CN1173449A

CN1173449A - 指引飞机起降的激光信号系统

Info

Publication number: CN1173449A
Application number: CN 97109832
Authority: CN
Inventors: 宋世鹏; 焦树良; 江耀纯; 张薇
Original assignee: Aowo International Science & Tech Development Co Ltd Shenzhen City
Current assignee: Aowo International Science & Tech Development Co Ltd Shenzhen City
Priority date: 1997-03-29
Filing date: 1997-04-26
Publication date: 1998-02-18

Abstract

本发明公开了一种机场信号系统,特别是指引飞行员辨认跑道的激光信号系统。由放置于机场跑道或其附近的几组激光系统组成。所述激光分别射向特定的区域,在雾(或雨、雪、云)上表面形成“激光光带”,在雾(或雨、雪、云)中形成“激光幕墙”,从而指示飞行员准确判断机场跑道的位置,以实现在大雾、大雨等不利天气条件下的起飞和降落。也可作为其他导航系统的辅助系统。

Description

指引飞机起降的激光信号系统

本发明涉及一种用于机场的导航系统，特别是指引飞行员辨认跑道的激光信号系统。

在飞机的降落阶段，常用的导航系统有仪表着陆系统(ILS)、微波着陆系统(MLS)和距离测量系统(DME)等。但这些导航系统尚不能保证飞机完全可靠地盲降——这些系统哪怕只有微小的误差，但在飞机降落过程中，细小的差错都可以导致事故。因此，一般在飞机下降到一定阶段以后，就需要由飞行员凭目视操纵飞机，以实现安全降落。这样对机场上的降落条件就有了一定的要求，特别是对于能见度的要求就非常严格，即：必须保证飞行员在飞机下降到一定高度之前看到跑道。

类似地，爬升阶段也需要一定的能见度。

因此，在大雾、大雨、大雪等天气条件下，由于机场的能见度很低，仅靠上述系统，飞机的起降将非常困难。解决这一问题可以从两个方面入手，一是提高自动导航系统的精度，从而实现完全的盲降，这样飞行员不需要看跑道，因而在大雾、大雨、大雪条件下仍能起降；二是不提高自动导航系统的精度，但为飞行员提供一些额外的信号系统，使飞行员在大雾、大雨、大雪条件下仍能准确地判断跑道的位置，从而可以象平常一样凭目视进行降落。

为此，国内外都曾有人提出过一些方案，这些方案中有大部分是着眼于提高自动导航系统的精度。例如，美国专利4925303公开了一种方案：在飞机上加装激光光源和接收器，飞机上发射的激光射向跑道两侧，跑道两侧设有反射镜，将激光反射回飞机上，经接收处理即可得知飞机的距离、速度、高度、角度等的精确信息，从而可以辅助降落。又如申请号为95100843的中国专利公开了另一种方案：根据任何物体都会发射一定波长的微波的原理，在飞机上加设微波接收天线阵列和信号处理系统，利用计算机处理接收到的信号即可得到关于机场和跑道的图象显示于屏幕上，从而可以辅助飞机降落。

这些方案都需要在每架飞机上加装复杂的设备，使飞机的改型、改造工作量很大，且有许多飞机并不适于加配新的设备。美国专利4925303还有跑道改建复杂、镜面维护困难，大风引起飞机振动时无法使用等缺点。

另外，通常导航用的信号系统都用普通的可见光，这只适于无雾天气的夜间导航，曾有美国专利5287104提出用激光作类似的信号系统，但由于激光是直接射向飞机，为避免伤害飞行员的眼睛，其强度不能太大，因此也只能用于无雾的天气条件下。

为了解决现有技术的以上不足，本发明提出一种激光信号系统，让飞行员在恶劣天气条件下也能辨认跑道，从而可以更简单，更经济地实现让飞机在大雾、大雨、大雪等条件下安全起降的目的。

为达到上述发明目的，本发明提出的解决这一问题的方案是：一种指引飞机起降的激光信号系统，由放置于地面上的几组激光系统(31)、(32)等组成，其特征是：所述激光系统(31)、(32)等所发出的激光或其中的一部分激光，分别在过跑道两侧线(21)、(22)或过平行于跑道两侧但距跑道侧线(21)、(22)有适当距离的直线、且垂直于跑道平面的两个平面(71)、(73)内各自形成一个照射区域，使飞机在起飞或降落时在飞机两侧各有一个被激光照射的竖直平面(71)、(73)，且使雾层或云层上有两条由所述激光的散射光引起的直线状光带，该二光带分别对应于所述跑道的两侧线(21)、(22)。

由于有了这样的信号系统，在飞机降落到接近云层或雾层的高度时，飞行员就可以看到在云层或雾层的表面上有两条由激光光斑连成的光带，光带的正下方就是跑道两侧线(21)、(22)的位置。光带是由于激光的散射光形成的，因此，当激光的光强合适时，雾(或云)越浓光带越亮。飞行员根据光带的指示即可获知跑道位置。当飞机继续下降到进入雾层(或云层)中时，由于雾、云等对激光的散射，使飞机的两侧各出现一个“激光幕墙’(71)、(73)，飞行员只要保证飞机是在所述两道“激光幕墙”(71)、(73)之间飞行即可保证不偏离跑道。

由于激光并不直接射向飞行员的眼睛，而是利用散射光，所以不会对飞行员造成伤害。

图1是本发明一个实施例的总体示意图。

图2是实施例中指示跑道中轴线的激光设置示意图。

图3是实施例中两侧激光设置示意图。

图4a、4b是激光系统结构示意图。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

见附图1，示出了一种指引飞机起飞或着陆的激光信号系统，由放置于地面上的几组激光系统(31)、(32)等组成，其特征是：所述激光系统(31)、(32)所发出的激光中的一部分激光，分别在过跑道两侧线(21)、(22)、且垂直于跑道平面的两个平面(71)、(73)内各自形成一个照射区域，使飞机在起飞或降落时在飞机两侧各有一个被激光照射的竖直平面(71)、(73)，且使雾层或云层上有两条由所述激光的散射光引起的直线状光带，该二光带分别对应于所述跑道的两侧线(21)、(22)。

为了指示跑道的中轴线(23)，又特别设置了另外一套激光系统(40)，所述激光系统(40)安装于偏离跑道起点有一定距离的地方(但在跑道中轴线(23)的延长线上)，也可以安装于跑道的起点处；它所发出的光在过跑道中轴线(23)且垂直于跑道面的平面(72)内形成一个扇形照射区域，由于雾等对激光的散射作用，使飞机在起飞或降落时在其前方有一个由激光散射光形成的“激光幕墙”(72)。

另外，在跑道两侧的激光系统(31)或(32)中至少有一个包含一组激光，在下滑面(74)或爬升面内形成一个照射区域(但不射向飞行员的眼睛，这要靠其他导航系统的辅助来实现)，使飞机在下降或从地面升起时，在飞机的下方有一个被激光照射的倾斜平面，所述下滑面(74)或上升面分别指过飞机的下滑轨迹线的直线部分(51)或上升轨迹线的直线部分且与跑道平面的交线垂直于跑道的中心轴的平面。增加了这样的方案之后，本激光系统需配合其他导航系统一起使用。

可见，激光系统(31)、(32)中的激光并非是单一方向照射的。如前述，由激光系统(31)、(32)发出的激光不但在平面(71)、(73)内照射相成“激光幕墙”(71)、(73)，而且在平面(74)内照射形成“激光幕墙”(74)。当然，也可以将激光系统(31)、(32)设置成单一照射方向的，专门用于指示平面(74)或(71)、(73)，另设一组或两组激光系统用于指示平面(71)、(73)或平面(74)。

见附图2，为了方便其见，在竖直平面(72)中照射的激光分成三束(41)、(42)、(43)，分别由三个激光器发出，三束激光各自扫描的扇形区域角度约为30°。也就是说，所述用于指示跑道中轴线的激光系统(40)是由三个激光器构成的激光组件。

实施例中，所有这些激光都用He-Ne激光，但显然也可以采用其他激光。由于采用了激光，其光强大、单色性好，所以信号所达距离远且清晰无误。

见附图3，在本实施例中，还同时设有另外两组激光系统(35)、(36)以较低的角度照射，使飞机处于拉平阶段(52)时在其两侧仍有“激光墙幕”指示跑道两侧的位置。(飞机下降轨迹上有明显不同的两个阶段：固定倾斜角下滑阶段即下降轨迹线的直线部分(51)和拉平阶段(52))。

见附图4a，激光系统(31)、(32)、(40)等由激光器(60)、扩束准直系统(61)、透镜(62)和光栏(63)组成，由激光器(60)发出的激光通过扩束准直系统(61)被扩束，然后通过透镜(62)及光栏(63)使得一条细束的激光扩展成宽束，从而形成一个扇形照射区域。

见附图4b，激光系统(31)、(32)、(40)等由激光器(60)、扩束准直系统(61)、反射镜(64)和反射镜支撑架(图中未示出)组成，所述支撑架可在电机驱动下带动所述反射镜(64)转动，通过转动反射镜，使光束在空间扫描，形成一个30°的扇形照射区域。

Claims

1、指引飞机起降的激光信号系统，由放置于地面上的几组激光系统(31)、(32)等组成，其特征是：所述激光系统(31)、(32)所发出的激光或其中的一部分激光，分别在过跑道两侧线(21)、(22)或过平行于跑道两侧但距跑道侧线(21)、(22)有适当距离的直线、且垂直于跑道平面的两个平面(71)、(73)内各自形成一个照射区域，使飞机在起飞或降落时在飞机两侧各有一个被激光照射的竖直平面(71)、(73)，且使雾层或云层上有两条由所述激光的散射光引起的直线状光带，该二光带分别对应于所述跑道的两侧线。

2、根据权利要求1所述的指引飞机起降的激光信号系统，其特征是：有另一组激光系统(40)在过跑道中轴线(23)且垂直于跑道面的平面(72)内形成一个扇形照射区域，使飞机在起飞或降落时在其前方有一个被激光照射的竖直平面(72)；也有另外一组激光，可以是所述激光系统(31)、(32)中的部分激光，在下滑面(74)或爬升面内形成一个照射区域，使飞机在下降或从地面升起时，在飞机的下方有一个被激光照射的倾斜平面，所述下滑面(74)或上升面分别指过飞机的下滑轨迹线的直线部分(51)或上升轨迹线的直线部分且与跑道平面的交线垂直于跑道的中心轴的平面。

3、根据权利要求1或2所述的指引飞机起降的激光信号系统，其特征是：所述激光系统(31)、(32)、(40)等包括激光器(60)、扩束准直系统(61)、透镜(62)和光栏(63)等组件。

4、根据权利要求1或2所述的指引飞机起降的激光信号系统，其特征是：所述激光系统(31)、(32)、(40)等包括激光器(60)、扩束准直系统(61)、反射镜(64)和反射镜支撑架等组件，所述支撑架可在电机驱动下带动所述反射镜(64)转动。