RU2262746C1 - Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method - Google Patents
Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262746C1 RU2262746C1 RU2004118456/11A RU2004118456A RU2262746C1 RU 2262746 C1 RU2262746 C1 RU 2262746C1 RU 2004118456/11 A RU2004118456/11 A RU 2004118456/11A RU 2004118456 A RU2004118456 A RU 2004118456A RU 2262746 C1 RU2262746 C1 RU 2262746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- relief
- projections
- projection
- profile
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области безопасности полетов и, в частности, к способам раннего предупреждения летного экипажа об опасной близости земли и может использоваться на всех типах летательных аппаратов (ЛА) для повышения безопасности полетов.The invention relates to the field of flight safety and, in particular, to methods for early warning of a flight crew about the dangerous proximity of the earth and can be used on all types of aircraft (LA) to improve flight safety.
Известен способ предупреждения столкновения ЛА с землей, состоящий в том, что определяют местоположение ЛА с помощью навигационной системы, производят вычисление параметров текущего динамического состояния ЛА, производят оценку его координат, вычисляют прогнозируемую траекторию, сопоставляют прогнозируемую траекторию с рельефом местности и предупреждают об опасности путем сигнализации и видеоотображения опасного рельефа [1-3].A known method of preventing a collision of an aircraft with the ground, which consists in determining the location of the aircraft using the navigation system, calculating the parameters of the current dynamic state of the aircraft, evaluating its coordinates, calculating the predicted trajectory, comparing the predicted trajectory with the terrain and warning of danger by signaling and video images of dangerous terrain [1-3].
Устройства, реализующие данный способ, содержат навигационную систему (бортовые измерители), определитель координат ЛА, генератор траектории, определитель (вычислитель) опорной траектории, базу данных рельефа, компаратор, причем выход навигационной системы соединен с входом определителя координат ЛА и с входом определителя опорной траектории, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входу генератора траектории, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом навигационной системы, третий вход компаратора соединен с выходом базы данных рельефа местности, а выход компаратора является выходом устройства.Devices that implement this method include a navigation system (on-board meters), the coordinates of the aircraft, the path generator, the determinant (calculator) of the reference path, the terrain database, a comparator, and the output of the navigation system is connected to the input of the coordinates of the aircraft and to the input of the reference of the reference path the outputs of which are respectively connected to the first and second input of the path generator, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the navigation output hydrochloric system, the third input of the comparator connected to the output of the terrain database, and the output of the comparator is an output device.
Известен способ предупреждения столкновения ЛА с землей [4], состоящий в том, что определяют местоположение ЛА с помощью навигационной системы, производят вычисление параметров текущего динамического состояния ЛА, производят оценку его координат, вычисляют прогнозируемую траекторию, формируют профильную проекцию рельефа, сопоставляют профильную проекцию с прогнозируемой траекторией и предупреждают об опасности путем сигнализации и видеоотображения опасного рельефа.A known method of preventing a collision of an aircraft with the ground [4], which consists in determining the location of the aircraft using the navigation system, calculating the parameters of the current dynamic state of the aircraft, evaluating its coordinates, calculating the predicted trajectory, forming a profile projection of the relief, and comparing the profile projection with predicted trajectory and warn of danger through signaling and video display of the dangerous terrain.
Упомянутые аналоги изобретения имеют недостаточную надежность предсказания возможности столкновения, что связано с информационной недостаточностью сведений о взаимном расположении ЛА и опасного рельефа (например, из-за отсутствия фронтальной проекции рельефа).The aforementioned analogues of the invention have insufficient reliability of collision prediction, which is associated with informational inadequacy of information about the relative position of the aircraft and the dangerous terrain (for example, due to the lack of frontal projection of the relief).
Прототипом заявляемого изобретения является способ предупреждения столкновения ЛА с землей и устройство на его основе, заявленные в [5].The prototype of the claimed invention is a method for preventing a collision of an aircraft with the ground and a device based on it, as claimed in [5].
Способ-прототип состоит в том, что определяют местоположение ЛА с помощью навигационной системы, производят вычисление параметров текущего динамического состояния ЛА, производят оценку его координат, вычисляют прогнозируемую траекторию, формируют фронтальную и плановую проекции рельефа, сопоставляют прогнозируемую траекторию с рельефом и предупреждают об опасности путем сигнализации и видеоотображения опасного рельефа.The prototype method consists in determining the location of the aircraft using the navigation system, calculating the parameters of the current dynamic state of the aircraft, evaluating its coordinates, calculating the predicted trajectory, forming the frontal and planned projection of the relief, comparing the predicted trajectory with the relief and warning of danger by alarm and video images of dangerous terrain.
Способ-прототип [5], по сравнению с упомянутыми способами [1-4], обладает большей надежностью в связи с использованием большего времени прогноза для определения опасной ситуации и более подробного представления рельефа в бортовой базе данных.The prototype method [5], compared with the above methods [1-4], has greater reliability due to the use of longer forecast time to determine a dangerous situation and a more detailed representation of the relief in the on-board database.
Однако данный способ-прототип также обладает недостатками, связанными с отсутствием профильной проекции рельефа, что не позволяет обеспечить необходимой информационной надежности предупреждения столкновения.However, this prototype method also has disadvantages associated with the lack of profile projection of the relief, which does not allow to provide the necessary information reliability of collision avoidance.
Таким же недостатком обладает и устройство-прототип, выполненное по упомянутому выше способу-прототипу и описанному в [5].The prototype device made by the above prototype method and described in [5] also has the same drawback.
Устройство-прототип [5] содержит навигационную систему, обнаружитель препятствий, устройство сигнализации, видеогенератор и дисплей на его выходе, при этом обнаружитель препятствий включает вычислитель параметров текущего динамического состояния, определитель координат, вычислитель прогнозируемой траектории и компаратор, выход навигационной системы подключен к входам вычислителя параметров текущего динамического состояния и определителя координат, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам вычислителя прогнозируемой траектории, третий вход которого соединен с базой аэронавигационной информации, первый, второй и третий входы компаратора соединены соответственно с блоком управления, базой данных рельефа и выходом вычислителя прогнозируемой траектории, первый, второй и третий выходы компаратора соответственно соединены с входом устройства сигнализации, первым входом формирователя плановой проекции рельефа, входящего в состав видеогенератора, и базой аэронавигационной информации, второй и третий входы формирователя плановой проекции рельефа соответственно соединены с базой аэронавигационной информации и выходом определителя координат, при этом второй выход компаратора соединен с первыми входами формирователя фронтальной проекции рельефа и формирователя отображения в режиме 3D (отображения в аксонометрии), вторые входы которых соединены с выходом определителя координат, при этом третий вход формирователя отображения в режиме 3D соединен с базой данных для отображения в режиме 3D, а выходы упомянутых формирователей плановой проекции рельефа, фронтальной проекции рельефа и формирователя отображения в режиме 3D соединены с входом дисплея.The prototype device [5] contains a navigation system, an obstacle detector, an alarm device, a video generator and a display at its output, while the obstacle detector includes a calculator of the parameters of the current dynamic state, a coordinate finder, a predicted path calculator and a comparator, the output of the navigation system is connected to the inputs of the calculator parameters of the current dynamic state and the determinant of coordinates, the outputs of which are respectively connected to the first and second inputs of the calculator a predictable path, the third input of which is connected to the aeronautical information base, the first, second and third inputs of the comparator are connected respectively to the control unit, the terrain database and the output of the predicted path calculator, the first, second and third outputs of the comparator are respectively connected to the signaling device input, the first input the shaper of the planned projection of the relief, which is part of the video generator, and the base of aeronautical information, the second and third inputs of the shaper of the planned projection of the terrain, respectively, are connected to the base of aeronautical information and the output of the coordinate determinant, while the second output of the comparator is connected to the first inputs of the front elevator projection of the terrain and the imaging driver in 3D mode (display in axonometry), the second inputs of which are connected to the output of the coordinate determinant, while the third input a 3D imager is connected to a database for 3D imaging, and the outputs of the aforementioned imaging planters, front projection projections efa and display driver in 3D display mode connected to the input.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности предсказания возможности столкновения ЛА с землей и предотвращения опасного сближения с рельефом благодаря повышению объема информации о взаимном расположении ЛА и опасного рельефа и повышению эргономичности ее представления экипажу.The objective of the invention is to increase the reliability of predicting the possibility of a collision of an aircraft with the ground and to prevent dangerous proximity to the terrain by increasing the amount of information about the relative position of the aircraft and the dangerous terrain and increasing the ergonomics of its presentation to the crew.
Данная задача решается следующим образом.This problem is solved as follows.
Предложенный способ предупреждения столкновения ЛА с землей состоит в том, что определяют местоположение ЛА с помощью навигационной системы, производят вычисление параметров текущего динамического состояния ЛА, производят оценку его координат, вычисляют прогнозируемую траекторию, определяют опасный рельеф и предупреждают об опасности путем сигнализации и видеоотображения опасного рельефа, при этом после вычисления прогнозируемой траектории формируют для ЛА защитное пространство и сопоставляют его с рельефом, причем синтезируют профильную и фронтальную проекции рельефа путем выбора максимальных высот рельефа в пределах информационного сканирования элементов рельефа в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению полета ЛА, адаптируют защитное пространство к текущему динамическому состоянию ЛА, определяют плановую, профильную и фронтальную проекции защитного пространства, совмещают упомянутые проекции защитного пространства с одноименными проекциями рельефа, формируют видеоотображение совмещенных плановых, профильных и фронтальных проекций рельефа и защитного пространства и предупреждают пилота о возможной опасности путем видеоотображения контакта профильной проекции защитного пространства с профильной проекцией рельефа и выделения на видеоотображении упомянутых совмещенных проекций элементов опасного рельефа внутри защитного пространства.The proposed method for preventing a collision of an aircraft with the ground is to determine the location of the aircraft using the navigation system, calculate the parameters of the current dynamic state of the aircraft, evaluate its coordinates, calculate the predicted trajectory, determine the dangerous terrain and warn of danger by signaling and video displaying the dangerous terrain in this case, after calculating the predicted trajectory, a protective space for the aircraft is formed and compared with the relief, and the off-line and frontal elevation projections by selecting the maximum elevation elevations within the information scan of elevation elements in the longitudinal and transverse directions with respect to the flight direction of the aircraft, adapt the protective space to the current dynamic state of the aircraft, determine the planned, profile and frontal projections of the protective space, combine the above projections a protective space with the same projection of the relief, form a video image of the combined planned, profile and frontal projections tions of the relief and the protective space and warn the pilot of a possible danger of contact by a video display profile projection of the protective space with a profile projection on the relief and release of said combined video display elements dangerous projections relief inside the protective space.
Предлагается вариант способа, состоящий в том, что по плановой и синтезированным профильной и фронтальной проекциям рельефа производят оценку расстояния между одноименными проекциями защитного пространства и опасным рельефом и принимают по совмещенной профильной проекции решение о необходимости корректировки траекторного угла, а по совмещенной фронтальной и совмещенной плановой проекциям принимают решение о необходимости и направлении бокового маневра.A variant of the method is proposed, consisting in the fact that according to the planned and synthesized profile and frontal projections of the relief, the distance between the same projections of the protective space and the dangerous relief is estimated and a decision is made by the combined projection of the need to adjust the trajectory angle, and by the combined frontal and combined planned projections decide on the need and direction of lateral maneuver.
Предлагается вариант способа, в котором при видеоотображении рельефа производят окрашивание рельефа с учетом вертикальной скорости полета ЛА.A variant of the method is proposed in which the relief is stained during video display of the relief, taking into account the vertical flight speed of the aircraft.
Предлагается вариант способа, состоящий в том, что область информационного сканирования для формирования профильной проекции определяют в виде части плановой проекции рельефа, ограниченной контуром защитного пространства с примыкающей к нему прямоугольной зоной с поперечным размером, равным размеру передней границы защитного пространства, и продольным размером, равным расстоянию от упомянутой передней границы до границы плановой проекции рельефа, а для формирования фронтальной проекции определяют область информационного сканирования с границей в виде двух дуг окружностей с расположением центров окружностей на линии нижней границы плановой проекции рельефа, причем дуги окружностей замыкаются прямоугольным участком так, что боковые границы плановой проекции защитного пространства являются касательными к упомянутым дугам окружностей, радиусы которых равны отношению квадрата путевой скорости к произведению тангенса угла крена на ускорение свободного падения, при этом поперечный размер упомянутого прямоугольного участка равен поперечному размеру плановой проекции рельефа, а его продольные размеры определяются разностью между расстоянием до неопасного рельефа и радиусом соответствующей дуги.A variant of the method is proposed, consisting in the fact that the information scanning region for forming a profile projection is determined as a part of the planned projection of the relief limited by the contour of the protective space with an adjacent rectangular zone with a transverse size equal to the size of the front border of the protective space and a longitudinal size equal to the distance from the aforementioned frontier to the boundary of the planned projection of the relief, and for the formation of the frontal projection determine the area of information scans with a border in the form of two arcs of circles with the center of the circles on the line of the lower boundary of the plan projection of the relief, and the arcs of circles are closed by a rectangular section so that the lateral borders of the plan projection of the protective space are tangent to the mentioned arcs of circles whose radii are equal to the ratio of the square of the ground speed to the product of the tangent of the roll angle to the acceleration of gravity, while the transverse dimension of the said rectangular section is equal to the transverse dimension of the planned ktsii relief, and its longitudinal dimensions are determined by the difference between the distance to a non-hazardous terrain and the corresponding radius of the arc.
Предлагается вариант способа, состоящий в том, что защитное пространство ограничивают защитной поверхностью, обращенной к рельефу, совмещенной в исходной точке с ЛА и расширяющейся в направлении полета, причем защитную поверхность формируют шестью последовательными гранями, так что первые пять граней составляют часть защитной поверхности, предупреждающую об опасности снижения ЛА до минимально допустимой высоты полета и расположенную ниже прогнозируемой траектории ЛА, а шестая грань составляет часть защитной поверхности, предупреждающую о рельефе с опасным превышением в направлении полета и расположенную вертикально вверх, причем первая грань вертикальна и по ширине соответствует ошибке определения координат ЛА, а по высоте определяется минимально допустимой высотой полета; длину второй и третьей граней определяют минимальным временем маневра ЛА при обходе препятствия; наклон второй грани относительно горизонта производится под углом, тангенс которого определяется отношением вертикальной и путевой скоростей, третья грань горизонтальна и по длине определяется условием допустимой вероятности ложных срабатываний, четвертая грань простирается вертикально вверх до линии, смещенной вниз на величину, большую минимально допустимой высоты, относительно прогнозируемой траектории ухода от опасного рельефа, пятая грань возвышается относительно горизонта с допустимым траекторным углом до достижения заданного расстояния от ЛА, ограничиваемого вертикальной шестой гранью.A variant of the method is proposed, consisting in the fact that the protective space is limited by a protective surface facing the relief, aligned at the starting point with the aircraft and expanding in the direction of flight, the protective surface being formed by six consecutive faces, so that the first five faces form part of the protective surface, warning about the danger of reducing the aircraft to the minimum permissible altitude and located below the predicted aircraft trajectory, and the sixth face is part of the protective surface, a warning information about the terrain with a dangerous excess in the direction of flight and located vertically upward, and the first face is vertical and in width corresponds to the error in determining the coordinates of the aircraft, and in terms of height it is determined by the minimum permissible flight height; the length of the second and third faces is determined by the minimum time of maneuver of the aircraft while avoiding the obstacle; the inclination of the second face relative to the horizon is made at an angle whose tangent is determined by the ratio of vertical and ground speeds, the third face is horizontal and the length is determined by the condition for the admissible probability of false positives, the fourth face extends vertically upward to a line shifted downward by an amount greater than the minimum allowable height, relative the predicted trajectory of moving away from the dangerous terrain, the fifth face rises relative to the horizon with an acceptable trajectory angle until it reaches the specified th distance from the aircraft, limited by the vertical sixth face.
Предлагается также внутри защитного пространства формировать аварийную сигнальную область, подобную по геометрии защитному пространству и ограничиваемую минимально допустимыми временами полета до опасного рельефа.It is also proposed to form an alarm signal area inside the protective space, similar in geometry to the protective space and limited by the minimum permissible flight times to a dangerous terrain.
Предлагается устройство на основе заявляемого способа и его вариантов.A device based on the proposed method and its variants.
Заявляемое устройство предупреждения столкновения ЛА с землей содержит навигационную систему, обнаружитель препятствий, устройство сигнализации, видеогенератор и дисплей на его выходе, при этом обнаружитель препятствий включает вычислитель параметров текущего динамического состояния, определитель координат, вычислитель прогнозируемой траектории и компаратор, выход навигационной системы подключен к входам вычислителя параметров текущего динамического состояния и определителя координат, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам вычислителя прогнозируемой траектории, третий вход которого соединен с базой аэронавигационной информации, первый и второй входы компаратора соединены соответственно с блоком управления и базой данных рельефа, первый и второй выходы компаратора соответственно соединены с входом устройства сигнализации и первым входом формирователя плановой проекции рельефа, входящего в состав видеогенератора, второй и третий входы формирователя плановой проекции рельефа соответственно соединены с базой аэронавигационной информации и выходом определителя координат, при этом введены формирователь защитного пространства, блок экстраполяции видеоотображения, вычислитель параметров синтезируемых проекций рельефа, формирователи синтезируемой фронтальной и синтезируемой профильной проекций рельефа, формирователи плановой, фронтальной и профильной проекций защитного пространства, а в видеогенератор дополнительно введены формирователи совмещенной плановой, совмещенной фронтальной и совмещенной профильной проекций рельефа и защитного пространства, причем первый вход формирователя защитного пространства соединен с выходом навигационной системы, второй, третий и четвертый входы соединены соответственно с выходами вычислителя параметров текущего динамического состояния, базы аэронавигационной информации и вычислителя прогнозируемой траектории, выход формирователя защитного пространства соединен с третьим входом компаратора, первым входом вычислителя параметров синтезируемых проекций и входами формирователей плановой, фронтальной и профильной проекций защитного пространства, первый и второй входы блока экстраполяции видеоотображения соединены соответственно с выходами вычислителя параметров текущего динамического состояния и вычислителя прогнозируемой траектории, вычислитель параметров синтезируемых проекций соединен вторым входом с выходом вычислителя параметров текущего динамического состояния, первые входы формирователей синтезируемой фронтальной и синтезируемой профильной проекций рельефа соединены со вторым выходом компаратора, а второй, третий и четвертый входы формирователей синтезируемых фронтальной и профильной проекций рельефа соединены соответственно с выходами вычислителя параметров синтезируемых проекций, определителя координат и блока экстраполяции видеоотображения, соединенного выходом также с четвертым входом формирователя плановой проекции рельефа, выход которого соединен с первым входом формирователя совмещенной плановой проекции рельефа и защитного пространства, первые входы упомянутых формирователей совмещенной фронтальной и совмещенной профильной проекций соединены соответственно с выходами формирователей синтезируемой фронтальной и синтезируемой профильной проекций рельефа, вторые входы упомянутых формирователей совмещенной плановой, совмещенной фронтальной и совмещенной профильной проекций соединены соответственно с выходами формирователей плановой, фронтальной и профильной проекций защитного пространства, а выходы формирователей упомянутых совмещенных проекций образуют выход видеогенератора.The inventive device for preventing a collision of an aircraft with the ground contains a navigation system, an obstacle detector, an alarm device, a video generator and a display at its output, while the obstacle detector includes a current dynamic state parameter calculator, a coordinate finder, a predicted trajectory calculator and a comparator, the output of the navigation system is connected to the inputs calculator of the parameters of the current dynamic state and the determinant of coordinates, the outputs of which are respectively connected the first and second inputs of the calculator of the predicted trajectory, the third input of which is connected to the aeronautical information base, the first and second inputs of the comparator are connected respectively to the control unit and the terrain database, the first and second outputs of the comparator are respectively connected to the input of the alarm device and the first input of the shaper of the planned projection of the relief , which is part of the video generator, the second and third inputs of the shaper of the planned projection of the relief, respectively, are connected to the air navigation base information and the output of the determinant of coordinates, while the shaper of the protective space, the extrapolation block of the video image, the calculator of the parameters of the synthesized relief projections, the shapers of the synthesized frontal and synthesized profile projections of the relief, the shapers of the planned, frontal and profile projections of the protective space are introduced, and the shapers of the combined planned are added to the video generator , combined frontal and combined profile projections of the relief and protective space, pr than the first input of the protective space shaper is connected to the output of the navigation system, the second, third and fourth inputs are connected respectively to the outputs of the current dynamic state parameter calculator, the aeronautical information base and the predicted trajectory calculator, the protective space shaper output is connected to the third input of the comparator, the first input of the parameter calculator synthesized projections and inputs of the shapers of the planned, frontal and profile projections of the protective space, the first and second inputs of the video extrapolation unit are connected respectively to the outputs of the current dynamic state parameter calculator and the predicted path calculator, the synthesized projection parameter calculator is connected to the second input to the current dynamic state parameter calculator output, the first inputs of the synthesized frontal and synthesized profile projections of the relief are connected to the second output comparator, and the second, third and fourth inputs of the synthesizers frontal and profile elevation projections are connected respectively to the outputs of the synthesized projection parameter calculator, coordinate determiner and video display extrapolation unit, also connected by the output to the fourth input of the elevator of the planned projection of the relief, the output of which is connected to the first input of the generator of the combined plan projection of the relief and the protective space, the first inputs of the above shapers of the combined frontal and combined profile projections are connected respectively to the outputs of the forms rovateley synthesized frontal and profile projections synthesized relief, the second inputs of said formers planned combined, the combined front and combined profile projections are respectively connected to the outputs of formers routine, frontal and profile projections of the protective space, and an output of said projections form a combined output videogeneratora.
Предлагается вариант заявляемого устройства, в котором формирователь плановой проекции рельефа, вычислитель параметров синтезируемых проекций рельефа, формирователи плановой, фронтальной и профильной проекций защитного пространства выполнены с масштабирующими входами, соединенными с выходом блока управления, а выход видеогенератора соединен с входом дисплея через блок вывода видеоотображения, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления.A variant of the claimed device is proposed in which the shaper of the planned projection of the relief, the calculator of the parameters of the synthesized projections of the relief, the shapers of the planned, frontal and profile projections of the protective space are made with scaling inputs connected to the output of the control unit, and the output of the video generator is connected to the display input through the video output unit, the control input of which is connected to the output of the control unit.
Суть заявляемого изобретения поясняется с помощью фиг.1-10.The essence of the invention is illustrated using figures 1-10.
На фиг.1 приведены плановая, профильная и фронтальная проекции защитного пространства (ЗП).Figure 1 shows the planned, profile and frontal projection of the protective space (RF).
На фиг.2 приведена совмещенная плановая проекция рельефа и ЗП.Figure 2 shows the combined planned projection of the relief and the RFP.
На фиг.3 приведена совмещенная профильная проекция рельефа и ЗП.Figure 3 shows the combined profile projection of the relief and the RFP.
На фиг.4 приведена совмещенная фронтальная проекция рельефа и ЗП.Figure 4 shows the combined frontal projection of the relief and the RFP.
На фиг.5 приведена схема соответствия цветов окрашивания рельефа высотам превышения рельефа, используемая при отображении всех его проекций на экране дисплея.Figure 5 shows a diagram of the correspondence of the colors of painting the relief to the heights of excess of relief, used when displaying all its projections on the display screen.
На фиг.6 приведена совмещенная плановая проекция рельефа и ЗП, а также область информационного сканирования плановой проекции рельефа, используемая для синтезирования профильной проекции рельефа.Figure 6 shows the combined planned projection of the relief and the RF, as well as the information scan area of the planned projection of the relief used to synthesize the profile projection of the relief.
На фиг.7 приведена совмещенная плановая проекция рельефа и ЗП, а также область информационного сканирования плановой проекции рельефа, используемая для синтезирования фронтальной проекции рельефа.Figure 7 shows the combined planned projection of the relief and the RF, as well as the information scan area of the planned projection of the relief used to synthesize the frontal projection of the relief.
На фиг.8 приведена схема геометрического соответствия друг другу трех совмещенных проекций рельефа и ЗП, а также двух областей информационного сканирования, используемых для синтезирования профильной и фронтальной проекций рельефа.On Fig shows a diagram of the geometric correspondence to each other of three combined projections of the relief and the RF, as well as two areas of information scanning used to synthesize the profile and frontal projections of the relief.
На фиг.9 приведена схема устройства, функционирующего на основе заявляемого способа.Figure 9 shows a diagram of a device operating on the basis of the proposed method.
На фиг.10 приведен вариант схемы устройства, функционирующего на основе заявляемого способа.Figure 10 shows a variant of the circuit of a device operating on the basis of the proposed method.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
С помощью навигационной системы определяют местоположение ЛА 1, вычисляют параметры текущего динамического состояния ЛА (путевую скорость Wп, вертикальную скорость Wу, путевой угол ПУ, скорость разворота ωу и др.), по которым производят экстраполяцию местоположения ЛА на заданный временной интервал tпрогн. Далее, по текущему путевому углу ПУ вычисляют прогнозируемую траекторию, рассчитывают связанное с прогнозируемой траекторией защитное пространство (ЗП) ЛА, изображенное на фиг.1 в трех проекциях А, Б, В.Using the navigation system, determine the location of the
ЗП на фиг.1 представляет собой пространственную область, связанную непосредственно с текущим местоположением ЛА и определяемую по форме и ориентации в пространстве точностью определения координат Δк, параметрами движения (Wп, Wу, ПУ, ωу), минимально допустимой высотой Нмд, зависящей от этапа выполняемого полета (крейсерский полет, полет в зоне аэродрома, заход на посадку) и режимом полета (горизонтальный полет, снижение, набор высоты). ЗП строится от ЛА в направлении полета и предназначено для оценки возможности столкновения и формирования сигнализации, предупреждающей экипаж об опасном сближении с рельефом, находящимся в области предполагаемого местоположения ЛА в ближайший заданный временной отрезок полета Тз. По результатам сопоставления границы ЗП (см. 2 на фиг.1) с базой данных рельефа (БДР) формируют предупреждающую сигнализацию об опасности, которую представляет для ЛА впереди расположенный рельеф. Внутри описанного выше ЗП, на основе расчетных данных, строят еще одно подобное по форме пространство - аварийную сигнальную область, при пересечении граничной поверхности которой (см. 3 на фиг.1) формируют аварийную сигнализацию. Поверхность 3 строят из расчета формирования аварийной сигнализации в ситуациях, когда рельеф находится на минимально-допустимом удалении от движущегося в его сторону ЛА. Расчет конфигурации защитных поверхностей 2 и 3 возобновляется с требуемым темпом и, таким образом, ЗП формируется адаптированным к текущему динамическому состоянию ЛА, к этапу и режиму выполняемого полета.The RFP in Fig. 1 is a spatial region associated directly with the current location of the aircraft and determined by the shape and orientation in space by the accuracy of determining the coordinates Δk, motion parameters (Wп, Wу, ПУ, ωу), the minimum allowable height Nmd, depending on the stage performed flight (cruise flight, flight in the airport area, approach) and flight mode (horizontal flight, descent, climb). The RFP is built from the aircraft in the direction of flight and is intended to assess the possibility of a collision and the formation of an alarm warning the crew about a dangerous approach to the terrain located in the area of the aircraft’s intended location in the nearest predetermined time period of the flight Тз. Based on the results of comparing the boundary of the RFP (see 2 in FIG. 1) with the relief database (BDR), a warning signal is generated about the danger that the relief presents to the aircraft ahead. Inside the above-described RFP, on the basis of the calculated data, another similar shape space is built - an alarm signal area, at the intersection of the boundary surface of which (see 3 in Fig. 1) an alarm is generated.
Одновременно формируют видеоотображение рельефа. Формирование видеоотображения рельефа производят, в отличие от прототипа, в трех (у прототипа - в двух) согласованных по масштабам проекциях.At the same time, a video image of the relief is formed. The formation of the relief video image is carried out, in contrast to the prototype, in three (in the prototype - in two) projections coordinated in scale.
Кроме того, в отличие от прототипа, все проекции рельефа отображают на экране в едином масштабе совместно с соответствующими проекциями защитного пространства, формируя совмещенные проекции. Такой прием существенно облегчает экипажу задачу принятия решения, так как позволяет оценить степень опасности сближения с рельефом не только после формирования сигнализации, но и до ее формирования, в процессе профилактического просмотра отображения рельефа. Таким образом, оказывается возможным вообще избежать создания опасной ситуации на борту и формирования сигнализации путем своевременного маневрирования. Сопоставляя ЗП с рельефом в плановой (см. фиг.2), профильной (см. фиг.3) и фронтальной (см. фиг.4) проекциях, экипаж оценивает степень опасности рельефа и, при необходимости, планирует действия по уходу от опасного рельефа.In addition, unlike the prototype, all projections of the relief are displayed on the screen in a single scale together with the corresponding projections of the protective space, forming combined projections. This technique greatly facilitates the decision-making task for the crew, since it allows one to assess the degree of danger of approaching the terrain not only after the formation of the alarm, but also before its formation, in the process of prophylactic viewing of the terrain display. Thus, it is possible to avoid the creation of a dangerous situation on board and the formation of an alarm system by timely maneuvering. Comparing the RFP with the relief in the planned (see figure 2), profile (see figure 3) and frontal (see figure 4) projections, the crew assesses the degree of danger of the relief and, if necessary, plans actions to avoid a dangerous relief .
Формирование плановой проекции рельефа осуществляется, как и в прототипе, с использованием бортовых данных о рельефе, местоположении, скорости движения и путевом угле ЛА. При этом под местоположением понимается получаемая от навигационной системы информация о координатах и высоте ЛА относительно стандартизированной модели Земли (WGS-84). Рельеф окрашивается в черный, зеленый, желтый, оранжевый и красный цвета, в зависимости от его превышения над ЛА (см. фиг.5). Такое разноцветное окрашивание служит средством отображения рельефа на плановой проекции, а также (благодаря закреплению определенных цветов за определенными диапазонами превышения) - средством передачи степени опасности рельефа для ЛА при формировании любой из трех его проекций.The formation of the planned projection of the relief is carried out, as in the prototype, using on-board data about the relief, location, speed and ground angle of the aircraft. Moreover, the location refers to information received from the navigation system about the coordinates and altitude of the aircraft relative to the standardized Earth model (WGS-84). The relief is painted in black, green, yellow, orange and red, depending on its excess over the aircraft (see figure 5). Such multi-colored staining serves as a means of displaying the relief on a planned projection, and also (by fixing certain colors to certain ranges of excess) - a means of conveying the degree of danger of the relief for the aircraft during the formation of any of its three projections.
В отличие от прототипа, при окрашивании рельефа на всех проекциях учитывается не только его превышение, но и вертикальная скорость ЛА: в случае одинакового превышения окрашивание рельефа при снижении производится в более тревожные цвета, а при наборе высоты - в менее тревожные цвета, чем при горизонтальном полете. Такое смещение окраски диапазонов превышений рельефа в зависимости от вертикальной скорости ЛА (экстраполяция видеоотображения) обеспечивается приведением цветов в соответствие не с относительным превышением текущей высоты ЛА над рельефом, а с превышением прогнозируемой высоты, на которой ЛА окажется через время полета, равное времени tпрогн. Так на фиг.5 одинаковая окраска рельефа соответствует трем различным превышениям (ΔНа, ΔНб и ΔНв) и вертикальным скоростям полета (Wуа<0, Wуб=0 и Wув>0) ЛА. Несмотря на различные условия движения ЛА относительно рельефа, его окрашивание во всех трех ситуациях (а, б, в) производят одинаково, так как для всех трех ситуаций прогнозируемое превышение ЛА (превышение через время полета, равное tпрогн) для примера, приведенного на фиг.5, оказывается одинаковым. В примере на фиг.5 цвета распределяют в зависимости от превышений элементов рельефа следующим образом: элементы рельефа в диапазоне превышений от прогнозируемой высоты ЛА и ниже на 330 м окрашиваются в желтый цвет, элементы рельефа, расположенные ниже прогнозируемой высоты ЛА в диапазоне от 330 м до 660 м, окрашиваются в зеленый цвет, элементы рельефа, расположенные относительно прогнозируемой высоты ЛА ниже, чем на 660 м, окрашиваются в черный цвет, элементы рельефа в диапазоне превышений от прогнозируемой высоты и выше на 330 м окрашиваются в оранжевый цвет, а расположенные выше прогнозируемой высоты ЛА в диапазоне превышений от 330 м и более - в красный.In contrast to the prototype, when painting a relief on all projections, not only its excess, but also the vertical speed of the aircraft is taken into account: in case of the same excess, the relief is painted with more disturbing colors when reduced, and when climbing is less disturbing colors than with horizontal flight. This color shift of the relief elevation ranges depending on the vertical speed of the aircraft (extrapolation of the video image) is provided by bringing the colors into correspondence not with the relative excess of the current aircraft height over the relief, but with the excess of the predicted height at which the aircraft will be after the flight time equal to the time tprgn. So in Fig. 5, the same relief color corresponds to three different excesses (ΔНа, ΔНб and ΔНв) and vertical flight speeds (Wua <0, Wub = 0 and Wв> 0) of the aircraft. Despite the different conditions for the movement of the aircraft relative to the terrain, its coloring in all three situations (a, b, c) is the same, since for all three situations the predicted excess of the aircraft (excess after the flight time equal to tprogn) for the example shown in FIG. 5 turns out to be the same. In the example of Fig. 5, colors are distributed depending on the elevation of the elevation elements as follows: elevation elements in the range of elevations from the projected aircraft altitude and below 330 m are painted yellow, relief elements located below the projected aircraft altitude in the range from 330 m to 660 m, painted green, relief elements located relative to the projected aircraft altitude lower than 660 m are painted black, relief elements in the range of excess from the predicted height and 330 m above are painted in ora yellow color, and those located above the predicted aircraft height in the range of excesses from 330 m or more - in red.
Синтезирование профильной (см. 4 на фиг.3) и фронтальной (см. 5 на фиг.4) проекций рельефа осуществляется путем выбора максимальных высот элементов рельефа, представленных на плановой проекции, в пределах соответствующих областей информационного сканирования элементов рельефа (см. 6 на фиг.6 и 7 на фиг.7). Для профильной проекции сканирование производят в пределах строк (см. 8 на фиг.6), а для фронтальной проекции - в пределах столбцов (см. 9 на фиг.7) соответствующих областей информационного сканирования.The synthesis of the profile (see 4 in figure 3) and frontal (see 5 in figure 4) relief projections is carried out by selecting the maximum elevations of the relief elements presented on the plan projection, within the corresponding areas of information scanning of relief elements (see 6 on Fig.6 and 7 in Fig.7). For profile projection, scanning is performed within the rows (see 8 in FIG. 6), and for frontal projection, within the columns (see 9 in FIG. 7) of the corresponding areas of information scanning.
Конфигурация областей информационного сканирования для формирования профильной 6 и фронтальной 7 проекций рельефа, приведенных соответственно на Фиг.6 и 7, выбирается из расчета обеспечения отображения на профильной и фронтальной проекциях контуров рельефа, расположенного в пределах пространства возможного нахождения ЛА, с учетом параметров его движения, и масштаба отображения рельефа (см. 10 на фиг.3). Кроме того, конфигурация области информационного сканирования для формирования профильной проекции рельефа 6 выбирается из условия совпадения по времени момента формирования предупреждающей или аварийной сигнализации с моментом касания контура синтезируемой профильной проекции рельефа соответственно контуром профильной проекции ЗП 2 или контуром профильной проекции аварийной сигнальной области 3 (см. фиг.3). Такое совпадение по времени обеспечивается совпадением конфигураций плановой проекции ЗП 2 и ближней к ЛА частью области сканирования 11 (см. фиг.6), используемой для синтезирования профильной проекции рельефа. Совпадение по времени момента формирования соответствующей сигнализации с моментом касания контура профильной проекции рельефа контуром профильной проекции ЗП или контуром профильной проекции аварийной сигнальной области позволяет экипажу не только адекватно реагировать на сформированную в момент касания сигнализацию, но и использовать совмещенную профильную проекцию (см. Фиг.3) для прогноза возможности возникновения опасной ситуации и принятия решения об упреждающем маневрировании.The configuration of the information scanning areas for forming the
Формирование согласованных по масштабу видеоотображений совмещенных профильной, фронтальной и плановой проекций рельефа и ЗП (см. Фиг.8) позволяет организовать наглядное предупреждение экипажа об опасности и помогает экипажу точнее оценить конфигурацию рельефа, представляющего опасность для ЛА, путем отображения контакта профильной проекции ЗП с профильной проекцией рельефа (см. Фиг.3) и выделения элементов рельефа (см. 12 на фиг.3), оказавшихся внутри ЗП, на всех формируемых видеоотображениях совмещенных проекций рельефа (плановой, профильной и фронтальной).The formation of scaled video images of the combined profile, frontal and planned projections of the terrain and the RF (see Fig. 8) allows you to organize a visual warning of the crew about the danger and helps the crew more accurately assess the configuration of the terrain that is dangerous for the aircraft by displaying the contact of the profile projection of the RF with the profile the projection of the relief (see Fig. 3) and the allocation of relief elements (see 12 in Fig. 3) that are inside the RFP on all generated video images of the combined projections of the relief (planned, pro noy and frontal).
По совмещенным плановой, профильной и фронтальной проекциям рельефа с помощью отображаемых на экране соответствующих масштабных сеток (см. 13 на фиг.3, 14 на фиг.6 и 15 на фиг.4) экипаж производит оценку расстояния между одноименными проекциями ЗП и опасной зоны рельефа, по совмещенной профильной проекции - принимает решение о необходимости корректировки траекторного угла Θ (см. фиг.1), а по совмещенным фронтальной и плановой проекциям - о необходимости и направлении бокового маневра для ухода от опасного рельефа. Такую оценку экипаж производит в обязательном порядке при выработке системой предупреждающей (или аварийной) сигнализации, но может (если позволяет рабочая загрузка) производить в профилактических целях, чтобы своевременно принять упреждающие меры и избежать формирования сигнализации.Based on the combined plan, profile and frontal projections of the relief using the corresponding scale grids displayed on the screen (see 13 in Figs. 3, 14 in Figs. 6 and 15 in Fig. 4), the crew estimates the distance between the same projections of the RFP and the dangerous zone of the relief , according to the combined profile projection - makes a decision about the need to adjust the trajectory angle Θ (see Fig. 1), and according to the combined frontal and planned projections - about the need and direction of the lateral maneuver to avoid a dangerous terrain. The crew makes such an assessment without fail when the system generates a warning (or emergency) alarm, but can (if the workload allows) to carry out preventive measures in order to take timely preventive measures and avoid the formation of an alarm.
Область информационного сканирования 6 для формирования профильной проекции определяют в виде части плановой проекции рельефа, ограниченной контуром ЗП 11 с примыкающей к нему прямоугольной зоной с поперечным размером, равным размеру передней границы ЗП, и с продольным размером, равным расстоянию от упомянутой передней границы до границы плановой проекции рельефа (см. Фиг.6).The
Для формирования фронтальной проекции 5 определяют область информационного сканирования с границей 7 в виде двух дуг окружностей правого и левого разворота с радиусами R и Rmax (см. фиг.7) с расположением центра 16 (для дуги с радиусом R) и центра 17 (для дуги с радиусом Rmax) на линии нижней границы плановой проекции рельефа, причем упомянутые дуги окружностей замыкаются прямоугольным участком границы с поперечным размером, равным поперечному размеру плановой проекции рельефа, с продольным размером 18, равным разности между расстоянием до неопасного рельефа Lнр и радиусом дуги R выполняемого разворота, и минимальным продольным размером 19, равным разности между расстоянием до неопасного рельефа Lнр и радиусом Rmax, соответствующим углу крена γ, абсолютная величина которого не превышает 10°, при этом центры 16 и 17 расположены на линии нижней границы плановой проекции рельефа так, что боковые границы плановой проекции ЗП являются касательными к упомянутым дугам окружностей, радиусы которых определяются выражением:For the formation of the
где Wп - путевая скорость (горизонтальная проекция общего вектора скорости W), g - ускорение свободного падения, γрасч - расчетный угол крена, определяемый какwhere Wп is the ground speed (horizontal projection of the general velocity vector W), g is the acceleration of gravity, γcalc is the estimated angle of heel, defined as
При этом под неопасным рельефом понимается рельеф, удаленный от ЛА на безопасное расстояние Lнр, не меньшее Rmax и произведения Wп·Тз и не большее 2Rmax и вертикального размера плановой проекции рельефа.In this case, a non-hazardous relief is understood to mean a relief remote from the aircraft at a safe distance Lнр, not less than Rmax and the product Wп · Тз and not more than 2Rmax and the vertical size of the plan projection of the relief.
Как показано на фиг.1, поверхность, ограничивающая формируемое ЗП, обращена к рельефу, совмещена в исходной точке с ЛА, расширяется в направлении полета и имеет удаление переднего фронта от ЛА, соответствующее заданному времени полета Тз с текущей путевой скоростью Wп. Расширение ЗП в направлении полета при отсутствии маневрирования ЛА по курсу производится симметрично: и влево, и вправо на угол Δmin. При наличии ненулевой скорости разворота ωy расширение ЗП в направлении полета производится несимметрично: в сторону выполняемого разворота - на угол Δmin+Δ, а в противоположную сторону - на угол Δmin. При этом дополнительный угол расширения зоны защитного пространства Δ определяется в зависимости от угловой скорости выполняемого в сторону расширения разворота: Δ=f1 (ωу) и ограничен по величине: Δmin+Δ<Δmax.As shown in figure 1, the surface bounding the formed RFP faces the terrain, is aligned at the starting point with the aircraft, expands in the direction of flight and has a leading edge away from the aircraft, corresponding to a given flight time T3 with the current ground speed Wп. The expansion of the RF in the direction of flight in the absence of maneuvering the aircraft at the heading is symmetrical: to the left and to the right by the angle Δmin. In the presence of a nonzero turning speed ωy, the expansion of the airfoil in the direction of flight is asymmetric: towards the performed turn - by the angle Δmin + Δ, and in the opposite direction - by the angle Δmin. In this case, the additional angle of expansion of the zone of the protective space Δ is determined depending on the angular velocity performed in the direction of expansion of the turn: Δ = f1 (ωу) and is limited in magnitude: Δmin + Δ <Δmax.
Граничную поверхность ЗП 2 (см. фиг.1) формируют шестью последовательными гранями (см. 20...23, 25 и 26 на фиг 1). Первые пять последовательных граней составляют часть граничной поверхности, предупреждающую об опасности снижения ЛА до минимально допустимой высоты полета (Нмд). Эта часть граничной поверхности расположена ниже прогнозируемой траектории ухода ЛА от опасного рельефа набором высоты 24 на величину Н1+ΔН1, не меньшую Нмд+ΔН1, где величина дополнительного смещения ΔН1>0 и определяется глубиной расположения аварийной сигнальной области 3 внутри ЗП. Шестая последовательная грань 26 граничной поверхности 2 расположена вертикально вверх и составляет часть граничной поверхности, предупреждающую о рельефе с опасным превышением в направлении полета. При этом под рельефом с опасным превышением понимается рельеф, от которого невозможно уйти, выполняя только набор высоты с соблюдением требований по допустимой вертикальной перегрузке. Первая грань 20 вертикальна, ее ширина равна ошибке определения координат ЛА Δк, а высота H1 является функцией Нмд, соответствующей тому этапу и режиму полета, к которым адаптируется ЗП: H1=f2(Нмд). Длины горизонтальных проекций второй 21 и третьей 22 граней (L2 и L3 соответственно) определяются необходимым временем выполнения вертикального маневра ЛА при обходе препятствия (с учетом допустимой вертикальной перегрузки). Наклон второй грани 21 относительно горизонта производится под углом, тангенс которого определяется отношением вертикальной Wу и путевой Wп скоростей. Третья грань 22 горизонтальна и ее длина (L3) определяется условием допустимой вероятности формирования ложной сигнализации. Четвертая грань 23, имеющая вертикальный размер Н4, простирается вертикально вверх до линии, смещенной на H1+ΔН1 вниз относительно прогнозируемой траектории ухода от опасного рельефа набором высоты 24. Пятая грань 25 (с длиной горизонтальной проекции L5) возвышается под допустимым траекторным углом набора высоты θдоп до достижения заданного расстояния от ЛА, определяемого заданным временем полета Тз со скоростью Wп и ограничиваемого вертикальной шестой гранью 26. Если при выполнении полета элементы рельефа, определяемые бортовой базой данных, по результатам выполняемых расчетов оказываются расположенными внутри ограниченного поверхностью 2 ЗП (см. фиг.1), формируется предупреждающая сигнализация о близком расположении рельефа в направлении полета, которая, как показано выше, сопровождается цветовым, штриховым или любым другим выделением вызвавших ее элементов рельефа на всех отображаемых его проекциях (см. 12 на фиг.2...4).The boundary surface of the RFP 2 (see figure 1) is formed by six consecutive faces (see 20 ... 23, 25 and 26 in figure 1). The first five consecutive faces form part of the boundary surface, warning about the danger of lowering the aircraft to the minimum permissible flight altitude (Nmd). This part of the boundary surface is located below the predicted trajectory of the aircraft moving away from the dangerous terrain by climbing 24 by a value of Н1 + ΔН1, not less than Nmd + ΔН1, where the value of the additional displacement ΔН1> 0 and is determined by the depth of the
Внутри ЗП рассчитывают аварийную сигнальную область, подобную по геометрии ЗП и ограничиваемую поверхностью 3, геометрически определяемой минимально допустимыми временами полета до опасного рельефа (см. фиг.1). Если элементы рельефа, определяемые бортовой базой данных, при выполнении полета оказываются, по расчетным данным, расположенными внутри аварийной сигнальной области, ограничиваемой поверхностью 3, формируют аварийную сигнализацию об опасном расположении рельефа в направлении полета.Inside the RFP, an alarm signal area is calculated, similar in geometry to the RFP and limited by
Т.о. рассмотренный выше способ и его варианты позволяют экипажу адекватно оценить степень опасности рельефа и принять правильное решение о необходимости и характере маневрирования.T.O. the method discussed above and its options allow the crew to adequately assess the degree of danger of the terrain and make the right decision about the need and nature of maneuvering.
Ниже описано устройство, реализующее заявляемый способ.The following describes a device that implements the inventive method.
Устройство на фиг.9, функционирующее на основе описанного выше способа, содержит навигационную систему 1, обнаружитель препятствий 2, устройство сигнализации 3, видеогенератор 4 и дисплей 5 на его выходе, при этом обнаружитель препятствий 2 включает вычислитель параметров текущего динамического состояния 6, определитель координат 7, вычислитель прогнозируемой траектории 8 и компаратор 9, выход навигационной системы 1 подключен к входам вычислителя параметров текущего динамического состояния 6, и определителя координат 7, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам вычислителя прогнозируемой траектории 8, третий вход которого соединен с базой аэронавигационной информации 10, первый и второй входы компаратора 9 соединены соответственно с блоком управления 11 и базой данных рельефа 12, первый и второй выходы компаратора 9 соответственно соединены с входом устройства сигнализации 3 и первым (а) входом формирователя плановой проекции рельефа 13, входящего в состав видеогенератора 4, второй (б) и третий (в) входы формирователя плановой проекции рельефа 13 соответственно соединены с базой аэронавигационной информации 10 и выходом определителя координат 7.The device of FIG. 9, operating on the basis of the method described above, comprises a navigation system 1, an obstacle detector 2, an alarm device 3, a video generator 4 and a display 5 at its output, while the obstacle detector 2 includes a calculator of parameters of the current dynamic state 6, a coordinate identifier 7, the calculator of the predicted trajectory 8 and the comparator 9, the output of the navigation system 1 is connected to the inputs of the calculator of the parameters of the current dynamic state 6, and the determinant of coordinates 7, the outputs of which respectively are connected to the first and second inputs of the calculator of the predicted trajectory 8, the third input of which is connected to the aeronautical information base 10, the first and second inputs of the comparator 9 are connected respectively to the control unit 11 and the terrain database 12, the first and second outputs of the comparator 9 are respectively connected to the input alarm device 3 and the first (a) input of the shaper of the plan projection of the relief 13, which is part of the video generator 4, the second (b) and third (c) inputs of the shaper of the projection of the relief 13, respectively Twain connected to the base 10 and aeronautical information output coordinates determinant 7.
В устройство введены формирователь ЗП 14, блок экстраполяции видеоотображения 15, вычислитель параметров синтезируемых проекций рельефа 16, формирователи синтезируемой фронтальной 17 и синтезируемой профильной 18 проекций рельефа, формирователи плановой 19, фронтальной 20 и профильной 21 проекций ЗП, а в видеогенератор 4 дополнительно введены формирователи совмещенной плановой 22, совмещенной фронтальной 23 и совмещенной профильной 24 проекций рельефа и ЗП, причем первый (а) вход формирователя ЗП 14 соединен с выходом навигационной системы 1, второй (б), третий (в) и четвертый (г) входы соединены соответственно с выходами вычислителя параметров текущего динамического состояния 6, базы аэронавигационной информации 10 и вычислителя прогнозируемой траектории 8, выход формирователя ЗП 14 соединен с третьим входом компаратора 9, первым входом вычислителя параметров синтезируемых проекций 16 и входами формирователей плановой 19, фронтальной 20 и профильной 21 проекций ЗП, первый и второй входы блока экстраполяции видеоотображения 15 соединены соответственно с выходами вычислителя параметров текущего динамического состояния 6 и вычислителя прогнозируемой траектории 8, вычислитель параметров синтезируемых проекций 16 соединен вторым входом с выходом вычислителя параметров текущего динамического состояния 6, первые (а) входы формирователей синтезируемой фронтальной и синтезируемой профильной проекций рельефа соединены со вторым выходом компаратора, а второй (б), третий (в) и четвертый (г) входы формирователей синтезируемых фронтальной 17 и профильной 18 проекций соединены соответственно с выходами вычислителя параметров синтезируемых проекций 16, определителя координат 7 и блока экстраполяции видеоотображения 15, соединенного выходом также с четвертым (г) входом формирователя плановой проекции рельефа 13, выход которого соединен с первым входом формирователя совмещенной плановой проекции рельефа и ЗП 22, первые входы формирователей совмещенной фронтальной 23 и совмещенной профильной 24 проекций соединены соответственно с выходами формирователей синтезируемой фронтальной 17 и синтезируемой профильной 18 проекций рельефа, вторые входы упомянутых формирователей совмещенной плановой 22, совмещенной фронтальной 23 и совмещенной профильной 24 проекций соединены соответственно с выходами формирователей плановой 19, фронтальной 20 и профильной 21 проекций ЗП, а выходы упомянутых формирователей совмещенных проекций (22, 23, 24) образуют выход видеогенератора 4.A shaper ZP 14, an extrapolation unit for video display 15, a calculator for the parameters of the synthesized projections of the relief 16, the shapers of the synthesized front 17 and the synthesized profile 18 projections of the relief, the shapers of the planned 19, front 20 and profile 21 projections of the ZP are introduced into the device, and the combined shapers are additionally introduced planned 22, combined frontal 23 and combined profile 24 projections of the relief and the RF, and the first (a) input of the former RF 14 is connected to the output of the navigation system 1, sec th (b), third (c) and fourth (d) inputs are connected respectively to the outputs of the calculator of the parameters of the current dynamic state 6, the base of aeronautical information 10 and the calculator of the predicted trajectory 8, the output of the shaper ЗП 14 is connected to the third input of the comparator 9, the first input of the calculator the parameters of the synthesized projections 16 and the inputs of the shapers planned 19, front 20 and profile 21 projections of the RFP, the first and second inputs of the extrapolation unit of the video image 15 are connected respectively to the outputs of the computer parameters m the current dynamic state 6 and the predicted trajectory calculator 8, the synthesized projection parameter calculator 16 is connected by a second input to the output of the current dynamic state parameter calculator 6, the first (a) inputs of the synthesized frontal and synthesized profile projections of the relief are connected to the second output of the comparator, and the second (b ), the third (c) and fourth (d) inputs of the formers of the synthesized frontal 17 and profile 18 projections are connected respectively to the outputs of the computer of the synthesis parameters projected projections 16, the coordinate determiner 7 and the extrapolation unit of the video image 15, also connected by the output to the fourth (d) input of the shaper of the plan projection of the relief 13, the output of which is connected to the first input of the shaper of the combined plan projection of the relief and ZP 22, the first inputs of the shapers of the combined frontal 23 and combined profile 24 projections are connected respectively to the outputs of the shapers of the synthesized frontal 17 and synthesized profile 18 projections of the relief, the second inputs of the said shapers with displacements routine 22, the combined front 23 and a combined profile projections 24 are respectively connected to the output of the routine 19, the front 20 and profile projections 21 CP, and the outputs of said generators aligned projections (22, 23, 24) form an output videogeneratora 4.
Вариант устройства, приведенный на фиг.10, содержит следующие дополнительные связи и блоки: формирователь плановой проекции рельефа, вычислитель параметров синтезируемых проекций рельефа и формирователи плановой, фронтальной и профильной проекций защитного пространства выполнены с масштабирующими входами (м), соединенными с выходом блока управления, а выход видеогенератора соединен с входом дисплея через блок вывода видеоотображения 25, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления.The embodiment of the device shown in Fig. 10 contains the following additional connections and blocks: a shaper of the planned projection of the relief, a calculator of the parameters of the synthesized projections of the relief and the shapers of the planned, frontal and profile projections of the protective space are made with scaling inputs (m) connected to the output of the control unit, and the output of the video generator is connected to the input of the display through the
Устройство на фиг.9 работает следующим образом.The device in Fig.9 works as follows.
Обнаружитель препятствий 2 по информации, поступающей на его входы с выхода навигационной системы 1, с выхода базы данных рельефа 12, с выхода базы аэронавигационной информации 10 и с выхода формирователя ЗП 14 выполняет следующие функции, аналогичные прототипу: определяет координаты ЛА в определителе координат 7, вычисляет прогнозируемую траекторию в вычислителе прогнозируемой траектории 8, вычисляет параметры текущего динамического состояния ЛА в вычислителе параметров текущего динамического состояния 6, а компаратор 9, в отличие от прототипа, определяет наличие совпадения пространства элементов базы данных рельефа с ЗП, а не с прогнозируемой траекторией, используемой в прототипе для этой цели вместо ЗП.
По информации о параметрах текущего динамического состояния, координатах ЛА и прогнозируемой траектории, поступающей на входы "б" и "г" с выходов обнаружителя препятствий 2, а также по информации, поступающей на вход "а" с выхода навигационной системы 1 и на вход "в" с выхода базы аэронавигационной информации 10, блок формирования ЗП 14 производит формирование ЗП, информация о котором поступает на компаратор 9, входящий в состав обнаружителя препятствий 2, для сравнения с элементами рельефа. Если при сравнении ЗП с элементами рельефа обнаруживается пространство, принадлежащее как ЗП, так и пространству базы данных рельефа, то компаратор 9, входящий в состав обнаружителя препятствий 2, вырабатывает на выходе сигнал, поступающий на устройство сигнализации 3, предупреждающее об опасности. Одновременно данный сигнал поступает на входы "а" формирователей плановой 13, фронтальной 17 и профильной 18 проекций рельефа для выделения элементов рельефа, оказавшихся внутри ЗП.According to the information about the parameters of the current dynamic state, the coordinates of the aircraft and the predicted trajectory received at the inputs "b" and "g" from the outputs of the
Блок экстраполяции видеоотображения 15 по входной информации, поступающей с вычислителя прогнозируемой траектории 8 и вычислителя параметров текущего динамического состояния 6, формирует сигнал для окрашивания рельефа на плановой, профильной и фронтальной проекциях, поступающий соответственно на вход "г" формирователя плановой проекции рельефа 13, на входы "б" формирователей синтезируемой фронтальной 17 и синтезируемой профильной 18 проекций рельефа.The extrapolation unit of the
Сигналы, поступающие на вход компаратора 9 с выхода блока управления 11, позволяют производить отключение сигнализации.The signals received at the input of the
Вычислитель параметров синтезированных проекций 16 производит вычисление параметров синтезированных профильной и фронтальной проекций рельефа по информации, поступающей с выхода вычислителя параметров текущего динамического состояния 6 и с выхода формирователя ЗП 14.The parameter calculator of the synthesized
Формирователь плановой проекции рельефа 13, входящий в состав видеогенератора 4, так же, как в прототипе, в качестве входной информации использует поступающий на вход "а" с выхода компаратора 9 сигнал определения состава элементов рельефа, вызвавших сигнализацию, поступающие на вход "б" с выхода базы аэронавигационной информации 10 данные об аэродромах, поступающую на вход "в" с выхода определителя координат 7 информацию о местонахождении ЛА и поступающую на вход "г" с выхода блока экстраполяции видеоотображения 15 информацию об окрашивании рельефа с учетом опасности, которую рельеф представляет для ЛА, учитывая текущие параметры движения ЛА и заданное время прогноза его местоположения.The shaper of the planned projection of the
Формирователь синтезируемой фронтальной проекции 17 и формирователь синтезируемой профильной проекции 18 формируют соответственно синтезированные фронтальную и профильную проекции рельефа по информации о месте нахождении ЛА, поступающей на входы "в" блоков 17 и 18 с выхода блока определителя координат 7, по информации о цветовой окраске рельефа, поступающей на входы "б" блоков 17 и 18 с выхода блока экстраполяции видеоотображения 15, по информации о составе элементов рельефа, вызвавших сигнализацию, поступающей на входы "а" блоков 17 и 18 с выхода компаратора 9, и по информации о параметрах синтезированных профильной и фронтальной проекций, поступающей на входы "г" блоков 17 и 18 с выхода вычислителя параметров синтезированных проекций 16.The shaper of the synthesized
Формирователь плановой проекции ЗП 19, формирователь фронтальной проекции ЗП 20 и формирователь профильной проекции ЗП 21 формируют соответственно плановую, фронтальную и профильную проекции ЗП по информации, поступающей с выхода формирователя ЗП 14.The shaper of the planned
Видеогенератор 4 производит совмещение соответствующих сформированных проекций рельефа и ЗП: формирователь совмещенной плановой проекции рельефа и ЗП 22 совмещает плановые проекции рельефа и ЗП, сформированные соответственно формирователем плановой проекции рельефа 13 и формирователем плановой проекции ЗП 19, формирователь совмещенной фронтальной проекции рельефа и ЗП 23 совмещает фронтальные проекции рельефа и ЗП, сформированные соответственно формирователем синтезированной фронтальной проекции рельефа 17 и формирователем фронтальной проекции ЗП 20, формирователь совмещенной профильной проекции рельефа и ЗП 24 совмещает профильные проекции рельефа и ЗП, сформированные соответственно формирователем синтезированной профильной проекции рельефа 18 и формирователем профильной проекции ЗП 21.The
Видеогенератор 4 по информации, поступающей с выходов соответствующих формирователей совмещенных проекций 22, 23 и 24, формирует на выходе видеосигнал, поступающий на вход дисплея 5 для отображения совмещенной проекции рельефа и ЗП.The
В устройстве на фиг.10 дополнительно реализована функция ручного выбора экипажем видеоотображения необходимой совмещенной проекции с помощью блока выбора видеоотображения совмещенных проекций 25. Одновременно реализуется функция ручного выбора экипажем масштаба видеоотображения трех совмещенных проекций подачей масштабирующего сигнала с выхода блока управления 11 на масштабирующие входы (м) формирователя плановой проекции рельефа 13, вычислителя параметров синтезируемых проекций 16, формирователя плановой проекции защитного пространства 19, формирователя фронтальной проекции защитного пространства 20 и формирователя профильной проекции защитного пространства 21.In the device of FIG. 10, the function of manual selection by the crew of the video image of the necessary combined projection using the video projection selection unit of the combined
Т.о., заявляемый способ и устройство на его основе позволяют реализовать новые преимущества систем предупреждения столкновения ЛА с землей:Thus, the inventive method and device based on it allow you to realize the new advantages of systems for preventing collisions of aircraft with the ground:
- повысить информированность экипажа о конфигурации рельефа, представляющего опасность, путем отображения трех проекций подстилающей поверхности с использованием трех координатных сеток и выделения элементов рельефа внутри защитного пространства и тем самым упростить задачу по принятию решения о необходимости маневрирования и выбору характера маневра для ухода от опасного рельефа;- increase crew awareness of the configuration of the hazardous terrain by displaying three projections of the underlying surface using three coordinate grids and highlighting the relief elements within the protective space and thereby simplify the task of deciding on the need for maneuvering and choosing the nature of maneuver to avoid a dangerous terrain;
- уточнить степень опасности, которую представляет впереди расположенный рельеф, путем отображения в одном масштабе трех совмещенных проекций рельефа и ЗП и выделения элементов рельефа, оказавшихся внутри ЗП;- to clarify the degree of danger posed by the relief located in front by displaying on one scale three combined projections of the relief and the RF and highlighting the relief elements that are inside the RF;
- упростить задачу экипажу по принятию решения о необходимости маневрирования и выбору характера маневра для ухода от представляющего опасность рельефа путем повышения информированности экипажа о конфигурации рельефа и уточнения степени опасности, которую он представляет;- to simplify the task for the crew to decide on the need for maneuvering and to choose the nature of maneuver for avoiding the hazardous terrain by increasing the awareness of the crew about the configuration of the terrain and clarifying the degree of danger it poses;
- расширить возможности экипажа по предотвращению опасного сближения с рельефом путем обеспечения возможности анализа в трех совмещенных проекциях конфигурации впереди расположенного рельефа как при опасном сближении с рельефом, так и в любое удобное для экипажа время.- expand the capabilities of the crew to prevent a dangerous approach to the terrain by providing the possibility of analysis in three combined projections of the configuration in front of the terrain, both during a dangerous approach to the terrain and at any time convenient for the crew.
Реализация перечисленных преимуществ позволяет повысить надежность предсказания возможности столкновения ЛА с землей и расширить возможности экипажа по предотвращению опасного сближения с рельефом путем повышения объема информации о взаимном расположении ЛА и опасного рельефа (отображения трех проекций рельефа вместо двух, использования трех координатных сеток вместо двух, отображения проекций защитного пространства, выделения элементов рельефа внутри защитного пространства) и повысить эргономичность представления информации экипажу путем отображения совмещенных проекций рельефа и защитного пространства, использования вертикальной скорости при окрашивании рельефа и выделения элементов рельефа внутри защитного пространства.The implementation of these advantages allows to increase the reliability of the prediction of the possibility of an aircraft collision with the ground and to expand the crew's ability to prevent dangerous proximity with the terrain by increasing the amount of information about the relative position of the aircraft and the dangerous terrain (displaying three projections of the relief instead of two, using three coordinate grids instead of two, displaying projections protective space, the allocation of relief elements inside the protective space) and to increase the ergonomics of the presentation of information e ipazhu by displaying the combined projections and relief protective space, using the vertical speed when dyeing the relief and release of the relief elements inside the protective space.
Предложенный способ и его варианты полностью реализуются в устройствах, представленных на фиг.9-10.The proposed method and its variants are fully implemented in the devices shown in Fig.9-10.
Блоки, входящие в состав устройств, представленных на Фиг.9-10, реализуются с использованием аппаратно-программных модулей, построенных на базе широко распространенных стандартных устройств аналоговой и цифровой вычислительной техники (блоки 2-25), либо входят в состав бортового оборудования ЛА (блок 1).Blocks that are part of the devices shown in Fig.9-10, are implemented using hardware-software modules built on the basis of the widely used standard devices of analog and digital computing equipment (blocks 2-25), or are part of the aircraft avionics ( block 1).
Для разработки программного обеспечения, реализующего необходимые функции упомянутых устройств, использовались стандартные языки программирования ("С", "C++"), программно-математическое обеспечение фирм "MICROSOFT", "BORLAND" и известные формулы геодезических преобразований [6].To develop software that implements the necessary functions of the mentioned devices, standard programming languages ("C", "C ++"), software-mathematical software of the firms "MICROSOFT", "BORLAND" and well-known formulas of geodetic transformations were used [6].
Блок 3 реализован на базе аналоговых звуковых кодеров и декодеров фирмы "TEXAS INSTRUMENTS", операционных усилителей фирмы "MAXIM" и программируемых логических интегральных схем фирмы "ALTERA".
Блок 5 реализован на базе жидкокристаллической матрицы фирмы "SHARP".
Блоки 6-9 (входящие в состав блока 2), а также блоки 13-21 реализованы на базе интегрированного модуля фирмы "AMPRO" с процессорным модулем фирмы "ANALOG MICRODEVICSES", работающего от источника питания фирмы "АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК". В указанных блоках также используются интерфейсные микросхемы фирмы "ANALOG DEVICES" и прецизионные программируемые усилители фирмы "TEXAS INSTRUMENTS".
Блоки 10 и 12 реализованы на базе постоянных запоминающих устройств "DiskOnChip" фирмы "M-SYSTEMS". Блоки 11 и 25 реализованы на базе переключателей фирмы "BOURNS", соединителей фирмы "MOLEX", преобразователей напряжений фирмы "MAXIM".
Блоки 22-24 (входящие в состав блока 4) реализованы на базе видеоконтроллера фирмы "SHARP", видеоусилителей фирмы "MAXIM" и высоковольтных преобразователей фирмы "TDK".Blocks 22-24 (which are part of block 4) are implemented on the basis of a SHARP video controller, MAXIM video amplifiers and TDK high-voltage converters.
Математическое моделирование, полунатурные и летные испытания системы СРПБЗ, в которой реализован заявляемый способ, показывают, что вероятность аварийных летных ситуаций по сравнению с прототипом снижается на 20-25%.Mathematical modeling, full-scale and flight tests of the SRPBZ system, in which the inventive method is implemented, show that the probability of emergency flight situations compared with the prototype is reduced by 20-25%.
Проведенные летные испытания на самолетах Ту-154, Як-40 и Як-42 показали эффективность использования заявляемого устройства.Conducted flight tests on aircraft Tu-154, Yak-40 and Yak-42 showed the effectiveness of the use of the inventive device.
Т.о. заявляемое изобретение чрезвычайно перспективно для использования на борту ЛА для снижения вероятности летных происшествий.T.O. The claimed invention is extremely promising for use on board an aircraft to reduce the likelihood of flight accidents.
Литературные источники, принятые во внимание:Literary sources taken into account:
1. Патент Франции №2731824, кл. G 08 G 5/04, заявл. 17.03.1995 г., опубл. 20.09.1998 г.1. French patent No. 2731824, cl. G 08
2. Патент Франции №2747492, кл. G 08 G 5/04, заявл. 15.04.1996 г., опубл. 17.10.1997 г.2. French patent No. 2747492, cl. G 08
3. Патент Франции №2773609, кл. G 01 C 5/00, заявл. 12.01.1998 г., опубл. 16.07.1999 г.3. French patent No. 2773609, cl. G 01
4. Патент США №5892462, кл. G 08 G 5/04, заявл. 20.06.1997 г., опубл. 06.04.1999 г.4. US Patent No. 5892462, cl. G 08
5. Патент США №6021374, кл. G 06 F 163/00, заявл. 09.10.1997 г., опубл. 01.02.2000 г.5. US patent No. 6021374, CL. G 06 F 163/00, claimed 10/09/1997, publ. 02/01/2000
6. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. М., Недра, 1976.6. Zakatov P.S. Course of higher geodesy. M., Nedra, 1976.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118456/11A RU2262746C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118456/11A RU2262746C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2262746C1 true RU2262746C1 (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35863194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004118456/11A RU2262746C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2262746C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529016C1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Андрей Викторович Тельный | Method of locating mobile object in navigation measurements |
| RU2664090C1 (en) * | 2017-08-08 | 2018-08-15 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Method and system of prevention of the manned flying machine collision with the earth surface, multifunctional, maneuvered airplane with the warning system of collision with earth surface |
-
2004
- 2004-06-10 RU RU2004118456/11A patent/RU2262746C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529016C1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Андрей Викторович Тельный | Method of locating mobile object in navigation measurements |
| RU2664090C1 (en) * | 2017-08-08 | 2018-08-15 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Method and system of prevention of the manned flying machine collision with the earth surface, multifunctional, maneuvered airplane with the warning system of collision with earth surface |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0965118B1 (en) | Apparatus for indicating air traffic and terrain collision threat to an aircraft | |
| RU2211489C2 (en) | Method and device for avoidance of collision of flying vehicle provided with updated visualization system with ground | |
| US5448233A (en) | Airborne obstacle collision avoidance apparatus | |
| US6591170B2 (en) | Method and apparatus for reducing false taws warnings and navigating landing approaches | |
| US6906641B2 (en) | Apparatus, method and computer program product for helicopter enhanced ground proximity warning system | |
| RU2153195C1 (en) | Device for preventing aircraft collision to ground | |
| RU2301456C1 (en) | Method of prevention of collision of flying vehicle with ground and device functioning on basis of this method | |
| US6583733B2 (en) | Apparatus, method and computer program product for helicopter ground proximity warning system | |
| US6833797B2 (en) | Method, apparatus and computer program product for displaying terrain in rotary wing aircraft | |
| US10854097B2 (en) | Anti-collision device and related avionic protection system, anti-collision method and computer program | |
| US20220295025A1 (en) | Projection system with interactive exclusion zones and topological adjustment | |
| KR101274172B1 (en) | Collision avoidance device and collision avoidance method | |
| EP3062302A1 (en) | System and methods for providing situational awareness information for a relative navigation system | |
| US20210350716A1 (en) | Detecting and avoiding conflicts between aircraft | |
| JP7298063B1 (en) | machine learning recognition system | |
| EP1285228B1 (en) | Apparatus, method and computer program product for helicopter enhanced ground proximity warning system | |
| RU2262746C1 (en) | Method for preventing aircraft from colliding with ground and device based on said method | |
| RU39960U1 (en) | INFORMATION TEAM LEADER SYSTEM | |
| EP3717355B1 (en) | Aircraft landing aid visual indicator device and method for guiding aircraft landing | |
| RU2397549C1 (en) | Method of warning on threat of collision of helicopter with ground obstacles | |
| EP3879308A1 (en) | A method, computer program product, system and craft for collision avoidance | |
| RU2376645C1 (en) | Method of preventing collision of airplanes and helicopters with terrain features and device based on said method | |
| UA25341U (en) | Device for warning about the aircraft approaching the earth surface | |
| RU2271039C1 (en) | System for preventing collision of aircraft with ground | |
| Degtyarev et al. | Broadcast algorithms for detection and decentralized resolution of unsafe approach of airborne aircraft based on the force field method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120611 |
|
| BF4A | Cancelling a publication of earlier date [patents] |
Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED |