CN108974374A - 全天候视景引导着陆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全天候视景引导着陆系统，包括进近着陆监视系统、发射装置和机上引导显示系统，进近着陆监视系统包括红外热成像仪和图像处理装置，红外热成像仪连接图像处理装置，图像处理装置连接发射装置，发射装置与机上引导显示系统无线连接。本发明能够在零能见度气象条件，实现真正意义的全天候着陆；同时它具有地面监视、机上主动成一体的安全着陆引导系统，对飞行安全有可靠的保证。

Description

全天候视景引导着陆系统
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种全天候视景引导着陆系统。
背景技术
进近着陆阶段对航班正常和飞行安全有着非常重要的意义，
现在国内、外普遍采用的ILS仪表着陆系统，经过不断的改进已达到国际民航组织规定的Ⅱ类标准。Ⅰ类标准决断高度离地60米，Ⅱ类标准决断高度离地30米，在决断高度以下航道不能使用了。
美国科勒斯曼公司研制的合成视景系统(SVS)，是通过(GPS)系统和机场的三维地形图结合，可以在复杂的气像条件下引导飞机着陆。因三维地形图不能反映真实跑道上有否影响安全着陆的事物，对安全存在着隐患。美国FAA规定允许公务机飞行员在距地面30米高度即使看不见跑道也可以下降，但对航线飞行员绝对不可以，
美国的科勒斯曼公司和柯林公司研制的视景增强系统(EVS)，是把透雾功能强的前视红外传感器安装到飞机上，但由于地面温差小它的探测距离短，飞行员利用ILS进近到决断高度附近时利用传感器看到跑道，进行目视人工操作着陆。我国引进几套正在推广。
平视显示器(HUD)是平视指引系统(HGS)的显示部分，把驾驶舱仪表板上有关飞机姿态、ILS、操作信息等飞行员在进近着陆中关心的信息经过(HGS)变换投影到驾驶舱风档玻璃前安装的透明的投影屏(HUD)上，为飞行员提供飞行指引，把飞行员从俯视看传统仪表中解脱出来。
发明内容
本发明旨在提供一种全天候视景引导着陆系统，能够在零能见度气象条件，实现真正意义的全天候着陆；同时它具有地面监视、机上主动成一体的安全着陆引导系统，对飞行安全有可靠的保证。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的全天候视景引导着陆系统，包括进近着陆监视系统、发射装置和机上引导显示系统，所述进近着陆监视系统包括红外热成像仪和图像处理装置，所述红外热成像仪连接图像处理装置，所述图像处理装置连接发射装置，所述发射装置与机上引导显示系统无线连接。
优选的，所述红外热成像仪实时摄取飞机进近着陆区域的图像，所述图像经过图像处理装置处理后再通过发射装置实时发送到机上引导显示系统，所述机上引导显示系统实时显示所述图像。
优选的，所述红外热成像仪安装在跑道的外侧。
进一步的，所述图像处理装置连接显示屏，所述显示屏位于塔台，显示屏实时显示所述图像。
优选的，所述图像处理装置为计算机，所述发射装置为视频数字发射机。
进一步的，所述图像处理装置还将引导飞机着陆的标准航线或航道与所述图像叠加，并将叠加后的图像实时发送至机上引导显示系统，所述机上引导显示系统实时显示叠加后的图像。
优选的，所述飞机着陆区域包括部分或全部跑道、飞机、跑道与飞机之间的空域和底面。
优选的，所述进近着陆监视系统根据跑道的方向和下滑角的大小通过作图的方法绘制进近着陆航道和航线。
进一步的，所述图像还包括飞机的飞行航迹、飞行速度、飞行姿态和起落架。
优选的，所述跑道为机场跑道或航母跑道。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用用实体显示改变以前虚拟传统的显示方式。(HUD)显示屏上显示真实的跑道、真实的进近标准航道、航线、真实的飞机。看起来直观清晰，操作上明确方便，有前瞻性。飞行员在驾驶舱内，可以看到自已飞机的飞行航迹、飞行姿态和起落架放下没有，看到标准的进近着陆航道、航线，也能看到跑道上有无影响安全的物体，只需按照标准的进近着陆航道、航线进近着陆，直到安全在着落区域内的跑道上。操作是非常明确方便的，不需要目测能减轻飞行员的劳动强度。
2、由于红外线传感器和跑道的位置互相锁住，所以进近着陆航道、航线是根据跑道的方向和下滑角的大小通过作图的方法画上去的，进近最后阶段拉平的航线也能画上，它具有精度高，稳定可靠，现有的进近着陆设备不能和它相比，这是首创。
3、本发明可以做到整个进近着陆阶段由自动驾驶仪操控进行着陆，减少了飞行员目测错误造成的事故，减轻了飞行员劳动强度。这是(ILS)等进近着陆设备无法达到的功能。
4、地面和空中显示的是同一幅图像，可以达到地面监视，空中主动融合成一体，这对进近着陆飞行安全起到双保险的作用。
5、对安装地点的环境要求很低只要有飞行跑道的都可以装，包括航空母舰。由于它体积小是被动式的红外线传感器(热像仪)，不怕干扰符合战备的要求。
6、本发明性价比高，它的整套价格比现有进近着陆设备的价格要低一个数量级。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为机上引导显示系统显示的图像示意图；
图3为本发明服务区域的水平示意图；
图4为本发明服务区域的垂直示意图；
图中：1-跑道、2-标准进近着陆线、3-飞机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开的全天候视景引导着陆系统，包括进近着陆监视系统、发射装置和机上引导显示系统，进近着陆监视系统包括红外热成像仪和图像处理装置，所述红外热成像仪连接图像处理装置，图像处理装置连接发射装置，发射装置与机上引导显示系统无线连接，图像处理装置采用计算机，发射装置采用视频数字发射机；红外热成像仪安装在跑道的外侧；跑道为机场跑道或航母跑道。
红外热成像仪实时摄取飞机进近着陆区域的图像，图像经过图像处理装置处理后再通过发射装置实时发送到机上引导显示系统，机上引导显示系统实时显示所述图像。图像处理装置连接显示屏，显示屏位于塔台，显示屏实时显示所述图像。如图2所示，图像处理装置还将引导飞机着陆的标准进近着陆线2与所述图像叠加，并将叠加后的图像实时发送至机上引导显示系统，机上引导显示系统实时显示叠加后的图像；当然，显示屏也会实时显示叠加后的图像。具体的，飞机着陆区域包括部分或全部跑道1、飞机3、跑道1与飞机之间的空域和底面；进近着陆监视系统根据跑道1的方向和下滑角的大小通过作图的方法绘制进近着陆航道和航线；图像还包括飞机的飞行航迹、飞行速度、飞行姿态和起落架。
如图3、图4所示，红外热成像仪的成像角度大，本发明的服务区域广，本发明的服务区域的水平夹角最大可达到6.2°，垂直夹角可达4.2°。
具体的，本发明综合了ILS、EVS、SVS的优、缺点，提出研制一种新型的全天候视景引导着陆系统﹙VGLS﹚，它为驾驶员提供一条正确的、直观的、操作方便的进近着陆的航线、航道，包括飞机在着陆前的平飞航线，能使驾驶员通过显示屏看到自已的飞机，沿着标准的进近着陆航道飞行及飞机的飞行姿态、起落架放下没有。通过人工或自动驾驶仪操作直到把飞机准确安全的降陆到跑道上的着落区域。在进近着陆阶段中飞行员也能看到着陆点附近地区及其以后1000一1500米跑道上有无障碍物。
本发明的目标是在零能见度气象条件，实现真正意义的全天候着陆。同时它具有地面监视、机上主动成一体的安全着陆引导系统，对飞行安全有可靠的保证。
(VGLS)系统可分两步实现:1、研制进近着陆监视系统(NLSS)；2、研制机上引导显示系统(FGDS)；
1、研制进近着陆监视系统(NLSS)
目前，对进近着陆阶段飞机航迹的监视，有的机场用着陆雷达，有少数机场用二次雷达兼作监视，还有不少的中小机场根本就没有这些监视设备，对飞行安全存在着隐患。
研制进近着陆监视系统(NLSS)主要目的；在复杂的气象条件下，利用被动式红外线探测器可以连续不断的探测到15km左右飞机和它飞行的航迹并进行监视，和进近着陆中的标准航道比较是否相符，调度人员及时准确发出引导信号，保证飞机安全着陆。探测的精度、真实的图像着陆雷达和它无法相比。但它最重要的功能是把(NLSS)系统显示屏上显示的图像用数据链发送到飞机上去，投影到驾驶员前面风档玻璃处一块透明的投影屏上(HUD)，作为飞行员驾驶飞机在进近着陆阶段飞行时实现全天候着陆的依据。所以(NLSS)它是(VGLS)的基础。
进近着陆监视系统分地面、空中两部分。地面部分主要由(NLSS)系统、视频数字发射机组成。(NLSS)系统显示的内容，由视频数字发射机发送飞机上。
空中部分主要由天线的双工器、视频数字接收器、译码器、投影仪、显示屏(HUD)五部分组成。这些都有成熟的产品，体积小重量轻，加装也方便。
地面发射的信号由飞机上的陆空通信天线接收，由天线的双工器分离出陆空通讯信号和视频数字信号。该信号经过译码器、由投影仪投影到飞机上的(HUD)显示屏，这时显示的图像和塔台上显示屏的图像一样，也可以用其它方式发送到飞机上。
进近着陆监视系统(NLSS)工作原理：1.1、机场的跑道修好后是固定不变的，所以跑道的中心线及其沿长线即航向线也是不变的，如果下滑角规定后(如θ＝3°)，则形成的下滑线也是不变的，航向线和下滑线结合起来形成了飞机进近着陆的标淮航线、标准航道也是不变的。1.2、把红外线传感器固定安装在跑道边的A点，和跑道的相对位置锁定，在传感器的视场角的范围内，跑道、附近的景物及飞机着陆的标准航道等在视景屏上显示的点位也是固定不变的，所以标准着陆航道、航线等可以通过作图的方法画上的，它与天气好坏无关。当然，红外传感器安装的点位有许多的选择，但最好装在距跑道头1500一2000米左右跑道灯的旁边A点，这样可以把跑道的一部分也列入监视的范围，改掉(SVS)看不见着陆区有无障碍物的缺点。红外线传感器也可以安装两台。1.3、把被动式红外传感器(热像仪)安装在地面上，它可探测近处跑道的一部分及跑道延长区域的树木等景物、远处可探测飞机因飞机发动机尾喷口温度高达500℃，和高速飞行的机身和空气磨擦所产生的温差也大，所以探测距离可达15km左右，在一定距离上清楚的看到整个飞机的如翅膀、发动、起落架及飞行姿态。1.4、(NLSS)监视系统由以下三部分主要部件组成:红外传感器及安装座、数据链传输设备、微机、显示屏
把红外传感器探测到的跑道一部分及飞机在进近中的图像通过网络传输到微机和微机产生的进近中的标准航线、航道叠加后输入到大屏幕的视频监视器或输入到投影仪上，投影到显示屏上。
1.5、已作的试验
大雾天的试验：2012年2月22日在成都双流机场作试验,当时的水平能见度比较低进港飞行己停飞，只有出港飞机还在飞,在塔台上作跟踪飞机起飞的试验。从飞机离地后和塔台平行开始计时，飞机由大变小可视距离约10Km，塔台人员认为已满足要求。
1.6、2014年初一11月对红外线探测器选型，技术参数的整合和调试，经过在双流机场二跑道南头围界外中心灯旁经过70多次的测试，可以探测到飞机由四边转到五边的航迹，证明有效距离及清晰度都已完全满足要求。
1.7、NLSS系统的先进性，实用性
1)、目前大机场有地面监视设备，很多中、小机场由于缺少资金没有进近着陆监视设备，对飞行安全造成很大的隐患。该系统价格低廉安装方便。并且这种电子产品降价也是很快的，今后的工程价也越来越低。使机场都有能力安装这种设备。
2)、该系统(NLSS)在技术指标上和现用的着陆雷达和二次雷达(指进近监视功能)相比要优越实用，体现在：
a)、雷达的显示器都是分航向、下滑两个屏分开显示，而(NLSS)监视系统显示屏，只需一个，并且可输入到大的监示器或者投形到大的投影屏上，工作人员看起来很方便。
b)、NLSS系统显示屏上显示的连续由小变大真实的飞机，在一定的距离上能看到飞机的飞行姿态，看到起落架放下没有。是真实的跑道、真实的飞机、真实的着陆的标准航道。这些真实的图像雷达是无法达到的，雷达显示屏上显示的图像是间断闪烁的光柱，都是模拟信号。
c)、NLSS系统的探测精度比雷达的高。如果飞行速度360KM/小时，每秒速度为100M/秒，雷达的前一个光柱和后一个光柱时间差为0.5秒，则屏上显示的光柱和飞机实际位置差50米。另外该系统显示屏的尺寸比雷达显示屏大得多，所以视觉精度也比雷达高。
d)、NLSS系统的标准进近着陆航道，是以跑道上着陆点的中心线为起点以飞机下滑角(如3°)画出的，还能显示1500米左右的跑道，着陆雷达是做不到的。NLSS系统是目前我国进近着陆监视系统中最好的设备，并且它的造价比其他设备低得很多，所以他的市场是很广阔的。
2、研制机上显示系统(FGDS)
(FGDS)系统显示的图像就是进近着陆监视系统(NLSS)的图像。
2.1、工作原理：
机上显示系统(FGDS)，是把(NLSS)系统显示屏上显示的图像用数据链发送到飞机上，由投影仪把图像投到(HUD)显示屏上，作为飞行员驾驶飞机在进近着陆阶段飞行时的依据。
(VGLS)系统显示方式采用(HUD)显示屏，显示内容，经征求有关业务部门人员及飞行员等的意见，认为画面要简洁一目了然，只显示在进近着陆阶段中飞机驾驶员最关注的数据和图像，所以显示的内容暂定为；1)，显示真实的进近着陆航线、航道，该航道延伸到跑道上的着陆点，其中包括飞机拉平段的航道，便於驾驶员操作减少目测判断出现的误差，也可以由飞机自动驾驶仪操控着陆。2)，在进近着陆航道上标出Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲa类点位的DH(决断)高度。3)，显示跑道的一部分以及跑道的延伸线上的树木、小山坡等真实的景像。4)，显示飞行的真实速度，不是空速，是地速。5)，显示航班号和飞机编号待定。6)，把每架次进近着落阶段飞行情况存入计算机中供备查调看。
(HUD)上显示的内容中，只有飞机和飞行的速度是活动的变化的，其他的都是固定不变的。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.全天候视景引导着陆系统，其特征在于：包括进近着陆监视系统、发射装置和机上引导显示系统，所述进近着陆监视系统包括红外热成像仪和图像处理装置，所述红外热成像仪连接图像处理装置，所述图像处理装置连接发射装置，所述发射装置与机上引导显示系统无线连接。
2.根据权利要求1所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述红外热成像仪实时摄取飞机进近着陆区域的图像，所述图像经过图像处理装置处理后再通过发射装置实时发送到机上引导显示系统，所述机上引导显示系统实时显示所述图像。
3.根据权利要求2所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述红外热成像仪安装在跑道的外侧。
4.根据权利要求2所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述图像处理装置连接显示屏，所述显示屏位于塔台，显示屏实时显示所述图像。
5.根据权利要求2所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述图像处理装置为计算机，所述发射装置为数据链视频数字发射机。
6.根据权利要求2-5任一项所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述图像处理装置还将引导飞机着陆的标准航线或航道与所述图像叠加，并将叠加后的图像实时发送至机上引导显示系统，所述机上引导显示系统实时显示叠加后的图像。
7.根据权利要求6所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述飞机着陆区域包括部分或全部跑道、飞机、跑道与飞机之间的空域和底面。
8.根据权利要求6所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述进近着陆监视系统根据跑道的方向和下滑角的大小通过作图的方法绘制进近着陆航道和航线。
9.根据权利要求6所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述图像还包括飞机的飞行航迹、飞行速度、飞行姿态和起落架。
10.根据权利要求3所述的全天候视景引导着陆系统，其特征在于：所述跑道为机场跑道或航母跑道。
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