CN106800094A - 一种飞机着陆监视引导方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机着陆监视引导方法是将摄像机（6）移动安装于跑道一侧的飞机（1）引导着陆监视方法。步骤一：确定理想着舰点；步骤二：画出舰艉线；步骤三：画出舰上跑道终点线；步骤四：将摄像机（6）放置在跑道终点线的一侧；步骤五：将摄像机（6）连接到控制计算机（4），由控制计算机（4）将图像信号送指挥员（2）面前的监视器（3）显示；步骤六：指挥员（2）通过飞机（1）图像的位置与监视器（3）纵横坐标线比较飞机偏差情况；步骤七：指挥员（2）提示飞行员操纵飞机（1）。在任何满足基本训练条件的陆地机场，指挥员（2）即可指挥飞机（1）进行着陆训练。

Description

一种飞机着陆监视引导方法

技术领域

本发明属于航空飞行保障领域，具体涉及飞机着落时的下滑过程中对飞机的飞行情况进行监视及指挥的引导方法。

背景技术

固定翼舰载机着陆训练时，由于航空母舰的着落跑道非常短，所以在飞机沿下滑道下滑的过程中飞行员必须操纵飞机沿理想下滑道下滑，若不能沿理想下滑道下滑，则会导致飞机着落点过近、过远或偏离飞机跑道的情况发生，因而产生必须复飞、逃逸，甚至会出现硬着陆等情况；所以在航空母舰上指挥飞机着陆是一门专门的学问，需要长期训练。为了保障固定翼舰载机沿理想下滑道下滑，需要着陆指挥员的精确指挥；而着陆指挥员的主要信息来源就是依靠观看中线摄像机监视视频。中心线摄像机可监视固定翼舰载机下滑的位置，着陆指挥员通过舰载机与理想下滑道坐标线的比较判断，即可掌握飞机与着落跑道相对偏差并予以指挥。但是，新上舰的飞行员要进行飞机着陆训练通常会首先在陆地的机场进行训练，待地面起降熟练后，才能够上航空母舰上进行着陆训练。为此，当飞行员需要在陆地机场进行训练时，也需要模拟航空母舰上的真实指挥感受，就需要在飞机跑道中线安装同样的中心线摄像机。

安装的中线摄像机存在三个问题：一是新建机场需要预先安装，不能移动；二是相关的各种参数固定，不能灵活调整；三是已有机场加装，需要对跑道进行破坏性施工，影响飞行安全。

发明内容

本发明提供一种将监视摄像机移动安装于跑道一侧的飞机引导着陆监视方法。该方法在满足基本训练条件的陆地机场进行舰载机在陆基机场的跑道着陆训练。

本发明的技术方案：

步骤一：确定理想着舰点，并在所确定的理想着舰点位置的跑道上垂直跑道中心线画一明显横线，该横线代表舰艇着陆跑道第二、第三拦阻索之间的中心线；

步骤二：从该中心线向飞机来向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰艉的距离并画出明显横线，该横线代表舰艉线；

步骤三：从该中心线向飞机去向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰着陆跑道终点距离并画出明显横线，该横线代表舰跑道终点线；

步骤四：将摄像机放置在跑道下代表舰跑道终点线的横线傍边；摄像机通过连线连接到监视器，指挥员处于能够直接观察到下滑降落飞机的位置，并且能够同时从监视器中看到下滑飞机的姿态；飞机引导着陆监视系统在理想着陆点远端能够确定飞机位置及姿态，在理想着陆点近端能够显示飞机机体主要部分；

步骤五：将摄像机同时还连接到控制计算机，由控制计算机通过信号线将图像信号处理后送指挥员面前的监视器显示画面；

步骤六：当飞行员需要着舰时，首先通过光学助降系统了解飞机与理想下滑线的左右偏差量并进行自行修正，使飞机进入理想下滑线的远端附近，此时指挥员在确定飞机已经到达理想下滑线的远端附近时，从监视器上观察到处于下滑过程中的飞机，由于飞机在理想着陆点远端能够确定飞机位置及姿态，显示飞机图像与监视器中纵横坐标线进行位置比较，确定该飞机是否在理想下滑线上，或偏离理想下滑线的位置，直观看飞机相对于理想下滑线的水平线的高低和垂直中心线的左右偏差量；通过飞机图像的位置与监视器纵横坐标线比较，得知飞机相对于理想下滑线的水平高低和垂向左右的偏差情况；

步骤七：指挥员根据监视器上视频的信息，通过对讲机对空中飞行员进行飞行指挥，根据飞机的高低、左右偏差情况提示飞行员操纵飞机降低或爬升，向右或向左，以使飞机沿理想下滑道下滑，直至飞机进入着陆前的稳定下滑阶段，结束指挥。

在任何满足基本训练条件的陆地机场——海拔高度不超过300米，有相对稳定的跑道逆风等条件的机场，配有一种飞机引导着陆监视系统，指挥员即可指挥飞机进行着陆训练。该系统有效的解决了舰载机陆基着陆训练场地少、装备贵、安装难的问题；维护简单、拆装方便，可为舰载机着陆训练的大规模展开提供有力支持。

附图说明

图1降落飞机在水平视场中位置变化示意图；

图2机场跑道设备画线相对位置示意图；

图3引导着陆监视系统设备战位连接关系示意图；

图4摄像机架设方式示意图之一；

图5摄像机架设方式示意图之二；

图6飞机进入理想下滑线远端显示示意图；

图7飞机沿理想下滑线下滑过程显示示意图；

图8修正后飞机沿理想下滑线下滑近端显示示意图。

说明：1-飞机，2-指挥员，3-监视器，4-控制计算机，5-光学助降系统，6-摄像机。

具体实施方法

实施例：着陆下滑道通常为从理想着陆点开始向飞机1来向延伸1800米为理想下滑线远端投影点，在监视器3中要求飞机1在理想下滑线远端能够确定飞机1位置及姿态，在距理想着陆点近端能够显示飞机1机体主要部分；在常规环境光线变化范围内能够正常工作；对颜色不需要敏感；因此选用黑白摄像机6，镜头选用视场角8°的定焦镜头。

安装时，摄像机6安装在可调节水平和垂直角度的云台上，根据机场特定条件设定安装位置，根据与光学助降系统5的相对关系，确定摄像机6空间朝向角度，最终实现摄像视角中心线与距离理想着陆点1800米上方的理想下滑线相交。

步骤一：确定理想着舰点，并在所确定的理想着舰点位置的跑道上垂直跑道中心线画一明显横线，该横线代表舰艇着陆跑道第二、第三拦阻索之间的中心线；

步骤二：从该中心线向飞机1来向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰艉的距离并画出明显横线，该横线代表舰艉线；

步骤三：从该中心线向飞机1去向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰着陆跑道终点距离并画出明显横线，该横线代表舰跑道终点线；

步骤四：将摄像机6放置在跑道下代表舰跑道终点线的横线傍边；摄像机6通过连线连接到监视器3，指挥员2处于能够直接观察到下滑降落飞机1的位置，并且能够同时从监视器3中看到下滑飞机1的姿态；飞机1引导着陆监视系统在理想着陆点远端能够确定飞机1位置及姿态，在理想着陆点近端能够显示飞机1机体主要部分；

步骤五：将摄像机6同时还连接到控制计算机4，由控制计算机4通过信号线将图像信号处理后送指挥员2面前的监视器3显示画面；

步骤六：当飞行员需要着舰时，首先通过光学助降系统5了解飞机1与理想下滑线的左右偏差量并进行自行修正，使飞机1进入理想下滑线的远端附近，此时指挥员2在确定飞机1已经到达理想下滑线的远端附近时，从监视器上观察到处于下滑过程中的飞机1，由于飞机1在理想着陆点远端能够确定飞机位置及姿态，显示飞机1图像与监视器3中纵横坐标线进行位置比较，确定该飞机1是否在理想下滑线上，或偏离理想下滑线的位置，直观看飞机相对于理想下滑线的水平线的高低和垂直中心线的左右偏差量；通过飞机1图像的位置与监视器3纵横坐标线比较，得知飞机1相对于理想下滑线的水平高低和垂向左右的偏差情况；

步骤七：指挥员2根据监视器3上视频的信息，通过对讲机对空中飞行员进行飞行指挥，根据飞机1的高低、左右偏差情况提示飞行员操纵飞机1降低或爬升，向右或向左，以使飞机1沿理想下滑道下滑，直至飞机1进入着陆前的稳定下滑阶段，结束指挥。

在指挥员2位置处设置显示器3，在舰载机下滑时，显示器3接收控制计算机4处理后的综合视频并显示。

控制计算机4对视频的处理方法有两种：一种是当飞机1进入理想下滑线远端时，刚好落在摄像机6视角中心线上，指挥员2即可从显示器中心点看到飞机1，当飞机1沿理想下滑线下滑的过程中，由于摄像机6设置在机场跑道一侧，所以摄像机6的视角中心线存在偏差，飞机1在显示器3上的显示位置会根据摄像机6视角中心线与飞机1理想下滑线的误差越来越大而有所变化，随着飞机1沿理想下滑线下滑的过程，显示器3上的图像会从中心向左下角移动，指挥员2可以根据飞机1移动的方向，判断高低和左右的偏差，并参考该视频对空中飞机1提出偏差修正的指示及操纵提示。

另一种方式是当飞机1进入理想下滑线远端时，刚好落在摄像机6视角中心线上，指挥员2即可从显示器中心点看到飞机1，当飞机1沿理想下滑线下滑的过程中，由于摄像机6设置在机场跑道一侧，所以摄像机6的视角中心线存在偏差，根据机场实际情况，技术人员在控制计算机4中通过一个修正公式对理想下滑线与摄像机6视场中心线的误差进行修正，使飞机1沿理想下滑线向下滑行时，指挥员2面前的显示器3上飞机1始终处于中心位置，随着距离的缩短，飞机1图像将越来越大，但中心不会随飞机1的下滑而移动。这样指挥员2就可以根据飞机1图像在显示器3上的上下左右移动，判断高低和左右的偏差，并参考该视频对空中飞机1提出偏差修正的指示及操纵提示。

1.横坐标线位置计算

(1)计算方法

如图1所示，取舰载机下滑的某一具体时刻。

已知量有：

γ_v－－1/2摄像机垂直视场角

α－－理想下滑道与地面夹角

L₁－－摄像机垂直视场中线与理想下滑道交点到理想着舰点水平距离

L₂－－摄像机到理想着舰点距离

X－－舰载机到理想着舰点水平距离

中间量有：

h－－过舰载机的铅垂线与理想下滑道及垂直视场中线交点距离

d_v－－舰载机所在距离上理想下滑道到垂直视场中线距离

F－－过舰载机铅垂线与理想下滑道交点到垂直视场中线距离

待求量有：

R_v－－舰载机所在距离上理想下滑道在垂直视场中所占比例

根据已知量可求中间量及待求量，公式如下：

h＝(X+L₂)×tanβ-X×tanα (1.2)

d_v＝h×cosβ (1.3)

D_v＝F×sinγ_v (1.5)

(2)边界数据分析

现有固定式安装中心线摄像机位置沿跑道方向距离理想着舰点约140米，而在将相关参数取典型数据后，基于本计算方法，可准确的计算沿跑道方向距离理想着舰点150米至0米范围内中心线摄像机横坐标线的位置。其中，典型数据取值如下：

γ_v＝4°；

α＝3.5°；

L₁＝1800m；

此时，将中心线摄像机距离理想着舰点间距离取边界值0米及150米，将舰载机距离理想着舰点间距离取边界值近端0米、远端1800米时，计算结果如下：

①X＝1800m,L₂＝250m时：R_v＝0.5；

②X＝1800m,L₂＝0m时：R_v＝0.5；

③X＝0m,L₂＝250m时：R_v＝0.905；

④X趋近于0m,L₂＝0m时：R_v＝0.5；

以上四种情况下，在中心线摄像机距离理想着舰点0－250米距离范围内，坐标线均可满足在视场中线至上边界0.9的比例间变化，满足要求。

2.纵坐标线位置计算

(1)计算方法

如图2所示，取与横坐标线位置计算的同一时刻。

已知量有：

γ_h－－1/2摄像机水平视场角

d_h－－摄像机水平视场中线与跑道中线间距离

L₂－－摄像机到理想着舰点距离

X－－舰载机到理想着舰点水平距离

中间量有：

D_h－－舰载机所在距离上视场水平中线垂线与视场水平中线及视场边界线交点间距离

待求量有：

R_h－－舰载机所在距离上理想下滑道在水平视场中所占比例

根据已知量可求中间量及待求量，公式如下：

D_h＝(L₂+X)×tanγ_h (2.1)

(2)边界数据分析

现有固定式安装中心线摄像机位置垂直跑道方向距离理想着舰点0米，取中心线摄像机二分之一水平视场角为4°，将中心线摄像机移动范围设定在垂直跑道方向距离理想着舰点15至30米内，将舰载机距离理想着舰点间距离取边界值近端0米、远端1800米时，可基于本计算方法，准确的计算垂直跑道方中心线摄像机纵坐标线的位置，计算结果如下：

①d_h＝15m，L₂＝0m，X＝0m,时：飞机超出视界

②d_h＝15m，L₂＝0m，X＝1800m,时：R_h＝0.560；

③d_h＝15m，L₂＝250m，X＝0m,时：R_h＝0.929；

④d_h＝15m，L₂＝250m，X＝1800m,时：R_h＝0.552；

⑤d_h＝30m，L₂＝0m，X＝0m,时：飞机超出视界

⑥d_h＝30m，L₂＝0m，X＝1800m,时：R_h＝0.619；

⑦d_h＝30m，L₂＝250m，X＝0m,时：R_h＝1.358；飞机超出视界

⑧d_h＝30m，L₂＝250m，X＝1800m,时：R_h＝0.604；

以上八种情况中，①情况时，飞机在沿跑道方向距离理想着舰点215米处飞出摄像机视场范围；⑤情况时，飞机在沿跑道方向距离理想着舰点429米处飞出摄像机视场范围；⑦情况时，飞机在沿跑道方向距离理想着舰点179米处飞出摄像机视场范围。

在只进行着舰技术训练的情况下，舰载机在距离理想着舰点350米时，飞机状态基本确定，可不再进行监视与指挥，因此，d_h取15米时，0－250米范围均满足要求；d_h取30米时，79－250米范围满足要求。

Claims (1)

1.一种飞机着陆监视引导方法,其特征在于：

步骤一：确定理想着舰点，并在所确定的理想着舰点位置的跑道上垂直跑道中心线画一明显横线，该横线代表舰艇着陆跑道第二、第三拦阻索之间的中心线；

步骤二：从该中心线向飞机（1）来向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰艉的距离并画出明显横线，该横线代表舰艉线；

步骤三：从该中心线向飞机（1）去向，测量出舰上第二、第三拦阻索之间的中心线至舰着陆跑道终点距离并画出明显横线，该横线代表舰跑道终点线；

步骤四：将摄像机（6）放置在跑道下代表舰跑道终点线的横线傍边；摄像机（6）通过连线连接到监视器（3），指挥员（2）处于能够直接观察到下滑降落飞机（1）的位置，并且能够同时从监视器（3）中看到下滑飞机（1）的姿态；飞机（1）引导着陆监视系统在理想着陆点远端能够确定飞机（1）位置及姿态，在理想着陆点近端能够显示飞机（1）机体主要部分；

步骤五：将摄像机（6）同时还连接到控制计算机（4），由控制计算机（4）通过信号线将图像信号处理后送指挥员（2）面前的监视器（3）显示画面；

步骤六：当飞行员需要着舰时，首先通过光学助降系统（5）了解飞机与理想下滑线的左右偏差量并进行自行修正，使飞机（1）进入理想下滑线的远端附近，此时指挥员（2）在确定飞机（1）已经到达理想下滑线的远端附近时，从监视器（3）上观察到处于下滑过程中的飞机（1），由于飞机（1）在理想着陆点远端能够确定飞机（1）位置及姿态，显示飞机（1）图像与监视器（3）中纵横坐标线进行位置比较，确定该飞机（1）是否在理想下滑线上，或偏离理想下滑线的位置，直观看飞机（1）相对于理想下滑线的水平线的高低和垂直中心线的左右偏差量； 通过飞机（1）图像的位置与监视器（3）纵横坐标线比较，得知飞机（1）相对于理想下滑线的水平高低和垂向左右的偏差情况；

步骤七：指挥员（2）根据监视器（3）上视频的信息，通过对讲机对空中飞行员进行飞行指挥，根据飞机（1）的高低、左右偏差情况提示飞行员操纵飞机（1）降低或爬升，向右或向左，以使飞机（1）沿理想下滑道下滑，直至飞机（1）进入着陆前的稳定下滑阶段，结束指挥。