 - задатчик(величины Свпп); на фиг. 5: 5,1 - сумматор; 5,2 - элемент сравнения; 5,3 - сумматор: 5.4 - генератор пилообразного напряжения, 5,5 - задатчик (величины т): 5.6 - задатчик (величины 1 вэх): 5.7 - элемент памяти; 5.8 - делитель; 5,9 - элемент умножения 5,10 - сумматор; на фиг. 7: 7.1, 7.2 - делители; 7.3 - вычитающее устройство; на фиг, 8: 1 - синхронизатор; 2 - модулятор; 3 - импульсный генератор СВЧ; 4 - антенный переключатель; 5 - приемник СВЧ; 6 - детектор; 7 - индикатор; 8 - антенное устройство (антенна и блок управления).ПДУ 1 (фиг. 3) соединен с входом блока ход вычитающего устройства 7,3 соединен собработкй сигналов 5, другие входы которо- индикатором 8,го соединены с датчиком курса 2 и БРЛС 3, Совместная работы БРЛС и заявленноБлок обработки сигналов 5 имеет три выхо- го устройства осуществляется следующимда, два из которых соединены непосредст образом (фиг. 8). Синхронизатор 1 (предвен но с входами формирователя ставляющий собой импульсный генераторуправляющих команд 7, причем один из вц-. малой мощности), вырабатывая слабые имходов блока обработки сигналов 5 соединен пульсы, коордийирует работу всех блоковс формирователем управляющих команд 7 БРЛС и запускает импульсный генераторчерез дифференцирующий блок 6, а третий 10 СВЧ 3. Генератор СВЧ 3 вырабатывает мощ- .выходсоединен сБРЛС 3. Формировательный зондирующий импульс, который подауправляющих команд 7 соединен с датчи- . ется наантенноеустройство 8 сдиаграммойком скорости 4. Индикатор 8 соединен с найравленности в горизонтальной плосковыходом формирователя управляющих ко-сти в виде узкого луча. Зондирующий имманд. . : 15 пульспредставляет собой не единичныйПДУ 1 состоит иэ задатчика 1.1 и задат- импульс, а короткую серию СВЧ-сигнала,чика 1,2 (фиг. 4);: выходы которого соедине- Длину серии и частоту ее подачи определяетнц с блоком 5, а органы управления модулятор 2 взависимостиотвыборамасшрасположены в кабине пилота. таба и режима работы БРЛС,, Блокобработкисигйалов 5(фиг,5) вклю Антенна БРЛС является приемопереда. чаетв себя ряд элементов; последовательноющей благодаря работе антенного переклюсоединенные первый сумматор 5.1, первый чателя 4, который попеременно подключаетэлемент сравнения 5.2, генератор пилооб- антенну к выходу генератора СВЧ 3 (когдаразного напряжения 5,4, элемент памяти нужно излучить зондирующий сигнал) и по-,: 5.7 и второй сумматор 5.10, последователь входу приемника СВЧ 5 (когда нужно прина соединейнце задатчик расстояния меж- нять отраженный сигнал). Антенна БРЛС неду пассивным отражателем иявляется неподвижной, в связи с чем онавзлетно-посадочной полосой 5.5 и делитель содержит в своем составе блок управления,5.8, последовательно соединенные третий обеспечивающий, в частности, стажировасумматор 5.3 и элемент умножения 5,9, а 30 ние антенны в горизонтальной плоскости. Стакже задатчик максимального углового ук- блока управления снимается сигнал, пролонения 5,6, выход которого подключен к порциональный направлениюлуча антеннывторому входу элемента умножения 5,9, со- сигнал, поступающий в блок обработки сигединенного выходом с первым выходом нала заявленного устройства; туда такжеблока, второй вход второго сумматора 5.10 35 поступает сигнал от блока обработки сигнаподключен к выходу делителя 5.8, а выход -ла заявленного устройства, изменяющийк второму выходу блока; второй вход дели- направление движения антенны при сканителя 5,8 связан с выходом третьего сумма- ровании.тора 5.3, первый и второй входы которого Принятый антенным устройством 8, отсоединены соответственно с первым и пя раженный от цели сигнал поступает на входтым входами блока, второй вход элемента приемника СВЧ 5, С выхода приемника СВЧсравнения 5;2 подключен к четвертому вхо отраженный импульс поступает в блок обду блока. а выход - к третьему выходу блока, , работки сигнала заявленного устройства, апервый вход первого сумматора 5,1 соеди- также в детектор 6, где выделяется полезнен с третьим входом блока, а второй вход 45 нйй сигнал, как правило на низкой частоте,- с вторым входом блока, шестой вход кото- . С выхода детектора 6 сигнал, пропорциорого связан с вторым входом генератора нальный дальности до цели,. поступает напилообразного напряжения 5.4. индикатор БРЛС 7 и в блок обработки сигнала заявленного устройства,Блок формирования управляющего па Работа устройства осуществляется слераметра 7(фиг. 7) состоит из двух делителейдующим образом (фиг. 9). При облучении7.1 и 7.2 и вычитающего устройства 7.3, са-. БРЛС 3 отражателя О, расположенного рйединенных последовательно. Входы дели- . дом с ВПП, в точке, равноудаленной от тортеля 7.1 соединены с выходом блока . цов,вблокеобработкисигналовиэмеряетсяобработки сигналов 5 и с датчиком скорости 55 курсовой угол цели Оц - угол между направ 4. Входыделителя 7,2 соединеныс выходом ленивм, курса посадки и направлением наделителя 7.1 и с выходом блока обработки отражатель О. Яц определяется по временсигналов 5. Входы вычитающегоустройства ной задержке между отраженным и опор 7.3 соединены с выходом делителя 7.2 и ным импульсами, Опорный импульсвыходом дифференцирующего блока 6. Вы- вырабатывается в момент совпадения на1783482 45 50 55 правления луча антенны с направлением курса посадки, нэ основе сравнения данных БРЛС 3, ПДУ 1 и датчика курса 2,Откорректированный сигнал, пропорциональный величине бокового уклонения (БУ), через дифференциальный блок 6 и непосредственно поступает в формирователь управляющих команд 7, вход которого соединен также с выходом блока обработки сигналов 5; туда же поступает сигнал от датчика скорости 4, На основе этих сигналов формируется управляющий параметр, пропорциональный первой производной по времени от бокового уклонения ВС от линии курса, и выдается на индикатор 8.Более подробно рассмотреть работу блока обработки сигналов можно при помощи временных диаграмм (фиг, 6). Сигналы, и ропорциональные текущему магнитному курсу полета 1 и направлению антенны БРЛС (при сканировании) 2,суммируются, образуя на выходе сумматора 5,1 (фиг, 5) сигнал. пропорциональный магнитному курсу направления луча антенны. Сигнал 3 подается на вход элемента сравнения 5.2, нэ второй вход которого. подается величина МКп, пропорциональная магнитному курсу посадки,Величины МКп ивпп, вырабатываемые задэтчиками 1,1 и 1,2, задаются пилотом, Задатчики 1.1 и 1.2 конструктивно расположены в одном корпусе и образуют ПДУ, который расположен в пилотской кабине,В момент равенства сигналов на выходах элемента сравнения 5.2 вырабатывается опорный импульс 5, который подается на вход генератора пилообразного напряжения 5,4; на его второй вход подается импульс б от БРЛС 3 в момент получения отраженного сигнала от пассивного отражателя. Импульс 5 запускает генератор пилообразного напряжения 5.4. С этого момента напряжение нэ выходе генератора 5,4 начинает увеличиваться по линейному закону до момента поступления импульса 6 на второй вход генератора. В этот момент напряжение на выходе генератора 5.4 снова становится равным нулю до поступления следующего импульса 5 с выхода схемы сравнения 5.2, Таким образом, на выходе генератора 5.4 получается переменный сигнал вида 7 (фиг, 6). Однако элемент памяти 5,7 работает таким образом, что фиксирует только максимальную величину сигнала за одйн цикл работы генератора 5,4 и сохраняет ее на своем выходе (сигнал 8) до следующего цикла работы генератора, т.е. до следующей пары импульсов 5 и 6.Физическим смыслом совместной работы генератора 5,4 и запоминающего устройства 5,10 является измерение временного интервала между импульсами 5 и б; которому соответствуетсигнал 8. Учитывая то, что угловая скорость сканирования луча антен ны постоянна, временный интервал будетпропорционален величине угла между направлением магнитного курса посадки и направлением на отражатель, т,е. у цели Оц, С БРЛС 3 снимается напряжение, пропорцио нальное расстоянию до цели Яц, котороеподается на вход сумматора 5,3; на его второй вход подается напряжение, вырабатываемое задатчиком 1,2 ПДУ, пропорциональное длине ВПП ( Впп), Сиг нал на выходе сумматора 5.3 пропорционален удалению до торца ВПП и подается на входы делителя 5,8 и элемента умножения5,9.На второй вход делителя 5,8 поступает 20 напряженйе от задатчика 5,5. пропорциональное величине а=сопзт. Так как отражатель 0 расположен не на оси ВПП, а в стороне(фиг, 9), то измерение Оц, а следовательно, и БУ будет произведено не относи тельно линии курса., а относительно линии,параллельной ей и проходящей через отражатель О, Для компенсации образовавшейся погрешности используется величина а=сопз 1, Ее физический смысл - расстояние 30 от отражателя 0 до оси ВПП. Величина напряжения п 1 выбирается таким образом, чтобы соотношение напряжений Я и гп было равным соотношению расстояний Яц и гп 1. В делителе 5,8 величина п 1 делится на Я, и на 35 его выходе вырабатывается сигнал, пропорциональный вышеописанной угловой погрешности, который суммируется с сигналом в сумматоре 5.10. На выходе сумматора 5.10 вырабатывается напряжение, 40 пропорциональное БУ ВС относительно линии курса,В элементе умножения 5,9 производится вычисление величины Яе - расстояния до точки выхода на линию курса, Яв рассчитывается на основе сигналов Я и 1 пах=сопз 1 - максимального углового уклонения, вырабатываемого задатчиком 5.6, Физический смысл величины 1 гпах представляется как тангенс максимально допустимого углового отклонения от линии курса. Максимальное допустимое угловое отклонение от линии курса определено в Указании МГА 3,1 - 48 от 28,08;79. Согласно этому документу величинааах=0,032. Расчет величины 38 сводится к перемножению величин Я и щэх в элементе умножения 5.9, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный Яе, который поступает на выход блока обработки сигналов 5.Для уменьшения дискретности счисления необходимо исключить сканирование антенны БРЛС в ненужных секторах. Полезным сектором сканирования является угол между направлением МКп и направлением на отражатель, С этой целью опорный импульс 5 с входа схемы сравнения 5;2 подается в блок управления антенной БРЛС,изменяя направление сканирования антенны на противоположное, Аналогично ис пользуется в схеме управления и отраженный от цели импульс, В случае совпадения этих импульсов во времени необходимо ограничить сканирования антенны всекторе+ 3 от направления МКп. 15 С выхода блока обработки сигнала 5(фиг, 3) сигнал, пропорциональный БУ, поступает на вход дифференцирующего блока 6, где происходит его дифференцирование по времени; 20 ж= - ;- (1) ЛБУ Сигнал у пропорционален фактическойскорости изменения БУ,Сигнал, пропорциональный величине 25 38, с выхода блока обработки сигналов 5 поступает на вход делителя 7,1 (фиг. 6), на второй вход которого поСтупает сигнал Ч от датчика скорости полета. По этим двум сигналам рассчитывается время выхода на линию курсаив=вЯвЧ(2)При расчете величины т 8 по формуле (2) 30 35 при больших БУ образуется некоторая погрешность ввиду того, что расстояние от ВС до расчетной точки выхода на линию курса несколько больше, чем расстояние Яв. Однако при приближении ВС к линии курса эта погрешность уменьшается и практически 40сводится к нулю при малых БУ. т.е. именно в том месте, где требования к точности возрастают, Такое распределение точности вычисления ты вполне приемлемо и допускает 45 использование формулы (2), По величине 1 в и БУ рассчитывается необходимая скорость изменения БУ, для того чтобы выйти на линию курса через время Ъ:БУУ50 у является контрольным параметром, указывающим, какой должна быть скорость изменения БУ, для выхода на линию курса в зависимости от величины фактического БУ; в вычитающем устройстве 7,3 происходит 55 сравнение контрольного сигнала у и фактического сигнала уф, а разность их - управляющий параметр Х - подается на инди като.р,Введение новых узлов позволяет вычислять первую производную по времени от БУВС относительно линии курса. Это дает возможность испольэовать в качестве управля-ющего параметра скорость изменения БУ,переводя тем самым информацию о положении ВС иэ пространства координат в пространство скоростей, что уменьшает времяреагирования пилота на возникающие БУ.При использовании прототипа пилотимеет информацию о фактическом БУ относительно линии курса Но управление ВСустроено так, что воздействуя на рычаги управлейия, пилот может изменять лишь скорость изменения БУ, а не само БУ, Такимобразом, получается несоответствие междуспособом управления и отображаемой информацией, которое вынуждает пилота постоянно дифференцировать в умепоказания индикатора,При использовании предлагаемого устройства на индикаторе отображаются скорость изменения БУ, т.е, вышеуказанноенесоответствие устраняется,Пилот может считывать с индикатораинформацию о том параметре, на которыйон воздействует непосредственно, Это обстоятельство значительно облегчает пилотупроцесс управления в горизонтальной плоскости при заходе на посадку.Преимуществом предлагаемого устройства перед прототипом является такжеменьшее число пассивных отражателей,требуемых для работы устройства,Формула изобретения1. Устройство для управления заходомсамолета на посадку, содержащее бортовуюрадиолокационную станцию, первый и второй выходы которой подключены соответственно к первому и второму входам блокаобработки сигналов, формирователь управляющих команд, соединенный первым входом с первым выходом блока обработкисигналов, а выходом - с входом индикатора,а также пассивный отражатель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности при посадке, оно содержит дифференцирующий блок, пульт дистанционногоуправления, датчик скорости и датчик курса,подключенный выходом к третьему входублока обработки сигналов, четвертый и пятый входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами пультадистанционного управления, шестой вход -с третьим выходом бортовой радиолокационной станции, второй выход - с вторымвходом формирователя управляющих команд и через дифференцирующий бло стретьим входом формирователя управл ющих команд, атретий выход - с управлю1783482 Ю щим входом бортовой радиолокационной станции, выход датчика скорости соединен с четвертым входом формирователя управляющих команд, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной 5 от торцов взлетно-посадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края,102; Устройство пои, 1, о т л и ч а ю: щ е е. с я тем; что блок обработки сигналов содержит последовательно сбединенные первый . сумматор, первый элемент сравнения, генератор пилообразного напряжения, элемент 15 памяти и второй сумматор, последовательно соединенные датчик расстояния между , пассивным отражателем и взлетно-посадочнои полосои и делитель. последовательно соединенные третий сумматор и элемент умножения, а также эадатчик максимального углового уклонения, выход которого подключен к второму входу элемента умножения, соединенного выходом с первым выходом блока, второй вход второго сумматора подключен к выходу делителя, а выход - к второму выходу блока, второй вход делителя связан с выходом третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и пятым входами блока, второй вход элемента сравнения подключен к четвертому входу блока, а выход - к третьему выходу блока, первый вход с вторым входом блока, шестой вход которого связан с вторым входом генератора пилообразного напряжения..Гагарина. 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро кэз 4514 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5