CN115950619A - 精密进近航道指示器故障监测结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空辅助设备结构技术领域，尤其涉及精密进近航道指示器故障监测结构。包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的坡度灯以及设置于坡度灯出射方向一侧的可见光采集器；故障监测结构直接对精密进近航道指示器的可用性进行定性判断，从最终需求出发，摆脱对于系统内不同故障源或监测点的多点检测难度高，监测系统与坡度灯内部系统相互依赖，监测系统稳定性差的弊端，提供了一种更加简单高效且稳定性好的故障检测结构，该结构不需要对坡度灯本体进行结构性改变设计，不会对坡度灯自身状态造成影响，同时坡度灯状态也不会影响监测系统的功能，两者相互独立，有效保证了检测的有效性。

Description

精密进近航道指示器故障监测结构

技术领域

本发明属于航空辅助设备结构技术领域，尤其涉及精密进近航道指示器故障监测结构。

背景技术

精密进近航道指示器，由四个坡度灯组成，是跑道进近系统的重要辅助设备，其内部四个坡度灯的运行状态的监测是一项重要的内容，目前的监测方式为在坡度灯内部电路中设置各种传感器进行监控，其监测内容包括灯泡状态，倾角，电源参数等，但这些方案均是采用从源头出发进行间接监测，监测灯泡和电源是通过监测灯泡电路模块，监测倾角状态是监测灯具壳体倾角，一方面这些监测方案并不能直接对坡度灯内部光学结构或光学输出结果进行直接监测，因此对于因安装结构变动或光学结构变化引起的异常无法进行有效反馈，另一方面这些传感器等结构都是直接与坡度灯基础电路结构关联，通过同一个系统进行功能以及数据传递等，因此一旦内部功能发生异常也会引起传感器数据异常或数据错误，其关联性导致两者出现故障的情况相互影响，并使得坡度灯整体稳定性下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于对最终输出结果进行验证，进而直接对精密进近航道指示器的状态进行分析判断的故障监测结构。

为避免传感器自身状态与坡度灯相互关联，监测结构本身受坡度灯工作状态影响可能导致检测结果不准确，无法准确获取坡度灯真是状态的问题，解决其无法对其内部光学结构和输出效果进行直观监测的弊端，在考虑坡度灯结构和光学输出特点之后，提出一种直接基于坡度灯最终输出结果进行反向验证，从观察者角度直观获取坡度灯状态，同时使监测系统与坡度灯系统进行隔离，消除坡度灯自身故障对于监测结果的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种精密进近航道指示器单端故障监测结构，包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯1以及设置于坡度灯出射方向一侧的可见光采集器2；

四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁＜ω₂＜ω₀＜ω₃＜ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

坡度灯1的间距d以及坡度灯1与可见光采集器的距离L满足：

L＞1.5d·cot(0.5α)，其中α为坡度灯1出射光在水平方向上的照射角；

可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯1出射光在水平方向上的照射角α；

可见光采集器的高度H满足：L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；其中h为坡度灯1安装高度，ρ为坡度灯1出射光在竖向的照射角。

对前述精密进近航道指示器单端故障监测结构的进一步改进或者优选实施方案，可见光采集器的高度H满足：L·tanω₂+h≤H≤L·tanω₃+h。

对前述精密进近航道指示器单端故障监测结构的进一步改进或者优选实施方案，可见光采集器的高度H＝L·tanω₀+h。

本发明还提供一种精密进近航道指示器故障双端监测结构，包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯1以及设置于坡度灯出射方向一侧的两个可见光采集器2；四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁＜ω₂＜ω₀＜ω₃＜ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

其中一个可见光采集器2分别设置于第一第二个坡度灯连线的垂直面上；另一个可见光采集器分别设置在第三第四个坡度灯连线的垂直面上；

坡度灯1的间距d以及坡度灯1与可见光采集器的距离S满足：S≥0.5d·cot(0.5α)；其中a为坡度灯1出射光在水平方向上的照射角；

可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯1出射光在水平方向上的照射角a；

两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₃+0.5ρ)+h；

L·tan(ω₂-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；

其中h为坡度灯1安装高度。

对前述精密进近航道指示器双端故障监测结构的进一步改进或者优选实施方案，两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tanω₃+h≤H₁≤L·tanω₄+h；

L·tanω₁+h≤H₂≤L·tanω₂+h。

对前述精密进近航道指示器故障监测结构的进一步改进或者优选实施方案，还包括用于安装可见光采集器2的立柱，立柱上设置有竖向移动驱动装置，光色彩可见光采集器2安装在竖向移动驱动装置上并可沿立柱上下移动。

对前述精密进近航道指示器故障监测结构的进一步改进或者优选实施方案，光色彩可见光采集器2是指摄像头或者光传感器组。

其有益效果在于：

本发明的用于精密进近航道指示器的故障监测结构，从最终需求和和实际结构特点出发，提出了基于对精密进近航道指示器中的核心设备坡度灯的最终输出状态进行监控，直接对精密进近航道指示器的可用性进行定性判断，从最终需求出发，摆脱对于系统内不同故障源或监测点的多点检测难度高，监测系统与坡度灯内部系统相互依赖，监测系统稳定性差的弊端，提供了一种更加简单高效且稳定性好的故障检测结构，该结构不需要对坡度灯本体进行结构性改变设计，不会对坡度灯自身状态造成影响，同时坡度灯状态也不会影响监测系统的功能，两者相互独立，有效保证了检测的有效性。

附图说明

图1是单端故障监测结构的原理示意图一；

图2是单端故障监测结构的原理示意图二；

图3是双端故障监测结构的原理示意图一；

图4是双端故障监测结构的原理示意图二；

图5是双端故障监测结构的原理示意图三。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

本发明主要用于精密进近航道指示器的故障监测，精密进近航道指示器的核心功能部分为四个坡度灯1，如图1所示，为坡度灯1的基本结构包括灯壳10、灯珠11、滤光片12、透镜13，其中灯珠11发射的光线通过滤光片12分割后形成两种彩色光线一般是白色和红色水平向前延伸，经过两个透镜13折射后在坡度灯前侧形成两个光照区A、B，在坡度灯倾角ω已知的情况下，当飞行设备从远处接近光照区，则可以在A区和B区观测到不同颜色的光线，进而判断飞行设备位于坡度灯倾角线所在平面之上还是之下，进而帮助飞行员判断其下滑角是否准确。为保证能够更好地判断下滑角和飞行区域，一般设置有四个坡度灯组合使用，且两两一组采用相同的倾斜角一个大于标准下滑角一个小于标准下滑角不同色彩的组合方式。

精密进近航道指示器是飞行设备降落时的重要参考，其倾角是否精准准确、灯珠光照强度是否正常、颜色分布是否正确都直接影响飞行设备的飞行安全，因此坡度灯上设置有多种监测手段，包括设置于用于确定倾斜角度的角度监测结构、用于判断灯珠供电是否正常的电源监测结构等，但这些监测手段一般在出厂时即整合在坡度灯功能系统内部，因此这些用于检测系统状态的手段也容易受到系统自身故障状态的影响，例如发生供电故障时，系统和检测手段均会失效，无法及时有效地反馈故障信息，虽然现在也有一些基于独立监测系统以及失电离线反馈的方案，但相对而言，整体成本过高，且对于精密进近航道指示器及监测系统的软硬件结构要求高，因此难以进行市场普及应用。

本发明考虑到基于源头监测虽然能够直接获取可能的故障源状态信息，在故障发生时可以直接确定故障原因或故障状态，但实际应用时，由于其对于航行安全的重要性，不管基于何种原因的故障都需要进行检修排查使其恢复，同时坡度灯自身结构并不复杂，故障排查难度较低，因此实际应用时，并不需要对各类故障的故障原因或故障源进行分别监测，只需要实时跟踪确认坡度灯最终输出状态，一旦某一个坡度灯输出状态主要是出射光颜色、出射角度、光强与预设不一致，立即对齐进行检修维护即可，因此实际上只需要对输出结果进行直接监控即可对坡度灯的状态进行有效监控维护，基于此，本发明提出一种基础对坡度灯输出信息进行监测，并通过优化结构布局和功能实现对坡度灯出射光颜色、出射光角度和光强进行持续检测的精密进近航道指示器单端故障监测结构。

以下结合具体实施例对精密进近航道指示器故障监测结构进行说明

实施例一

本发明的检测系统主要由坡度灯1本体以及可见光采集器2构成，可见光采集器可使用各类光传感器或者直接使用摄像头进行图像采集，通过获取由坡度灯射出的可见光的颜色、光强信息可以对坡度灯内部颜色错误、光强不足等故障进行直接反馈，相对而言，使用摄像头可以便于监控端持续稳定获取坡度灯输出信息，同时方便维护员进行直接目视判断，且摄像设备技术十分成熟，是一种成本和实现方式均更容易的技术方案。

具体实施过程中主要结构包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯1以及设置于坡度灯出射方向一侧的可见光采集器2；

四个坡度灯是机场配置标准中的基本要求，利用四个坡度灯的出射光线可以提供更好地下滑角参考信息，其中四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁＜ω₂＜ω₀＜ω₃＜ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

具体使用过程，四个倾角不同的坡度灯构成一个多角度倾角区间，当飞行设备位于不同的倾角区间内，飞行设备可以从坡度灯接收端多种不同颜色组合方式的光照，在最基本的监测需求中，我们需要保证监测端至少能够对于四个坡度灯是否能够进行输出进行有效监测，在此情况下，如图1所示，坡度灯1的间距d以及坡度灯1与可见光采集器的距离L应当满足下列基本要求，即：

L＞1.5d·cot(0.5a)，其中a为坡度灯1出射光在水平方向上的照射角；

同样的，可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯1出射光在水平方向上的照射角a；

如图2所示，由于各坡度灯在书香商具有不同的照射角范围，为保证能够完整获取所有坡度灯是否稳定出光，可见光采集器的高度H应满足：L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；其中h为坡度灯1安装高度，ρ为坡度灯1出射光在竖向的照射角。

基于前述结构参数情况下，本发明的精密进近航道指示器故障监测结构可以在更低的成本和更简单实施方案简单有效的获取四个坡度灯是否能够进行输出的状态监控，判断四个坡度灯是否能够正常使用。

实施例二

在实际实施过程中，坡度灯正常发光是基本的需求，同时四个坡度灯的倾角控制其两种光的出射倾角，以保证机长能够在不同倾角区间内观察到不同组合，规范中要求当飞行设备的实际下滑角叫ω’在标准下滑角ω₀上下的某个安全角度范围[ω₂,ω₃]内需要观察到双红双百，当下滑角位于安全范围之外则观察到三红一白或三白一红的组合方式。

如图2所示，为保证监测系统能够对坡度灯是否能够进行前述规范输出进行监测，在实施例一的基础上，对精密进近航道指示器单端故障监测结构进行进一步改进，控制可见光采集器的高度H满足：L·tanω₂+h≤H≤L·tanω₃+h。在前述结构和监测范围内，坡度灯的标准输出应当为双红双百。

实施例三

在实施例二的基础上，为便于直接获取标准下滑角下获得的坡度灯的输出状态，以便于确定正常飞行的设备获取的信息状态，可以直接将可见光采集器的高度H＝L·tanω₀+h，即将可见光采集器设置在标准下滑角对应的倾斜面上。

实施例四

对于大型机场跑道或者进行超远距离降落时，为保证飞行员能够有效分辨四个坡度灯，四个坡度灯之间的距离d需要增大，甚至可能超过十数米，在此情形下，若采用单端监控，可能导致监控端与坡度灯之间的距离过远，导致无法有效获取光输出信息，或者对于采集端技术要求高等弊端，为此，在前述基本原理的基础之上，本发明还提供一种精密进近航道指示器故障双端监测结构。

具体结构如图3～图5所示，包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯1以及设置于坡度灯出射方向一侧的两个可见光采集器2；四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁＜ω₂＜ω₀＜ω₃＜ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

其中一个可见光采集器2分别设置于第一第二个坡度灯连线的垂直面上；另一个可见光采集器分别设置在第三第四个坡度灯连线的垂直面上；

坡度灯1的间距d以及坡度灯1与可见光采集器的距离S满足：S≥0.5d·cot(0.5a)；其中a为坡度灯1出射光在水平方向上的照射角；

可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯1出射光在水平方向上的照射角a；

两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₃+0.5ρ)+h；

L·tan(ω₂-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；

其中h为坡度灯1安装高度。

在前述结构结构下，利用双端，可以才更短的距离内实现实施例一相同的检测效果，其中每个可见光采集器主要用于采集对应的两个坡度灯的状态信息，在实际实施过程中，通过增大坡度灯与可见光采集器的距离S，可以实现单可见光采集器才即三个坡度灯信息等拓展，以便于获取更准确或更丰富的状态信息。

实施例五

为实现实施例二中对于四个坡度灯正常的双红双百输出的监测，如图4、图5所示，两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tanω₃+h≤H₁≤L·tanω₄+h；

L·tanω₁+h≤H₂≤L·tanω₂+h。

特别的，在具体实施过程中，还可以将双端监测结构中的两个可见光采集器的高度设置为与实施例二相同高度，此处两个可见光采集器一个采集到双红光输出，另一一个采集到双白光输出。

实施例六

特别的，在具体实施过程中，为实现更加灵活全面的输出信息监测，同时用于模拟飞行高度变化时获取的坡度灯反馈信息，本实施例中设置了用于安装可见光采集器2的立柱，立柱上设置有竖向移动驱动装置，光色彩可见光采集器2安装在竖向移动驱动装置上并可沿立柱上下移动。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种精密进近航道指示器单端故障监测结构，其特征在于，包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯(1)以及设置于坡度灯出射方向一侧的可见光采集器(2)；

四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁≤ω₂＜ω₀＜ω₃≤ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

坡度灯(1)的间距d以及坡度灯(1)与可见光采集器的距离L满足：

L＞1.5d·cot(0.5α)，其中α为坡度灯(1)出射光在水平方向上的照射角；

可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯(1)出射光在水平方向上的照射角α；

可见光采集器的高度H满足：L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；其中h为坡度灯(1)安装高度，ρ为坡度灯(1)出射光在竖向的照射角。

2.根据权利要求1的精密进近航道指示器单端故障监测结构，其特征在于，可见光采集器的高度H满足：L·tanω₂+h≤H≤L·tanω₃+h。

3.根据权利要求1的精密进近航道指示器单端故障监测结构，其特征在于，可见光采集器的高度H＝L·tanω₀+h。

4.一种精密进近航道指示器故障双端监测结构，其特征在于，包括沿垂直于跑道方向等间距阵列设置的4个坡度灯(1)以及设置于坡度灯出射方向一侧的两个可见光采集器(2)；四个坡度灯的出射光与地面的倾角分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄，且ω₁≤ω₂＜ω₀＜ω₃≤ω₄，其中ω₀为飞行设备标准下滑角；

其中一个可见光采集器(2)分别设置于第一第二个坡度灯连线的垂直面上；另一个可见光采集器分别设置在第三第四个坡度灯连线的垂直面上；

坡度灯(1)的间距d以及坡度灯(1)与可见光采集器的距离S满足：S≥0.5d·cot(0.5α)；其中α为坡度灯(1)出射光在水平方向上的照射角；

可见光采集器的采集角度β不小于坡度灯(1)出射光在水平方向上的照射角α；

两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tan(ω₄-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₃+0.5ρ)+h；

L·tan(ω₂-0.5ρ)+h≤H₁≤L·tan(ω₁+0.5ρ)+h；

其中h为坡度灯(1)安装高度。

5.根据权利要求4的精密进近航道指示器故障双端监测结构，其特征在于，两个可见光采集器的高度H₁和H₂分别满足：

L·tanω₃+h≤H₁≤L·tanω₄+h；

L·tanω₁+h≤H₂≤L·tanω₂+h。

6.根据权利要求1或4所述的精密进近航道指示器单端或双端故障监测结构，其特征在于，还包括用于安装可见光采集器(2)的立柱，所述立柱上设置有竖向移动驱动装置，光色彩采集器(2)安装在竖向移动驱动装置上并可沿立柱上下移动。

7.根据权利要求1或4所述的精密进近航道指示器单端或双端故障监测结构，其特征在于，所述光色彩采集器(2)是指摄像头或者光传感器组。

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