RU113242U1

RU113242U1 - MULTIPOSITION AIRCRAFT LANDING SYSTEM "LEMZ"

Info

Publication number: RU113242U1
Application number: RU2011138112/11U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Бендерский; Олег Анатольевич Мареев; Виктор Павлович Пасюк
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2012-02-10

Abstract

1. Многопозиционная система посадки воздушных судов, содержащая наземный запросчик и не менее трех наземных приемников ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию связи с наземной ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой воздушного судна, включающей бортовую аппаратуру управления воздушным судном и бортовой ответчик, соединенный через радиолинию «запрос-ответ» с наземным запросчиком, причем ЭВМ управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, отличающаяся тем, что бортовая аппаратура воздушного судна дополнительно содержит бортовой измеритель высоты воздушного судна, соединенный по выходу с бортовым ответчиком, а модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки выполнен с учетом измерений высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположений запросчика и приемников ответных сигналов, при этом два наземных преемника ответных сигналов установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, а последующие приемники - по одному с каждой стороны захода воздушного судна на посадку и на расстоянии, не меньшем четыреста метров от торца взлетно-посадочной полосы. ! 2. Многопозиционная система по п.1, отличающаяся тем, что бортовой измеритель высоты воздушного судна содержит барометрический, радио и/или лазерный высотомер. ! 3. Многопозиционная система по п.1, отличающаяся тем, что ли� 1. Multi-position aircraft landing system, containing a ground interrogator and at least three ground receivers of response signals, connected at the outputs through a signal line of communication with the ground control computer, the control output of which is connected to the onboard equipment of the aircraft, including the onboard aircraft control equipment and an airborne transponder connected via a request-response radio link to a ground interrogator, and the control computer is equipped with a module for calculating the coordinates of the aircraft and deviating it from the landing trajectory, characterized in that the onboard equipment of the aircraft additionally contains an onboard altitude meter aircraft connected at the exit to the onboard transponder, and the module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing trajectory is made taking into account the measurements of the aircraft flight altitude and the difference in the distance to the aircraft relative to the locations of the interrogation and receivers of response signals, while two ground successors of response signals are installed on the sides of the center line of the runway in the area of its center with an offset from the center line by at least five hundred meters, and subsequent receivers - one on each side of the air for landing and at a distance not less than four hundred meters from the end of the runway. ! 2. The multi-position system according to claim 1, characterized in that the on-board aircraft altitude meter comprises a barometric, radio and / or laser altimeter. ! 3. A multi-position system according to claim 1, characterized in that either

Description

Полезная модель относится к авиации, конкретно к многопозиционным системам посадки воздушных судов (ВС) в условиях сложного рельефа местности.The utility model relates to aviation, specifically to multi-position aircraft landing systems (Aircraft) in difficult terrain.

Известна система посадки ВС стандарта ILS [Журнал «Проблемы безопасности полетов» 1998 г. №4, 5, 12; MLS products are back in business 1997 г. №9], используемая на стационарных аэродромах международного класса.Known system landing aircraft standard ILS [Magazine "Flight Safety" 1998, No. 4, 5, 12; MLS products are back in business 1997 No. 9], used at international-class stationary aerodromes.

Недостатком известной системы ILS является повышенные требования по обзорности и видимости посадочной полосы аэродрома с борта ВС, заходящего на посадку.A disadvantage of the known ILS system is the increased requirements for visibility and visibility of the landing strip of the airfield from the aircraft landing.

Известна система посадки воздушных судов [US 6469654, МПК: G01S 13/76; G01S 13/91; G01S 3/46, 2002], так называемая транспондерная система TLS. Система посадки TLS в первую очередь предназначена для установки там, где трудно обеспечить требуемые точности приземления ВС по условиям рельефа местности в районе аэродрома. При этом система TLS использует стандартное бортовое оборудование ВС, что является достоинством данной системы посадки. В настоящее время системы посадки TLS активно внедряются в гражданской и военной авиации США. В различных странах мира на аэродромах со сложным рельефом местности уже несколько лет эксплуатируются системы TLS.A known aircraft landing system [US 6469654, IPC: G01S 13/76; G01S 13/91; G01S 3/46, 2002], the so-called transponder system TLS. The TLS landing system is primarily intended for installation where it is difficult to provide the required accuracy of aircraft landing according to the terrain in the area of the aerodrome. In this case, the TLS system uses standard aircraft avionics, which is the advantage of this landing system. Currently, TLS landing systems are being actively implemented in US civil and military aviation. In various countries around the world, aerodromes with complex terrain have been operating TLS systems for several years.

Работа известной системы TLS основана на использовании аппаратуры вторичной радиолокации (ВРЛ). При этом в районе взлетно-посадочной полосы (ВПП) устанавливают маломощный запросчик системы вторичной радиолокации (ВРЛ), который запрашивает воздушные суда (ВС), находящиеся в зоне посадки. По задержке прихода ответного сигнала определяют дальность, а для определения угла места и азимута применяются аппаратура, использующая фазометрический метод измерения углов. Для идентификации ВС, заходящих на посадку, диспетчер вводит в TLS бортовой номер ВС. Для обеспечения требуемой точности определения координат местоположения ВС используется сложная обработка информации с использованием Калмановской нелинейной фильтрации. По координатам местоположения ВС рассчитывают его отклонение от расчетной глиссады. Рассчитанные отклонения ВС от глиссады передаются на борт по линии передачи сигналов управления (ЛПСУ) в формате сигналов системы посадки ILS, которые принимаются бортовыми приемниками курса и глиссады системы ILS и дальше передаются в систему автоматического управления (САУ) ВС или выводятся на индикацию пилоту. Таким образом, система TLS обеспечивает посадку ВС, используя при этом стандартное бортовое оборудование.The operation of the well-known TLS system is based on the use of secondary radar equipment (VRL). At the same time, a low-power secondary radar system interrogator is installed in the area of the runway (runway), which requests aircraft (aircraft) located in the landing zone. The range is determined by the delay in the arrival of the response signal, and equipment is used to determine the elevation angle and azimuth using the phase-measuring method of measuring angles. To identify aircraft approaching, the dispatcher enters the aircraft side number in TLS. To ensure the required accuracy of determining the location coordinates of the aircraft, complex information processing using Kalman nonlinear filtering is used. Based on the location coordinates of the aircraft, its deviation from the calculated glide path is calculated. The calculated deviations of the aircraft from the glide path are transmitted to the aircraft via the control signal line (LPSU) in the format of the ILS landing system signals, which are received by the on-board receivers of the course and glide path of the ILS system and then transferred to the aircraft automatic control system (ACS) or displayed to the pilot. Thus, the TLS system provides an aircraft landing using standard on-board equipment.

Недостатком системы посадки TLS является фазометрический способ измерения углов, который требует применения достаточно сложных антенн и аппаратуры, поэтому стоимость TLS превосходит стоимость ILS.The disadvantage of the TLS landing system is the phase-angle method of measuring angles, which requires the use of rather sophisticated antennas and equipment, so the cost of TLS exceeds the cost of ILS.

Ближайшим аналогом (прототипом) полезной модели является многопозиционная система посадки воздушных судов [США №5017930, B64D 45/04; B64F 1/18; G01S 1/16; G01S 1/18; G01S 13/74; G01S 13/88; G01S 13/91; G01S 19/48; G01S 3/02; G01S 5/00; G01S 5/14; G08G 5/02; 1991], содержащая наземный запросчик и не менее четырех наземных приемников ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию связи с наземной ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой воздушного судна, включающей бортовую аппаратуру управления воздушным судном и бортовой ответчик, соединенный через радиолинию «запрос - ответ» с наземным запросчиком, причем ЭВМ управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна (ВС) и отклонения его от траектории посадки. При этом три приемника ответных сигналов ВС расположены перпендикулярно оси ВПП, в районе ее центра, а другие приемники расположены на продолжении оси ВПП по одному с каждой стороны захода на посадку ВС и на некотором удалении от торца ВПП. Таким образом, приемники ВРЛ на поверхности аэродрома образуют букву "Т". Местоположение всех приемников точно определено в аэродромной декартовой системе координат. Современные геодезические приборы позволяют делать привязку с точностью единицы сантиметров. Поэтому точно известно время передачи сигналов от приемников в центральный вычислитель, которое в дальнейшем учитывается при расчете местоположения ВС. Принцип действия прототипа заключается в следующем, запросчик запрашивает ВС находящиеся в зоне посадки. Все приемники и запросчик синхронизированы системой единого времени. По задержке прихода ответного сигнала определяются дальности до ВС. Также как и в системе TLS, по бортовому номеру осуществляется идентификация ВС заходящих на посадку. Для определения координат местоположения ВС используется метод Калмановской нелинейной фильтрации [Балакришнан А.В. Теория фильтрации Калмана. Издательство: Мир, 1988, 86 с.]. По координатам местоположения ВС рассчитывают его отклонение от заданной траектории посадки по курсу и глиссаде. Рассчитанные отклонения ВС передаются на борт по линии передачи сигналов управления (ЛПСУ) в формате сигналов системы посадки ILS, которые принимаются бортовыми приемниками курса и глиссады системы ILS и дальше передаются в бортовую систему автоматического управления (САУ) ВС или выводятся на индикацию его пилоту.The closest analogue (prototype) of the utility model is a multi-position aircraft landing system [US No. 5017930, B64D 45/04; B64F 1/18; G01S 1/16; G01S 1/18; G01S 13/74; G01S 13/88; G01S 13/91; G01S 19/48; G01S 3/02; G01S 5/00; G01S 5/14; G08G 5/02; 1991], comprising a ground interrogator and at least four ground receivers of response signals, connected at the outputs via a signal line to a ground control computer, the control output of which is connected to the aircraft’s onboard equipment, including the aircraft’s onboard control equipment, via the aircraft’s landing control radio line and an on-board transponder connected via a request-response radio link to a ground-based interrogator, and the control computer is equipped with a module for calculating the coordinates of the aircraft (AC) and off eniya him from landing trajectories. In this case, three aircraft response signals receivers are located perpendicular to the runway axis, in the region of its center, and other receivers are located on the runway axis extension, one on each side of the aircraft approach approach and at some distance from the runway end. Thus, VRL receivers on the airfield surface form the letter "T". The location of all receivers is precisely defined in the airfield Cartesian coordinate system. Modern geodetic instruments allow you to snap with an accuracy of a few centimeters. Therefore, the time of signal transmission from the receivers to the central computer is precisely known, which is further taken into account when calculating the location of the aircraft. The principle of operation of the prototype is as follows, the interrogator requests aircraft located in the landing zone. All receivers and interrogator are synchronized by a single time system. By the delay in the arrival of the response signal, the distances to the aircraft are determined. As well as in the TLS system, the aircraft identification is carried out by the flight number. To determine the coordinates of the location of the aircraft, the Kalman method of nonlinear filtering is used [Balakrishnan A.V. Kalman filtering theory. Publisher: Mir, 1988, 86 pp.]. Based on the location coordinates of the aircraft, its deviation from the given landing path at the heading and glide path is calculated. The calculated aircraft deviations are transmitted to the aircraft via the control signal line (LPSU) in the format of the ILS landing system signals, which are received by the on-board receivers of the ILS system heading and glide path and then transmitted to the aircraft on-board automatic control system (ACS) or displayed to its pilot.

Данная система посадки имеет недостаточную надежность безопасного вывода ВС на ВПП, связанную с высокими погрешностями в определении местоположения ВС.This landing system has insufficient reliability of the safe withdrawal of aircraft on the runway, associated with high errors in determining the location of the aircraft.

Это связано с тем, что особенностью системы вторичной радиолокации (ВРЛ), используемой в системах посадки ВС, является то, что при формировании ответного сигнала, например в режиме «RBS» или режиме «S», в бортовых ответчиках возникают существенные задержки, которые являются детерминированными (постоянными) для конкретного ответчика ВС. Величина задержки в пересчете на дальность может достигать 150 метров. Такие задержки не приемлемы для систем посадки, где местоположение ВС должно определяться с точностью несколько метров. Как показано выше для расчетов местоположения ВС в прототипе изобретения используется Калмановская фильтрация. При этом в вектор состояния включают три координаты местоположения ВС, три скорости изменения координат местоположения ВС по соответствующим осям аэродромной системы координат (СК), а также задержку ответного сигнала ВРЛ. В теории Калмановской фильтрации существует понятие "наблюдаемость", которое определяет возможность получения оценок вектора состояния по имеющимся измерениям. Для определения наблюдаемости Колмановских фильтров был разработан (см. Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. М. Наука, 1979.) необходимый и достаточный критерий. В соответствии с этим критерием ранг матрицы составленной из матрицы вектора наблюдения и матриц производных вектора наблюдения, должен быть равен размерности вектора состояния синтезируемого фильтра. В данном случае вектор состояния, включающий указанную выше задержку ответного сигнала, будет не наблюдаем, т.е. Калмановским методом величину задержки ответного сигнала ВРЛ определить невозможно. Таким образом, рассматриваемая система посадки будет иметь большие погрешности в определении местоположения ВС.This is due to the fact that a feature of the secondary radar system (VRL) used in aircraft landing systems is that when forming a response signal, for example, in the RBS mode or S mode, significant delays occur in the airborne transponders, which are deterministic (constant) for a particular aircraft transponder. The amount of delay in terms of range can reach 150 meters. Such delays are not acceptable for landing systems, where the location of the aircraft should be determined with an accuracy of several meters. As shown above, for calculating the location of the aircraft in the prototype of the invention, Kalman filtering is used. In this case, the state vector includes three coordinates of the aircraft’s location, three rates of change in the coordinates of the aircraft’s location along the corresponding axes of the aerodrome coordinate system (SC), as well as a delay in the response of the VRL. In the Kalman filtering theory, there is the concept of “observability”, which determines the possibility of obtaining estimates of the state vector from the available measurements. To determine the observability of the Kolman filters, a necessary and sufficient criterion was developed (see Krasovsky AA, Beloglazov IN, Chigin GP Theory of correlation-extreme navigation systems. M. Nauka, 1979.). In accordance with this criterion, the rank of the matrix composed of the matrix of the observation vector and the matrices of derivatives of the observation vector should be equal to the dimension of the state vector of the synthesized filter. In this case, the state vector including the delay of the response signal indicated above will not be observed, i.e. The Kalman method cannot determine the delay value of the VRL response signal. Thus, the landing system under consideration will have large errors in determining the location of the aircraft.

Задачей изобретения является повышение надежности безопасного вывода ВС на ВПП. Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является снижение погрешностей в определении местоположения ВС.The objective of the invention is to increase the reliability of the safe withdrawal of aircraft on the runway. The technical result that provides the solution to this problem is to reduce errors in determining the location of the aircraft.

Достижение заявленного технического решения и, как следствие, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что многопозиционная система посадки воздушных судов, содержащая наземный запросчик и не менее трех наземных приемников ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию связи с наземной ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой воздушного судна, включающей бортовую аппаратуру управления воздушным судном и бортовой ответчик, соединенный через радиолинию «запрос - ответ» с наземным запросчиком, причем ЭВМ управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, согласно полезной модели бортовая аппаратура воздушного судна дополнительно содержит бортовой измеритель высоты воздушного судна, соединенный по выходу с бортовым ответчиком, а модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки выполнен с учетом измерений высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположений запросчика и приемников ответных сигналов, при этом два наземных преемника ответных сигналов установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, а последующие приемники - по одному с каждой стороны захода воздушного судна на посадку и на расстоянии, не меньшем четыреста метров от торца взлетно-посадочной полосы.Achieving the claimed technical solution and, as a result, solving the technical problem posed is ensured by the fact that the multi-position aircraft landing system comprising a ground interrogator and at least three ground response signal receivers connected at the outputs through a signal communication line to a ground control computer, the control output of which through the aircraft landing control radio link is connected to the aircraft’s avionics, including the aircraft’s avionics and the board a new transponder connected via a request-response radio line to a ground interrogator, the control computer equipped with a module for calculating the coordinates of the aircraft and deviating from the landing path, according to a useful model, the aircraft’s onboard equipment additionally contains an aircraft’s aircraft height gauge, connected at the exit to an on-board transponder, and the module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing trajectory is made taking into account measurements of the aircraft’s flight height and range difference to the aircraft relative to the locations of the interrogator and response signal receivers, while two ground-based response signal successors are installed on the sides of the center line of the runway in the center area with an offset of at least five hundred meters from the center line, and subsequent receivers, one at a time on each side of the aircraft landing approach and at a distance of not less than four hundred meters from the end of the runway.

При этом бортовой измеритель высоты воздушного судна содержит барометрический, радио и/или лазерный высотомер. Линия связи наземных приемников ответных сигналов с наземным вычислителем местоположения воздушного судна выполнена оптоволоконной и/или радиолинией связи типа «WiMax». Радиолиния управления посадкой воздушного судна выполнена в виде двунаправленной радиолинии обмена данными «борт-земля» или однонаправленной радиолинии передачи сигналов управления с наземной ЭВМ управления на борт воздушного судна.In this case, the aircraft’s onboard height meter contains a barometric, radio and / or laser altimeter. The communication line between ground-based response signal receivers and a ground-based aircraft position calculator is made by a fiber-optic and / or WiMax-type radio link. The aircraft landing control radio link is made in the form of a bidirectional airborne data exchange radio link or a unidirectional radio control signal transmission line from the ground control computer to the aircraft.

Дополнительное введение в бортовую аппаратуру воздушного судна бортового измерителя высоты воздушного судна, соединенного по выходу с бортовым ответчиком, а также выполнение модуля расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки с учетом измерений высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположений запросчика и разнесенных приемников ответных сигналов позволяет снизить погрешности в определении местоположения ВС до приемлемых значений и, как следствие, повысить надежность безопасного вывода ВС на ВПП.An additional introduction to the aircraft’s on-board equipment of an aircraft’s aircraft height gauge connected at the exit to the airborne transponder, as well as the implementation of the module for calculating the aircraft’s coordinates and deviating from the landing path taking into account measurements of the aircraft’s flight altitude and the difference of distances to the aircraft relative to the interrogator and diversity receivers of response signals allows to reduce errors in determining the location of the aircraft to acceptable values and, as a result, Improve the reliability of the safe exit of the aircraft on the runway.

Выполнение линии связи наземных приемников ответных сигналов с наземным вычислителем местоположения воздушного судна оптоволоконной и/или радиолинией связи типа «WiMax», обладающих повышенным быстродействием и пропускной способностью, позволяет дополнительно повысить надежность безопасного вывода ВС на ВПП за счет оперативной передачи данных для расчета координат и корректировки траектории посадки ВС на ВПП.The implementation of the communication line of ground-based response signal receivers with a ground-based aircraft location calculator with a fiber optic and / or WiMax type radio link, which has increased speed and throughput, can further improve the reliability of aircraft safe withdrawal to the runway by means of operational data transmission for coordinate calculation and correction aircraft landing trajectories on the runway.

Выполнение бортового измерителя высоты воздушного судна в виде барометрического, радио и/или лазерного высотомера, а также выполнение радиолинией управления посадкой воздушного судна в виде двунаправленной радиолинии обмена данными «борт-земля» или однонаправленной радиолинии передачи сигналов управления с наземной ЭВМ управления на борт воздушного судна позволяют использовать известные средства элементной базы для успешной реализации заявленной системы посадки.Implementation of an aircraft airborne height meter in the form of a barometric, radio and / or laser altimeter, as well as the implementation of an aircraft landing control radio link in the form of a bidirectional airborne data exchange radio link or a unidirectional radio control signal transmission line from a ground control computer to the aircraft allow you to use well-known means of the element base for the successful implementation of the claimed landing system.

На фиг.1 представлена функциональная схема многопозиционной системы посадки воздушных судов, на фиг.2 - пространственное расположение ее элементов относительно взлетно-посадочной полосы.Figure 1 presents a functional diagram of a multi-position aircraft landing system, figure 2 - the spatial arrangement of its elements relative to the runway.

Многопозиционная система посадки воздушных судов (ВС) содержит наземный запросчик 1, соединенный через радиолинию 2 «запрос» и радиолинию 3 «ответ» с бортовой аппаратурой 4 управления воздушным судном 5 и не менее трех наземных приемников 6 ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию 7 связи с наземной ЭВМ 8 управления. Линия 7 связи наземных приемников ответных сигналов с наземным вычислителем местоположения воздушного судна выполнена быстродействующей и содержит оптоволоконную и/или широкополосную радиолинию связи типа «WiMax». Бортовая аппаратура 4 управления воздушным судном 5 содержит рабочее место 9 пилота, соединенное по высокочастотному входу через радиолинию 10 управления посадкой с ЭВМ 8, а также содержит бортовой ответчик 11, соединенный по низкочастотному входу с бортовым измерителем 12 высоты воздушного судна 5, а по высокочастотному входу/выходу - с радиолинией 2 и 3 «запрос» и «ответ» соответственно. При этом бортовой измеритель 12 высоты воздушного судна содержит барометрический, радио и/или лазерный высотомер. Рабочее место пилота 9 включает соединенные через бортовую ЭВМ индикаторное устройство, органы ручного и автоматизированного управления полетом воздушным судном 5 и средства радиосвязи, соединенные с радиолинией 10 управления посадкой. Радиолиния 10 выполнена в виде двунаправленной радиолинии обмена данными «борт-земля» или однонаправленной радиолинии передачи (радиопередатчика 12) сигналов управления с наземной ЭВМ 8 управления на борт воздушного судна. ЭВМ 8 управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки. Модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки ЭВМ 8 выполнен с учетом измерений высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна 5 относительно местоположений запросчика 1 и приемников 6 ответных сигналов. Рациональное размещение запросчика 1 и приемников 6 на аэродроме приведено на фиг.2. При этом запросчик 1 по месту расположения и аппаратурно совмещен с одним из приемников 6 ответных сигналов. Два наземных приемника 6 ответных сигналов установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы 13 в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, а последующие приемники - по одному с каждой стороны захода воздушного судна на посадку и на расстоянии, не меньшем четыреста метров от торца взлетно-посадочной полосы. В отличие от прототипа используются в системе посадки не четыре и более, а три и более приемников 5 сигналов бортового ответчика 11 без потери точности измерения координат ВС 4. При этом точность измерения местоположения ВС 5 по оси Z (фиг.1), будет зависеть от расстояния между приемниками 6, расположенными перпендикулярно оси ВПП 13. Третий приемник 6 вдоль оси ВПП 13 целесообразно размещать на удалении 400 и более метров от торца ВПП 13 со стороны захода на посадку. Для обеспечения захода на посадку ВС 5 с двух направлений ВПП 13 необходимо устанавливать третий и четвертый приемники 6 с каждого направления посадки. При размещении приемников 6 должно обеспечиваться выполнения требований по безопасной высоте препятствий. Для улучшения измерения высоты полета ВС 5 на больших удалениях от ВПП 13 могут быть установлены дополнительные приемники 6 на больших удалениях от ВПП 13. При этом все приемники 6 снабжаются аппаратурой высокоскоростной передачи данных, как было указано выше, по оптоволокну или воздушным линиям связи типа «WiMax». При установке приемников 6 должно быть точно определено их местоположение в аэродромной службе. Это можно обеспечить с помощью лазерного теодолита. Таким образом, будет точно известно расстояние Li от приемников 6 до ЭВМ 8, а значит, время передачи информации может быть учтено при расчетах местоположения ВС 5.The multi-position aircraft landing system (Aircraft) comprises a ground interrogator 1 connected via an “inquiry” radio line 2 and a “response” radio line 3 with on-board aircraft control equipment 4 and at least three ground receivers 6 of the response signals connected to the outputs via a signal line 7 communication with ground control computer 8. The communication line 7 of the ground receivers of the response signals with the ground computer location of the aircraft is made high-speed and contains a fiber-optic and / or broadband radio link type "WiMax". The on-board equipment 4 for controlling the aircraft 5 contains a pilot’s workstation 9 connected via a high-frequency input via a landing control radio link 10 to a computer 8, and also contains an on-board transponder 11 connected by a low-frequency input to an on-board height meter 12 of the aircraft 5 and via a high-frequency input / output - with radio line 2 and 3 “request” and “response”, respectively. In this case, the aircraft airborne height meter 12 comprises a barometric, radio and / or laser altimeter. The pilot’s workstation 9 includes an indicator device connected via an onboard computer, manual and automated flight control organs by an aircraft 5, and radio communication equipment connected to the landing control radio line 10. Radio line 10 is made in the form of a bi-directional radio data exchange channel "ground-to-ground" or a unidirectional radio transmission line (radio transmitter 12) of control signals from the ground control computer 8 on board the aircraft. The control computer 8 is equipped with a module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path. The module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path of the computer 8 is made taking into account measurements of the flight height of the aircraft and the difference in the distances to the aircraft 5 relative to the locations of the interrogator 1 and the receivers 6 of the response signals. The rational placement of the interrogator 1 and receivers 6 at the aerodrome is shown in figure 2. At the same time, the interrogator 1 at the location and hardware is combined with one of the receivers 6 of the response signals. Two ground-based receivers 6 of the response signals are installed on each side of the center line of runway 13 in the area of its center with an offset of at least five hundred meters from the center line, and subsequent receivers, one on each side of the aircraft’s approach and at a distance , not less than four hundred meters from the end of the runway. In contrast to the prototype, not four or more, but three or more receivers 5 of onboard transponder 11 signals are used in the landing system without loss of accuracy of measuring the coordinates of aircraft 4. Moreover, the accuracy of measuring the location of aircraft 5 along the Z axis (FIG. 1) will depend on the distance between the receivers 6 located perpendicular to the axis of the runway 13. The third receiver 6 along the axis of the runway 13, it is advisable to place at a distance of 400 or more meters from the end of the runway 13 from the approach side. To ensure the landing approach of aircraft 5 from two directions of runway 13, it is necessary to install the third and fourth receivers 6 from each direction of landing. When placing the receivers 6 should be ensured that the requirements for a safe height of obstacles. To improve the measurement of the flight altitude of aircraft 5 at large distances from runway 13, additional receivers 6 can be installed at large distances from runway 13. At the same time, all receivers 6 are equipped with high-speed data transmission equipment, as mentioned above, via fiber optic or overhead communication lines of the type " WiMax. " When installing receivers 6 must be accurately determined their location in the aerodrome service. This can be achieved using a laser theodolite. Thus, the distance Li from the receivers 6 to the computer 8 will be exactly known, which means that the transmission time of information can be taken into account when calculating the location of the aircraft 5.

Многопозиционная система посадки воздушных судов работает следующим образом. В запросчике 1 формируется запросный сигнал, который излучается в секторе захода ВС 5 на посадку. После получения запросного сигнала в бортовом ответчике 11 формируется и излучается ответный сигнал с данными о высоте полета ВС 5, полученными с выхода измерителя 12 высоты ВС 5, например с барометрического высотомера. Ответный сигнал, принимается приемниками 6 многопозиционной системы посадки. Ответный сигнал с выхода приемников 6 передается по линиям связи 7 на вход ЭВМ 8. В ЭВМ 8 фиксируют время прихода сигнала с каждого приемника 6. Зная расстояние между приемниками 6 и ЭВМ 8 определяет время прихода сигналов в эти приемники 6. Уравнение дальности для распространения сигнала с момента запроса и до получения ответного сигнала i-м приемником 6 определяется следующим выражениемMultiposition aircraft landing system operates as follows. In the interrogator 1, a request signal is generated, which is emitted in the sector of approach of aircraft 5 for landing. After receiving the request signal in the on-board transponder 11, a response signal is generated and emitted with data on the flight altitude of aircraft 5 obtained from the output of the height meter 12 of aircraft 5, for example, from a barometric altimeter. The response signal is received by the receivers 6 of the multi-position landing system. The response signal from the output of the receivers 6 is transmitted via communication lines 7 to the input of the computer 8. The computer 8 records the time of arrival of the signal from each receiver 6. Knowing the distance between the receivers 6 and the computer 8 determines the time of arrival of the signals to these receivers 6. Range equation for signal propagation from the time of the request to the receipt of the response signal by the i-th receiver 6 is determined by the following expression

где,Where,

d_i - дальность от ВС 5 до i-го приемника 6;d _i - range from aircraft 5 to the i-th receiver 6;

d₀ - дальность от запросчика до ВС 5;d ₀ - range from the interrogator to aircraft 5;

x_m, у_m, z_m - координаты приемников 6 ответных сигналов;x _m , y _m , z _m - the coordinates of the receivers 6 response signals;

x_з, у_з, z_з - координаты запросчика 1;x _s , y _s , z _s - coordinates of the interrogator 1;

x, y, z - координаты ВС 5;x, y, z - coordinates of aircraft 5;

τ - задержка ответного сигнала в бортовом ответчике 11;τ is the delay of the response signal in the airborne transponder 11;

c - скорость света.c is the speed of light.

Как видно из формулы (1) в каждый временной отрезок входит задержка ответчика τ. Для определения местоположения ВС 5, а также исключения влияния задержки ответчика, можно воспользоваться известным разностно-дальномерным методом. Определив разность дальностей между различными парами приемников 6 ЭВМ 7 решает систему трех уравнений с тремя неизвестными, в которой отсутствует задержка бортового ответчика 11 и дальность от запросчика 1 до ВС 5. Разностно-дальномерные уравнения в ЭВМ 8 представлены в следующем виде:As can be seen from formula (1), the delay of the responder τ is included in each time interval. To determine the location of the aircraft 5, as well as to exclude the influence of the delay of the transponder, you can use the well-known differential-ranging method. Having determined the difference in ranges between different pairs of receivers 6, computer 7 solves a system of three equations with three unknowns, in which there is no delay on-board transponder 11 and the distance from interrogator 1 to aircraft 5. Difference-range equations in computer 8 are presented as follows:

, ,

τ₁₂=t₁-t₂,τ ₁₂ = t ₁ -t ₂ ,

τ₁₃=t₁-t₃,τ ₁₃ = t ₁ -t ₃ ,

τ₄₃=t₄-t₃,τ ₄₃ = t ₄ -t ₃ ,

t₁, t₂, t₃, t₄ - время прихода ответного сигнала на соответствующий приемник 6 с момента излучения запросного сигнала;t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ - time of arrival of the response signal to the corresponding receiver 6 from the moment of emission of the request signal;

x, y, z - координаты ВС 5.x, y, z - coordinates of aircraft 5.

Из системы уравнений (2) ЭВМ 8 численными методами находит координаты ВС 5 с точностью десятки - сотни метров, что недостаточно для безопасной посадки ВС 5. Для увеличения точности измеренных координат ВС 5 до единиц метров ЭВМ 8 использует далее информацию о высоте полета ВС 5, передаваемую в ответном сигнале ответчика 11. Для наихудшего случая (использование барометрического высотомера 12) точность измерения барометрической высоты составляет 15-20 метров. При этом ошибка измерения высоты ВС 5 состоит в основном из систематической составляющей ошибки, а флуктуационная составляющая ошибки измерения высоты по величине на порядок меньше. Кроме этого, при передаче барометрической высоты появляется ошибка, связанная с дискретностью ее передачи. Так, в режиме «RBS» дискрет передаваемой высоты равен 30 м, т.е. среднеквадратическая ошибка передачи барометрической высоты составит 15 метров. Следовательно, суммарная ошибка определения барометрической высоты в системе посадки составит порядка 21-25 метров. Формула дальности ВС 5 с учетом ошибки определения барометрической высотыFrom the system of equations (2), computer 8 uses numerical methods to find the coordinates of aircraft 5 with an accuracy of tens to hundreds of meters, which is not enough for a safe landing of aircraft 5. To increase the accuracy of the measured coordinates of aircraft 5 to units of meters, computer 8 further uses information on the flight altitude of aircraft 5, transmitted in the response signal of the defendant 11. For the worst case (using a barometric altimeter 12), the accuracy of measuring the barometric height is 15-20 meters. In this case, the error in measuring the height of aircraft 5 consists mainly of the systematic component of the error, and the fluctuation component of the error in measuring height is an order of magnitude smaller. In addition, when transmitting barometric altitude, an error appears due to the discreteness of its transmission. So, in the “RBS” mode, the discrete of the transmitted height is 30 m, i.e. The standard error of the transmission of the barometric height will be 15 meters. Consequently, the total error in determining the barometric height in the landing system will be about 21-25 meters. Range formula for aircraft 5, taking into account the error in determining the barometric altitude

где:Where:

ΔН_б - ошибка определения барометрической высоты.ΔН _b is the error in determining the barometric height.

Из формулы (3) следует что при дальности действия системы посадки до 40 км и секторе зоны посадки ±40° от оси ВПП ошибка измерения дальности ВС 5, связанная с относительно высокой ошибкой измерения барометрической высоты составит порядка 1 метра. По формуле (3) для совмещенного запросчика 1 и приемника 6 ЭВМ 8 рассчитывает дальность до ВС 5 с использованием информации о барометрической высоте его полета. Далее из измеренной дальности между ЭВМ 8 и ВС 1 вычитается ранее рассчитанная дальность из выражения (1) и определяется ошибка измерения дальности, связанная с задержкой τ ответного сигнала ответчика 11. Затем ЭВМ 8 вычитает ошибку измерения дальности, связанную с задержкой ответного сигнала, из соответствующих измерений дальности i-го приемника 6, и получает уточненные значения дальностей от ВС 5 до соответствующих приемников 6. Далее используя Калмановскую фильтрацию [Балакришнан А.В. Теория фильтрации Калмана. Издательство: Мир, 1988, 86 с.] дополнительно уменьшают влияние флуктуационных ошибок измерения дальностей, связанных с распространением сигнала и обработкой в приемниках 6. В вектор измерения ЭВМ 8 включает три дальности, а в вектор состояния включает координаты местоположения ВС 5 и параметры его движения (скорости) по осям декартовой аэродромной системы координат. В качестве модели движения ВС 5 в ЭВМ 8 принята гипотеза о его прямолинейном и равномерном движении, что хорошо согласуется с реальным движением ВС 5 по глиссаде 14. По мере приближения ВС 5 к ВПП 13 точность определения его местоположения будет увеличиваться за счет улучшения геометрии относительного расположения ВС 5 и приемников 6. Далее в ЭВМ 8 рассчитывается отклонение ВС по курсу Е_к и углу места Е_г от заданной глиссады 14 захода на посадку, заложенной в память ЭВМ 8 для ВПП 13 аэродрома. Угловые отклонения ВС 5 по курсу Е_к и глиссаде Е_г с выхода ЭВМ 8 передаются через линию 10 радиоуправления на борт ВС 5 в формате инструментальных систем посадки, например ILS, или передаются по линии обмена данными. Принятые на борту сигналы отклонения ВС 5 от траектории посадки отображаются на рабочем месте пилота и используются последним в ручном или автоматизированном режимах управлении посадкой ВС 5.From formula (3) it follows that with the landing system operating range of up to 40 km and the landing zone sector ± 40 ° from the runway axis, the error in measuring the range of aircraft 5 associated with a relatively high error in measuring the barometric altitude will be about 1 meter. By the formula (3) for the combined interrogator 1 and receiver 6, the computer 8 calculates the range to aircraft 5 using information about the barometric altitude of its flight. Next, the previously calculated range is subtracted from expression (1) from the measured range between the computer 8 and BC 1 and the range measurement error associated with the delay τ of the response signal of the transponder 11 is determined. Then, the computer 8 subtracts the range measurement error associated with the delay of the response signal from the corresponding range measurements of the i-th receiver 6, and receives the adjusted range values from aircraft 5 to the corresponding receivers 6. Further, using Kalman filtering [Balakrishnan A.V. Kalman filtering theory. Publisher: Mir, 1988, 86 pp.] Additionally reduce the influence of fluctuation errors in measuring ranges associated with signal propagation and processing in receivers 6. Computer 8 includes three ranges in the measurement vector, and includes aircraft 5 location coordinates and its motion parameters in the state vector (speeds) along the axes of the Cartesian aerodrome coordinate system. As a model of aircraft 5 movement, computer 8 adopted the hypothesis of its rectilinear and uniform movement, which is in good agreement with the actual movement of aircraft 5 along glide path 14. As aircraft 5 approaches runway 13, the accuracy of determining its location will increase due to improved geometry of the relative location Aircraft 5 and receivers 6. Then, in computer 8, the deviation of the aircraft at the heading Е _to and elevation angle Е _g from the given approach glide path 14, stored in the computer memory 8 for runway 13 of the airfield, is calculated. The angular deviations of aircraft 5 at the course E _to and glide path E _g from the output of the computer 8 are transmitted via radio control line 10 to aircraft 5 in the format of instrumental landing systems, for example, ILS, or transmitted via a data exchange line. The aircraft 5 deviation signals received on board from the landing trajectory are displayed at the pilot's workplace and are used by the latter in manual or automated control of the aircraft 5 landing landing.

Полезная модель не ограничивается вышеприведенным примером его осуществления. В ее рамках возможны и другие варианты его осуществления. Так в случае невозможности территориального размещения приемников 6 на продолжении оси ВЦП 13 на некотором удалении от ее торца, для измерения высоты может быть использован измеритель угла места, например, основанный на измерении фазы приходящего сигнала. При этом горизонтальные координаты будут рассчитываться по формулам (2) по информации трех приемников 6 ответных сигналов.The utility model is not limited to the above example of its implementation. In its framework, other options for its implementation are possible. So if it is impossible to locate the receivers 6 on the extension of the axis of the VCP 13 at some distance from its end, a height angle meter can be used to measure the height, for example, based on measuring the phase of the incoming signal. In this case, the horizontal coordinates will be calculated by formulas (2) according to the information of three receivers 6 response signals.

При наличии на борту ВС 5 и на земле аппаратуры обмена данными, целесообразно с ВС 5 в систему посадки передавать информацию о параметрах его движения измеряемые например, бортовым приемником спутниковой системы радионавигации типа ГЛОНАСС/GPS или с инерциальной навигационной системы. При использовании Калмановской фильтрации знание параметров движения ВС 5 позволит дополнительно повысить точность определения его местоположения.If there is data exchange equipment on board the aircraft 5 and on the ground, it is advisable to transfer information about the parameters of its movement from the aircraft 5 to the landing system, as measured, for example, by the on-board receiver of the GLONASS / GPS satellite navigation system or from an inertial navigation system. When using Kalman filtering, knowledge of the parameters of motion of aircraft 5 will further improve the accuracy of determining its location.

Полезная модель разработана на уровне технического предложения и математического моделирования.The utility model is developed at the level of technical proposal and mathematical modeling.

Claims

1. A multi-position aircraft landing system containing a ground interrogator and at least three ground response signal receivers connected at the outputs via a signal line to a ground control computer, the control output of which is connected to the aircraft’s onboard equipment, including on-board equipment, via the aircraft’s landing control radio line aircraft control equipment and an on-board transponder connected via a request-response radio link to a ground-based interrogator, and the control computer is equipped with a ra module an even coordinate of the aircraft and its deviation from the landing path, characterized in that the aircraft’s onboard equipment further comprises an aircraft altitude meter connected to the airborne transponder at the exit, and the module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path is made taking into account measurements the altitude of the flight of the aircraft and the difference in the distances to the aircraft relative to the locations of the interrogator and the receivers of response signals, while two ground-based successors answer Signals were installed on the sides of the center line of the runway in the area of its center with a distance of at least five hundred meters from the center line, and subsequent receivers - one on each side of the aircraft landing approach and at a distance of not less than four hundred meters from the end of the runway.

2. The multi-position system according to claim 1, characterized in that the on-board height meter of the aircraft contains a barometric, radio and / or laser altimeter.

3. The multi-position system according to claim 1, characterized in that the communication line of the ground receivers of the response signals with the ground computer location of the aircraft is made fiber-optic and / or radio link type "WiMax".

4. The multi-position system according to claim 1, characterized in that the aircraft landing control radio link is made in the form of a bidirectional airborne data exchange radio link or a unidirectional radio control signal transmission line from a ground control computer to the aircraft.