RU2081428C1 - Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility - Google Patents
Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility Download PDFInfo
- Publication number
- RU2081428C1 RU2081428C1 RU93038110A RU93038110A RU2081428C1 RU 2081428 C1 RU2081428 C1 RU 2081428C1 RU 93038110 A RU93038110 A RU 93038110A RU 93038110 A RU93038110 A RU 93038110A RU 2081428 C1 RU2081428 C1 RU 2081428C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- landing
- ground
- helicopters
- limited
- beacon
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в системах посадки летательных аппаратов, в частности, вертолетов, на ограниченные посадочные площадки в сложных метеоусловиях. The invention relates to radio navigation and can be used in landing systems for aircraft, in particular helicopters, on limited landing sites in difficult weather conditions.
Известны два радиотехнических метода для посадки вертолетов: с помощью радиолокаторов и с помощью радиомаячных систем посадки. Two radio engineering methods are known for landing helicopters: using radars and using beacon landing systems.
Радиолокационные системы посадки вертолетов на палубу корабля, например AN/SPH-42 /1/, состоят из передатчика, антенны, приемника, вычислителя и передающего устройства координат на борт летательного аппарата. Radar systems for landing helicopters on the deck of a ship, for example AN / SPH-42/1 /, consist of a transmitter, antenna, receiver, computer and coordinate transmitter on board the aircraft.
Радиолокаторы обеспечивают заход на посадку вертолетов до высоты 15 м, при этом корабль должен выдерживать курс против ветра. Radars provide a landing approach for helicopters up to a height of 15 m, while the ship must withstand the course against the wind.
Недостатками радиолокационной системы посадки являются: сложность, наличие обслуживающего персонала; пониженные точность и частота обновления информации; наличие дополнительной линии связи корабль-борт для передачи координат, что понижает надежность системы. The disadvantages of the radar landing system are: complexity, availability of staff; reduced accuracy and frequency of updating information; the presence of an additional ship-to-board communication line for transmitting coordinates, which reduces the reliability of the system.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является радиомаячная микроволновая система захода летательных аппаратов на посадку для аэродрома МЛС /2/, которая обеспечивает траекторию захода на посадку с пробиванием облачности по радиолучам с удаления 35 км: по курсу до конца взлетно-посадочной полосы, по углу места до точки перед началом ВПП с высотой 15-60 м. The closest technical solution to the proposed device is a radio-beacon microwave approach system for aircraft landing for the MLS / 2 / aerodrome, which provides an approach path with penetration of clouds by radio beams from a distance of 35 km: at the heading to the end of the runway, at an angle places to the point before the start of the runway with a height of 15-60 m.
Передача сигналов радиомаяками производится попеременно на одной частоте стандартным для этой системы форматом сигнала, в котором перед угломерной информацией передается ключевой код маяка, а угломерная информация излучается в виде сканирующего "туда-обратно" луча и определяется на борту самолета по разности времени его приема, которое зависит от угловых положений самолета: для курса относительно оси взлетно-посадочной полосы, для глиссады - относительно горизонта. Signals are transmitted by radio beacons alternately at the same frequency, the signal format standard for this system, in which the key code of the beacon is transmitted before the goniometer information, and the goniometer information is emitted in the form of a round-trip scanning beam and is determined on board the aircraft by the difference in the time of its reception, which depends on the angular positions of the aircraft: for the course relative to the axis of the runway, for the glide path - relative to the horizon.
Наземное оборудование МЛС состоит из азимутального и угломестного радиомаяков, которые расположены относительно взлетно-посадочной полосы следующим образом: азимутальный радиомаяк за полосой на ее оси, угломестный справа или слева вблизи начала полосы. The ground-based equipment of the MLS consists of azimuthal and elevation radio beacons, which are located relative to the runway as follows: azimuthal radio beacon behind the strip on its axis, angular to the right or left near the beginning of the strip.
Азимутальный радиомаяк системы посадки состоит из фазированной антенной решетки с несколькими линейными рядами излучателей, образующими плоскость и соединенными через распределительное устройство с передатчиком. The azimuthal beacon of the landing system consists of a phased antenna array with several linear rows of emitters forming a plane and connected through a switchgear to a transmitter.
Угломестный радиомаяк состоит из фазированной антенной решетки с одним вертикально расположенным линейным рядом излучателей, соединенных через распределительное устройство с передатчиком. Carbon beacon consists of a phased array antenna with one vertically arranged linear row of emitters connected through a switchgear to a transmitter.
Фазированные антенные решетки радиомаяков создают два поочередно сканирующих луча, образующих систему координат для захода самолета на посадку в пространстве, ограниченном секторами: в горизонтальной плоскости ±40o от оси ВПП, в вертикальной плоскости 1,5 15o относительно горизонта.The phased antenna beacons of the beacons create two alternately scanning beams that form the coordinate system for the aircraft to land in a space limited by sectors: in the horizontal plane ± 40 o from the axis of the runway, in the vertical plane 1.5 15 o relative to the horizon.
Бортовое оборудование системы МЛС имеет вычислитель, который позволяет обеспечивать сложные траектории захода на посадку в пределах зоны действия угломерной координатной сетки наземного оборудования. The on-board equipment of the MLS system has a computer that allows you to provide complex approach trajectories within the range of the goniometric coordinate grid of ground equipment.
Недостатком прототипа является то, что он предназначен для захода летательных аппаратов на аэродромы и не может обеспечить необходимые траектории для посадки вертолетов на ограниченные площадки. The disadvantage of the prototype is that it is designed for aircraft to enter airfields and cannot provide the necessary trajectories for landing helicopters on limited sites.
Основные же требования к посадочным траекториям вертолетов следующие:
направление захода на посадку должно быть с любого из четырех направлений против ветра,
на последнем этапе посадки должны быть обеспечены крутые вплоть до вертикали траектории снижения,
должно обеспечиваться снижение вплоть до приземления.The basic requirements for helicopter landing trajectories are as follows:
the approach direction should be from any of the four directions against the wind,
at the last stage of landing, steep down to the vertical descent trajectories should be provided,
a reduction should be ensured until landing.
Задача, решается предполагаемым изобретением, состоит в том, чтобы в сложных метеоусловиях обеспечить заход и посадку вертолетов на ограниченную площадку (30•30 м), а также приземление по приборам в условиях полного отсутствия зрительной ориентировки при завихрении от винта заснеженной (запыленной) площадки в хороших погодных условиях. The problem is solved by the proposed invention, is to ensure that helicopters enter and land on a limited area (30 • 30 m), as well as land on devices in conditions of complete lack of visual orientation when the snowy (dusty) area is swirled from a screw in good weather conditions.
Решение поставленной задачи достигается тем, что:
две фазированные антенные решетки, являющиеся частями азимутально-посадочного радиомаяка, имеющие ряды излучателей, соединенные через распределительные устройства и переключатель с передатчиком, располагаются за периметром посадочной площадки таким образом, что оси симметрии апертур антенных решеток перпендикулярны ортогональным осям площадки;
каждый ряд излучателей, образующих апертуры обеих фазированных антенных решеток, представляет собой вертикально расположенную дугу, а каждый одиночный излучатель расположен на внешней стороне дуги.The solution to this problem is achieved by the fact that:
two phased antenna arrays, which are parts of an azimuthal landing beacon, having rows of emitters connected through switchgears and a switch to a transmitter, are located behind the perimeter of the landing site in such a way that the symmetry axes of the apertures of the antenna arrays are perpendicular to the orthogonal axes of the site;
each row of emitters forming the apertures of both phased antenna arrays is a vertically arranged arc, and each single emitter is located on the outside of the arc.
Сравнительный анализ показывает, что заявляемый радиомаяк отличается от прототипа количеством и конструкцией антенн, а также их местоположением относительно точки приземления летательного аппарата. A comparative analysis shows that the inventive beacon differs from the prototype in the number and design of antennas, as well as their location relative to the landing point of the aircraft.
Эти признаки дают следующие новые свойства:
создают круговую зону азимутальных сигналов для ориентации вертолета при заходе на площадку;
образуют в районе посадочной площадки область пространственных координат для посадки вертолета, включая элементы крутого снижения по любым траекториям вплоть до вертикали, с целью полного приземления вертолета в условиях отсутствия видимости земли.These features give the following new properties:
create a circular zone of azimuthal signals for orientation of the helicopter when entering the site;
form in the area of the landing site a spatial coordinate region for helicopter landing, including steep decline along any trajectories up to the vertical, with the goal of a complete landing of the helicopter in the absence of ground visibility.
Предлагаемое устройство можно использовать для азимутального ориентирования при обеспечении полетов и посадки вертолетов с целью обеспечения работ по нефтегазодобыче, геологоразведке и других ведомств между несколькими точками, образующими куст посадочных площадок как средство ближней навигации, обеспечивающее перелет вертолета из зоны в зону в сложных метеорологических условиях. The proposed device can be used for azimuthal orientation when providing flights and landing helicopters in order to ensure oil and gas exploration, exploration and other departments between several points that form a bush landing sites as a means of short-range navigation, ensuring the flight of the helicopter from zone to zone in difficult weather conditions.
На фиг.1 представлен состав азимутально-посадочного радиомаяка: 1 - передатчик, 2 высокочастотный переключатель, 3 фазированная антенная решетка, 4 фазированная антенная решетка, 5 высокочастотное распределительное устройство, 6 излучатели. Figure 1 shows the composition of the azimuth-landing radio beacon: 1 - transmitter, 2 high-frequency switch, 3 phased antenna array, 4 phased antenna array, 5 high-frequency switchgear, 6 emitters.
На фиг.2 представлено размещение радиомаяка: 7 посадочная площадка. Figure 2 presents the placement of the beacon: 7 landing pad.
На фиг.3 представлена конструкция излучателей антенн радиомаяка. Figure 3 presents the design of the emitters of the antennas of the beacon.
На фиг.4 представлены сканирующие лучи фазированной антенной решетки. Figure 4 presents the scanning rays of a phased array antenna.
На фиг. 5 поясняется работа системы: 8 след азимутальной плоскости, 9 - след плоскости посадочного азимута, 10 сканирующие лучи. In FIG. 5, the operation of the system is explained: 8 trace of the azimuthal plane, 9 - trace of the plane of the landing azimuth, 10 scanning beams.
На фиг. 6 представлен бортовой пилотажный прибор посадки: 11 - вертикальная планка индикатора курса, 12 горизонтальная планка индикатора глиссады. In FIG. 6 shows the on-board flight landing instrument: 11 — vertical bar of the heading indicator, 12 — horizontal bar of the glide path indicator.
На фиг.7 представлена область азимутальных сигналов радиомаяка. Figure 7 presents the region of azimuthal signals of a beacon.
Радиомаяк для посадки вертолетов (фиг.1) состоит из передатчика 1, соединенного через высокочастотный переключатель 2 с двумя антенными фазированными решетками 3, 4, каждая из которых, в свою очередь, состоит из высокочастотного распределительного устройства 5 и подключенного к нему набора линейных рядов излучателей 6, образующих апертуры антенн. Фазированные антенные решетки размещаются за периметром посадочной площадки на ее ортогональных осях таким образом, что оси симметрии апертур перпендикулярны осям площадки (фиг.2). A radio beacon for landing helicopters (Fig. 1) consists of a transmitter 1 connected via a high-frequency switch 2 to two
Каждый ряд излучателей, образующих апертуры обеих фазированных антенных решеток, представляет собой дугообразные линии, причем все одиночные излучатели их расположены на внешней стороне ряда. Конкретное конструктивное выполнение такой антенны может представлять собой, например совокупность волноводных щелевых излучателей (фиг.3). Each row of emitters forming the apertures of both phased antenna arrays is arched lines, with all their single emitters located on the outer side of the row. A specific structural embodiment of such an antenna can be, for example, a combination of waveguide slot emitters (figure 3).
Радиомаяк работает следующим образом. The beacon operates as follows.
Сигнал с выхода передатчика поступает попеременно через высокочастотный переключатель и распределительные устройства на линейные ряды волноводно-щелевых излучателей фазированных антенных решеток. The signal from the output of the transmitter is supplied alternately through a high-frequency switch and switchgear to the linear rows of slot-waveguide radiators of phased antenna arrays.
Формат сигнала радиомаяка идентичен формату сигнала МЛС: перед излучением угловой информации в эфир передается ключевой код, присвоенный каждой антенне, угломерная информация излучается в виде сканирующего "туда-обратно" луча и определяется на борту самолета по разности времени его приема, которое зависит от угловых положений самолета. The format of the beacon signal is identical to the format of the MLS signal: before the angular information is transmitted to the air, the key code assigned to each antenna is transmitted, the goniometric information is emitted in the form of a round-trip scanning beam and is determined on board the aircraft by the difference in the time of its reception, which depends on the angular positions the plane.
Каждая антенна формирует луч (фиг.4), узкий в горизонтальной плоскости и широкий в вертикальной, с необходимой рабочей зоной, обеспечиваемой максимальным излучением и в противоположные стороны и минимальным вверх (на фиг.4 эта зона заштрихована). Each antenna forms a beam (Fig. 4), narrow in the horizontal plane and wide in the vertical, with the necessary working area provided by the maximum radiation and in opposite directions and the minimum upward (in Fig. 4 this area is shaded).
При сканировании в положении нормали в апертуре антенны луч представляет собой плоскость, а при отклонении луча преобразуется в коническую поверхность, сворачивающуюся тем сильнее, чем больше угол его отклонения (3). When scanning in the normal position in the antenna aperture, the beam is a plane, and when the beam is deflected, it is transformed into a conical surface, which coils more and more, the greater the angle of its deviation (3).
На фиг.5 поясняется работа системы по одному из направлений посадки. Figure 5 explains the operation of the system in one of the directions of landing.
Сходящиеся к центрам фазированной антенной решетки 3 поверхности сканирующего луча являются азимутальными (на чертеже показаны их следы 8 на горизонтальной плоскости). The surfaces of the scanning beam converging to the centers of the phased
Наведение вертолета, заходящего на площадку, производится пилотом в плоскости посадочного азимута (со следом 9), проходящей через центр антенны и центр площадки, по положению вертикальной планки 11 бортового пилотажного прибора (фиг.6), которая смещается от центра шкалы пропорционально угловому отклонению вертолета от посадочного азимута. The helicopter approaching the site is guided by the pilot in the landing azimuth plane (with a trace of 9) passing through the center of the antenna and the center of the site, by the position of the
Сканирующие лучи 10 антенной решетки 4 (на чертеже показаны частично) образуют конические поверхности с разворотом во внешнюю сторону, а в пересечении с плоскостью посадочного азимута гиперболические линии в асимптотами, исходящими из центра посадочной площадки. The
Сигналы антенной решетки 4 используются для определения углового смещения вертолета относительно центра площадки в процессе снижения и посадки по положению горизонтальной планки 10 пилотажного прибора. The signals of the
При входе вертолета в зону излучения решетки 4 (как правило, на высоте 60 м) планка 10 зашкаливает вверх, сигнализируя этим о начале снижения и по мере приближения вертолета к центру площадки опускается к центру шкалы прибора, индицируя пределы минимально допустимых высот, которые должен выдерживать пилот на соответствующих удалениях от центра площадки. When the helicopter enters the radiation zone of the grating 4 (usually at a height of 60 m), the
Таким образом, ручное пилотирование в отсутствии видимости земли сводится к наведению вертолета в горизонтальной плоскости в направлении перекрестия планок с одновременным сбором высоты вертолета при попадании перекрестия в соответствующую окружность до значений, на них обозначенных. Thus, manual piloting in the absence of ground visibility is reduced to pointing the helicopter in a horizontal plane in the direction of the crosshair of the bars with the simultaneous collection of the height of the helicopter when the crosshair enters the corresponding circle to the values indicated on them.
При автоматическом режиме работы (с приемником МЛС-85) траектория вычисляется и выдается в автопилот. In the automatic mode of operation (with the MLS-85 receiver), the trajectory is calculated and issued to the autopilot.
Сканирующие лучи каждой антенной решетки направлены в противоположные стороны, а антенны равнозначны. Это позволяет, установив на борту код выбранного направления посадки, производить заход на площадку с любой из четырех сторон. The scanning rays of each antenna array are directed in opposite directions, and the antennas are equivalent. This allows, having installed the code of the chosen landing direction on board, to enter the site from any of the four sides.
При секторах сканирования, равных 45o, в окружающем радиомаяк пространстве образуется круговая область вертикальных плоскостей азимутальных сигналов радиомаяка (фиг.7), по которым обеспечивается вывод вертолета на посадочный азимут с любого направления подхода в круговую зону действия радиомаяка.When the scanning sectors equal to 45 o , in the space surrounding the beacon, a circular region of the vertical planes of the azimuthal signals of the beacon is formed (Fig. 7), by which the helicopter is brought to the landing azimuth from any direction of approach into the circular zone of the beacon.
Неоднозначность азимутов противоположных секторов исключается идентичным ориентированием всех радиомаяков относительно стран света и введением в программу обработки сигналов на борту выбранного азимута захода на посадку, который при полете непрерывно сравнивается с показаниями магнитного компаса. The ambiguity of the azimuths of opposite sectors is eliminated by the identical orientation of all the beacons relative to the countries of the world and the introduction of the selected approach azimuth into the signal processing program, which during flight is continuously compared with the readings of the magnetic compass.
При условии соответствия формата сигнала радиомаяка стандартам микроволновой системы посадки в качестве приемного устройства вертолета можно быть использовано бортовое оборудование системы посадки МЛС (например, отечественного МЛС-85). Provided that the format of the beacon signal corresponds to the standards of the microwave landing system, on-board equipment of the landing system of the MLS (for example, the domestic MLS-85) can be used as a receiver for the helicopter.
При этом состав и конфигурация процессора бортового приемника не изменяется, а требуются лишь некоторые изменения в программе. В отличие от посадки самолета по системе МЛС на аэродромы, где пилотирование происходит по прямой линии под малым углом места, снижение вертолета в процессе посадки на ограниченную площадку с помощью предлагаемой системы значительно отличается тем, что происходит по кривой с нарастанием угла места вплоть до 90 o в центре площадки.At the same time, the composition and configuration of the on-board receiver processor does not change, and only some changes in the program are required. In contrast to the landing of the aircraft according to the MLS system at aerodromes, where piloting takes place in a straight line at a low elevation angle, the reduction of the helicopter during landing on a limited area using the proposed system is significantly different in that it occurs along a curve with an increase in elevation up to 90 o in the center of the site.
Для вычисления требуемой посадочной криволинейной траектории процессор бортового приемника вырабатывает значения необходимых координат на основе измерений текущего угла места и его производной. To calculate the required landing curved path, the on-board receiver processor generates the necessary coordinates based on measurements of the current elevation angle and its derivative.
Исследования угломерных сигналов у поверхности земли в ближней зоне азимутального радиомаяка МЛС с помощью бортового приемника МЛС-85 показали, что азимутально-посадочной радиомаяк позволяет обеспечить заход на посадку и посадку вертолета на ограниченную площадку до полного приземления в условиях отсутствия видимости земли. Studies of goniometric signals at the surface of the earth in the near zone of the MLS azimuth radio beacon using the MLS-85 on-board receiver showed that the azimuth-landing radio beacon allows the helicopter to enter and land on a limited area until it lands completely in the absence of ground visibility.
Подобные устройства ни в отечественной, ни в зарубежной литературе не описаны и в практике неизвестны. Such devices are neither described in domestic nor in foreign literature and are unknown in practice.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93038110A RU2081428C1 (en) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93038110A RU2081428C1 (en) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93038110A RU93038110A (en) | 1996-02-27 |
| RU2081428C1 true RU2081428C1 (en) | 1997-06-10 |
Family
ID=20145582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93038110A RU2081428C1 (en) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2081428C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539966C2 (en) * | 2012-12-27 | 2015-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" | Method for determining coordinates of fixed radio beacon with active transponder |
-
1993
- 1993-07-23 RU RU93038110A patent/RU2081428C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Miyashio S.K. and Morris F.E. VTOL/Helicopter Approah and landing Guidance Sensors for Navy Ship applications, paper presented at the Navy/Nasa VS TOL Flying Qualities workshop, Navy Postgraduate School, Monterey, Calif, April 1977. 2. Бенин В.М., Шолупанов Е.И. Сантиметровые системы посадки самолетов. - М.: Машиностроение, 1985. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539966C2 (en) * | 2012-12-27 | 2015-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" | Method for determining coordinates of fixed radio beacon with active transponder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4063218A (en) | Aircraft take-off and landing system and method for using same | |
| US4940986A (en) | Millimeter wave locating | |
| US4429312A (en) | Independent landing monitoring system | |
| US5475393A (en) | Precision landing system | |
| CN86105111A (en) | Improved instrument landing system (ILS) | |
| Kelly et al. | Distance measuring equipment and its evolving role in aviation | |
| US4990921A (en) | Multi-mode microwave landing system | |
| US3528070A (en) | Multifunction crossed beam radar system | |
| RU2081428C1 (en) | Radio beacon to ensure approach and landing of helicopters on limited landing ground in absence of ground visibility | |
| CN1009964B (en) | Advanced instrument landing system | |
| Redlien et al. | Microwave landing system: the new international standard | |
| US2748385A (en) | Radio navigation aids for aircraft | |
| Eltahier et al. | Review of instrument landing system | |
| RU2620587C1 (en) | Method of determining the coordinates of an aircraft relative to the flight strip | |
| US2097072A (en) | Transmitter arrangement for guiding airplanes | |
| US2646564A (en) | Radio navigation system | |
| US3234552A (en) | Aircraft radio navigation instrument system | |
| EP4152118A1 (en) | System for determining the position of an autonomous or automated aircraft during its approach to a landing site | |
| RU2285932C1 (en) | System for determining spatial position of object | |
| Sanders et al. | Instrument landing systems | |
| Shejbal et al. | Active antenna array concepts for precision approach radar | |
| Kostin | Automated system of flight trajectory formation and aircraft stabilization | |
| RU45835U1 (en) | ON-BOARD RADAR STATION AND ITS CONSTRUCTIONS | |
| Poulose et al. | Microwave Landing System—A Favoured Alternative to Current ILS | |
| JP2606609B2 (en) | Aircraft entry detection device |