CN108226913B - 一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统 - Google Patents

一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统 Download PDF

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Abstract

一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，包括平行于机场跑道的高架轨道和安装在高架轨道上的活动式雷达信号照射源及安装在飞机上的收发分置相参雷达接收机和与其信号连接的高分辨图像导航信号处理系统。采用本发明所述的用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，可以通过收发分置的方式实现民航飞机全天候前视成像，形成全天候、全天时、着陆全程高分辨成像导航能力，解决在多云或雨天等恶劣天候条件下的飞行员着陆中的全程高分辨图像引导问题，确保飞行员在恶劣天候条件下能看到着陆跑道的图像，提升着陆系统的天候适应性，一方面提高民航飞机的着陆安全，另一方面将降低飞机着陆对天气条件的依赖程度，提高航班的准点率。

Description

一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统
技术领域
本发明属于航空领域，涉及飞行器导航技术，具体涉及一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统。
背景技术
微波着陆系统（MLS）采用时基扫描技术，以飞机着陆下滑道为中心分时在方位和俯仰面上进行往返波束扫描，给出相对于预设下滑道的方位和俯仰偏差。飞机在空中相对于机场跑道的角度是通过测量往返扫描波束的时间间隔计算出来的，往返扫描波束中心之间的时间间隔与飞机空中位置的角度成正比，如图1至2所示，图2中的RWY表示跑道飞行阶段，FAF表示飞机进场前的最终进近坐标。
但MLS和原有的仪表着陆系统（ILS）一样，无法呈现实时的三维机场图像。飞行员只能根据数据信息判断，无法直观感受飞机姿态和方位。现有技术中还没有具备全天候、全天时、全程高分辨成像辅助飞行员着陆的方法。
发明内容
为克服现有飞行器着陆导航系统存在的技术缺陷，本发明公开了一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统。
本发明所述用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，包括平行于机场跑道的高架轨道和安装在高架轨道上的活动式雷达信号照射源及安装在飞机上的收发分置相参雷达接收机和与雷达接收机信号连接的高分辨图像导航信号处理系统；
所述雷达信号照射源包括依次信号连接的信号生成模块、上变频发射通道、T\R模块和天线，所述上变频发射通道还连接有第一本振信号产生支路，所述本振信号产生支路由第一时频同步模块和第一频率综合模块组成；
所述收发分置相参雷达接收机包括依次信号连接的天线、接收模块、下变频接收通道和信号处理模块，所述下变频发射通道还连接有第二本振信号产生支路，所述第二本振信号产生支路由第二时频同步模块和第二频率综合模块组成；
所述第一时频同步模块、第二时频同步模块产生相同相位和相同频率的本振信号；
所述信号处理系统包括底层数据交换板和与底层数据交换板信号连接的信号预处理板、信号成像处理板和交换接口板；所述信号预处理板内置有依次信号连接的AD采样处理器、数字正交解调模块和脉冲压缩模块。
具体的，其特征在于，所述交换接口板上设置有对时接口、以太网接口、LVDS接口、CAN接口。
优选的，所述第一时频同步模块、第二时频同步模块均包含卫星信号接收模块。
优选的，所述雷达信号照射源具有一安装在轨道上的活动基座，所述活动基座可及时跟随进场飞机等速运动。
采用本发明所述的用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，可以通过收发分置的方式实现民航飞机全天候前视成像，形成全天候、全天时、着陆全程高分辨成像导航能力，解决在多云或雨天等恶劣天候条件下的飞行员着陆中的全程高分辨图像引导问题，确保飞行员在恶劣天候条件下能看到着陆跑道的图像，提升着陆系统的天候适应性，一方面提高民航飞机的着陆安全，另一方面将降低飞机着陆对天气条件的依赖程度，提高航班的准点率。
附图说明
图1为飞机采用微波着陆系统时的原理示意图，图1上半部分表述飞机在进场时的俯仰角度示意图，图1下半部分飞机在进场时的水平面方位角度；
图2为飞行器采用微波着陆系统自动进场的示意图；
图3为本发明所述高分辨图像导航系统的工作原理图；
图4为本发明所述雷达信号照射源的一种具体实施方式示意图；
图5为本发明所述收发分置相参雷达接收机的一种具体实施方式示意图；
图6为本发明所述信号处理系统的一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，包括平行于机场跑道的高架轨道和安装在高架轨道上的活动式雷达信号照射源 及安装在飞机上的收发分置相参雷达接收机和与其信号连接的高分辨图像导航信号处理系统；
如图3所示，活动式雷达信号照射源以一定角度向跑道发射雷达波，飞行器从跑道正前方由远既近进入跑道，反射波被安装在飞行器头部的收发分置相参雷达接收机接收。随着飞机迅速进入跑道，由于雷达信号照射源照射功率有限及雷达接收机接收信号的距离限制，雷达信号照射源必须跟随飞机一起运动并时刻保持一较短的空间距离，雷达信号照射源通常具有一安装在轨道上的活动基座，所述活动基座可即时跟随进场飞机等速运动，从而保持跟随。
如图5所示，所述雷达信号照射源包括依次信号连接的信号生成模块、上变频发射通道、T\R模块和天线，所述上变频发射通道还连接有第一本振信号产生支路，所述本振信号产生支路由第一时频同步模块和第一频率综合模块组成，。
信号生成模块用于生成微波信号，通过上变频发射通道进行上变频处理后经过收发（T\R）模块和微波天线发射，上变频发射通道的本振信号由第一本振信号产生支路产生，时频同步模块产生基准频率后，由频率综合模块进行锁相鉴相滤波等处理后得到高精度高稳定性的频率信号作为上变频本振信号。
雷达信号照射源发射的微波信号通过跑道表面反射被处于跑道上的飞机上安装的雷达接收机所接收进行信号处理。
如图6所示，所述收发分置相参雷达接收机包括依次信号连接的天线、接收模块、下变频接收通道和信号处理模块，所述下变频发射通道还连接有第二本振信号产生支路，所述第二本振信号产生支路由第二时频同步模块和第二频率综合模块组成。
天线接收到的信号通过接收模块后进入下变频接收通道进行下变频处理，下变频发射通道的本振信号由第二本振信号产生支路产生，时频同步模块产生基准频率后，由频率综合模块进行锁相鉴相滤波等处理后得到高精度高稳定性的频率信号作为下变频本振信号。
所述第一时频同步模块、第二时频同步模块产生相同相位和相同频率的本振信号，从而实现发射和接收信号的精确同步，满足双基成像导航需要。第一时频同步模块和第二时频同步模块可以均设置一个卫星信号接收模块，通过使用同一卫星信号进行鉴相和鉴频，实现相位和频率的精确相同。
所述信号处理系统包括底层数据交换板和与底层数据交换板信号连接的信号预处理板、信号成像处理板和交换接口板；所述信号预处理板内置有依次信号连接的AD采样处理器、数字正交解调模块和脉冲压缩模块。
雷达接收机接收到信号后，传输到信号处理器中的信号预处理板，信号预处理板内部生成系统需要带宽的中频信号，对接收到的外部信号并进行AD采集，并对中频信号先后进行A/D采样、数字正交解调和脉冲压缩。压缩后的数据打包通过交换接口板上的数据接口传递到信号处理板，由信号处理板对数据处理完成前视SAR成像、前视SAR图像识别等处理，并输出对跑道的跟踪信息，然后将前视SAR图像及跟踪信息发送至飞行员驾驶控制系统，使飞行员可以在起降时进行可视化操作。
交换接口板主要提供处理对外的对时接口、以太网接口、LVDS接口、CAN接口，用于与处理机外部设备进行命令及数据交互；同时提供处理机内部的太网交换、SRIO交换、PMBUS控制，控制处理机完成相应的功能。
采用本发明所述的用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，可以通过收发分置的方式实现民航飞机全天候前视成像，形成全天候、全天时、着陆全程高分辨成像导航能力，解决在多云或雨天等恶劣天候条件下的飞行员着陆中的全程高分辨图像引导问题，确保飞行员在恶劣天候条件下能看到着陆跑道的图像，提升着陆系统的天候适应性，一方面提高民航飞机的着陆安全，另一方面将降低飞机着陆对天气条件的依赖程度，提高航班的准点率。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，其特征在于，包括平行于机场跑道的高架轨道和安装在高架轨道上的活动式雷达信号照射源及安装在飞机上的收发分置相参雷达接收机和与雷达接收机信号连接的高分辨图像导航信号处理系统；
所述雷达信号照射源包括依次信号连接的信号生成模块、上变频发射通道、T\R模块和天线，所述上变频发射通道还连接有第一本振信号产生支路，所述本振信号产生支路由第一时频同步模块和第一频率综合模块组成；
所述收发分置相参雷达接收机包括依次信号连接的天线、接收模块、下变频接收通道和信号处理模块，所述下变频发射通道还连接有第二本振信号产生支路，所述第二本振信号产生支路由第二时频同步模块和第二频率综合模块组成；
所述第一时频同步模块、第二时频同步模块产生相同相位和相同频率的本振信号；
所述信号处理系统包括底层数据交换板和与底层数据交换板信号连接的信号预处理板、信号成像处理板和交换接口板；所述信号预处理板内置有依次信号连接的AD采样处理器、数字正交解调模块和脉冲压缩模块。
2.如权利要求1所述用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，其特征在于，所述交换接口板上设置有对时接口、以太网接口、LVDS接口、CAN接口。
3.如权利要求1所述用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，其特征在于，所述第一时频同步模块、第二时频同步模块均包含卫星信号接收模块。
4.如权利要求1所述用于辅助飞机全天候着陆的高分辨图像导航系统，其特征在于，所述雷达信号照射源具有一安装在轨道上的活动基座，所述活动基座可及时跟随进场飞机等速运动。
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