RU2608183C1 - Aircraft landing multistage system - Google Patents
Aircraft landing multistage system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608183C1 RU2608183C1 RU2015149357A RU2015149357A RU2608183C1 RU 2608183 C1 RU2608183 C1 RU 2608183C1 RU 2015149357 A RU2015149357 A RU 2015149357A RU 2015149357 A RU2015149357 A RU 2015149357A RU 2608183 C1 RU2608183 C1 RU 2608183C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- ground
- transmitter
- landing
- board
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
- G01S13/765—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted with exchange of information between interrogator and responder
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/02—Automatic approach or landing aids, i.e. systems in which flight data of incoming planes are processed to provide landing data
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиации, в частности к многопозиционным системам посадки воздушных судов (ВС) в условиях сложного рельефа местности.The invention relates to aviation, in particular to multi-position aircraft landing systems (Aircraft) in difficult terrain.
Известна система посадки воздушных судов [см. 1: патент США №6469654, Transponder landing system. МПК: G01S 13/76; G01S 13/91; G01S 3/46, опубл. 22.10. 2002], так называемая транспондерная система TLS. Система посадки TLS, в первую очередь, предназначена для установки там, где трудно обеспечить требуемые точности приземления ВС по условиям рельефа местности в районе аэродрома. При этом система TLS использует стандартное бортовое оборудование ВС, что является достоинством данной системы посадки. В настоящее время системы посадки TLS активно внедряются в гражданской и военной авиации США. В различных странах мира на аэродромах со сложным рельефом местности уже несколько лет эксплуатируются системы TLS.The aircraft landing system is known [see 1: US patent No. 6469654, Transponder landing system. IPC:
Работа известной системы TLS основана на использовании аппаратуры вторичной радиолокации (BPЛ). При этом в районе взлетно-посадочной полосы (ВПП) устанавливают маломощный запросчик (приемо-передатчик) системы вторичной радиолокации (ВРЛ), который запрашивает воздушные суда (ВС), находящиеся в зоне посадки. По задержке прихода ответного сигнала определяют дальность, а для определения угла места и азимута применяется аппаратура, использующая фазометрический метод измерения углов. Для идентификации ВС, заходящих на посадку, диспетчер вводит в TLS бортовой номер ВС. Для обеспечения требуемой точности определения координат местоположения ВС используется сложная обработка информации с использованием калмановской нелинейной фильтрации. По координатам местоположения ВС рассчитывают его отклонение от расчетной глиссады. Рассчитанные отклонения ВС от глиссады передаются на борт по линии передачи сигналов управления (ЛПСУ) в формате сигналов системы посадки ILS, которые принимаются бортовыми приемниками курса и глиссады системы ILS и дальше передаются в систему автоматического управления (САУ) ВС или выводятся на индикацию пилоту. Таким образом, система TLS обеспечивает посадку ВС, используя при этом стандартное бортовое оборудование.The well-known TLS system is based on the use of secondary radar equipment (BPL). At the same time, a low-power interrogator (transceiver) of a secondary radar system (VRL) is installed in the area of the runway (runway), which requests aircraft (aircraft) located in the landing zone. The range is determined by the delay in the arrival of the response signal, and equipment is used to determine the elevation angle and azimuth using the phase-measuring method of measuring angles. To identify aircraft approaching, the dispatcher enters the aircraft side number in TLS. To ensure the required accuracy of determining the location coordinates of the aircraft, complex information processing using Kalman nonlinear filtering is used. Based on the location coordinates of the aircraft, its deviation from the calculated glide path is calculated. The calculated deviations of the aircraft from the glide path are transmitted to the aircraft via the control signal line (LPSU) in the format of the ILS landing system signals, which are received by the on-board receivers of the course and glide path of the ILS system and then transferred to the aircraft automatic control system (ACS) or displayed to the pilot. Thus, the TLS system provides an aircraft landing using standard on-board equipment.
Недостатком системы посадки TLS является фазометрический способ измерения углов, который требует применения достаточно сложных антенн и аппаратуры.The disadvantage of the TLS landing system is the phasometric method of measuring angles, which requires the use of rather complex antennas and equipment.
Известна многопозиционная система посадки воздушных судов [см. 2: патент США №5017930. Precision landing system. МПК B64D 45/04; B64F 1/18; G01S 1/16; G01S 1/18; G01S 13/74; G01S 13/88; G01S 13/91; G01S 19/48; G01S 3/02; G01S 5/00; G01S 5/14; G08G 5/02; опубл. 21.05.1991], содержащая наземный запросчик и не менее четырех наземных приемников ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию связи с наземной ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой воздушного судна, включающей бортовую аппаратуру управления воздушным судном и бортовой ответчик, соединенный через радиолинию «запрос-ответ» с наземным запросчиком, причем ЭВМ управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна (ВС) и отклонения его от траектории посадки. При этом три приемника ответных сигналов ВС расположены перпендикулярно оси ВПП, в районе ее центра, а другие приемники расположены на продолжении оси ВПП по одному с каждой стороны захода на посадку ВС и на некотором удалении от торца ВПП. Таким образом, приемники ВРЛ на поверхности аэродрома образуют букву "Т". Местоположение всех приемников точно определено в аэродромной декартовой системе координат. Современные геодезические приборы позволяют делать привязку с точностью до единицы сантиметров. Поэтому точно известно время передачи сигналов от приемников в центральный вычислитель, которое в дальнейшем учитывается при расчете местоположения ВС.Known multi-position aircraft landing system [see 2: US patent No. 5017930. Precision landing system. IPC B64D 45/04;
Принцип действия данной системы заключается в следующем. Запросчик запрашивает ВС, находящиеся в зоне посадки. Все приемники и запросчик синхронизированы системой единого времени. По задержке прихода ответного сигнала определяются дальности до ВС. Так же, как и в системе TLS, по бортовому номеру осуществляется идентификация ВС, заходящих на посадку. Для определения координат местоположения ВС используется метод калмановской нелинейной фильтрации [см. 3: Балакришнан А.В. Теория фильтрации Калмана. Перевод с англ. С.М. Зуева, под ред. А.А. Новикова. - Москва: Мир, 1988. - 168 с.]. По координатам местоположения ВС рассчитывают его отклонение от заданной траектории посадки по курсу и глиссаде. Рассчитанные отклонения ВС передаются на борт по линии передачи сигналов управления (ЛПСУ) в формате сигналов системы посадки ILS, которые принимаются бортовыми приемниками курса и глиссады системы ILS и дальше передаются в бортовую систему автоматического управления (САУ) ВС или выводятся на индикацию его пилоту.The principle of operation of this system is as follows. The interrogator requests aircraft located in the landing zone. All receivers and interrogator are synchronized by a single time system. By the delay in the arrival of the response signal, the distances to the aircraft are determined. As in the TLS system, the aircraft identification is carried out using the on-board number. To determine the location coordinates of the aircraft, the Kalman nonlinear filtering method is used [see 3: Balakrishnan A.V. Kalman filtering theory. Translation from English CM. Zueva, ed. A.A. Novikov. - Moscow: Mir, 1988. - 168 p.]. Based on the location coordinates of the aircraft, its deviation from the given landing path at the heading and glide path is calculated. The calculated aircraft deviations are transmitted to the aircraft via the control signal line (LPSU) in the format of the ILS landing system signals, which are received by the on-board receivers of the ILS system heading and glide path and then transmitted to the aircraft on-board automatic control system (ACS) or displayed to its pilot.
Данная система посадки имеет недостаточную надежность безопасного вывода ВС на ВПП, связанную с высокими погрешностями в определении местоположения ВС.This landing system has insufficient reliability of the safe withdrawal of aircraft on the runway, associated with high errors in determining the location of the aircraft.
Это связано с тем, что особенностью системы вторичной радиолокации (ВРЛ), используемой в системах посадки ВС, является то, что при формировании ответного сигнала, например в режиме «RBS» или режиме «S», в бортовых ответчиках возникают существенные задержки, которые являются детерминированными (постоянными) для конкретного ответчика ВС. Величина задержки в пересчете на дальность может достигать 150 метров. Такие задержки неприемлемы для систем посадки, где местоположение ВС должно определяться с точностью до нескольких метров. Кроме того, здесь используется калмановская фильтрация. При этом в вектор состояния включают три координаты местоположения ВС, три скорости изменения координат местоположения ВС по соответствующим осям аэродромной системы координат (СК), а также задержку ответного сигнала ВРЛ. В теории калмановской фильтрации существует понятие "наблюдаемость", которое определяет возможность получения оценок вектора состояния по имеющимся измерениям. Для определения наблюдаемости калмановских фильтров был разработан (см. 4: Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. М., Наука, 1979. - 448 с.) необходимый и достаточный критерий. В соответствии с этим критерием ранг матрицы, составленной из матрицы вектора наблюдения и матриц производных вектора наблюдения, должен быть равен размерности вектора состояния синтезируемого фильтра. В данном случае вектор состояния, включающий указанную выше задержку ответного сигнала, будет не наблюдаем, т.е. калмановским методом величину задержки ответного сигнала ВРЛ определить невозможно.This is due to the fact that a feature of the secondary radar system (VRL) used in aircraft landing systems is that when forming a response signal, for example, in the RBS mode or S mode, significant delays occur in the airborne transponders, which are deterministic (constant) for a particular aircraft transponder. The amount of delay in terms of range can reach 150 meters. Such delays are unacceptable for landing systems, where the location of the aircraft should be determined with an accuracy of several meters. In addition, Kalman filtering is used here. In this case, the state vector includes three coordinates of the aircraft’s location, three rates of change in the coordinates of the aircraft’s location along the corresponding axes of the aerodrome coordinate system (SC), as well as a delay in the response of the VRL. In the theory of Kalman filtration, there is the concept of “observability”, which determines the possibility of obtaining estimates of the state vector from the available measurements. To determine the observability of Kalman filters, a theory of correlation-extreme navigation systems was developed (see 4: Krasovsky A.A., Beloglazov I.N., Chigin G.P., Nauka, 1979. - 448 pp.) Necessary and sufficient criterion. In accordance with this criterion, the rank of the matrix composed of the matrix of the observation vector and the matrices of derivatives of the observation vector must be equal to the dimension of the state vector of the synthesized filter. In this case, the state vector including the delay of the response signal indicated above will not be observed, i.e. by the Kalman method, the value of the delay of the VRL response signal cannot be determined.
Таким образом, рассматриваемая система посадки будет иметь большие погрешности в определении местоположения ВС.Thus, the landing system under consideration will have large errors in determining the location of the aircraft.
Известна многопозиционная система посадки воздушных судов [см. 5: патент на изобретение РФ №2558412, МПК G01S 1/20 (2006.01), B64D 45/04 (2006.01), опубл. 10.08.2015], содержащая не менее четырех наземных приемо-передающих радиостанций с высокоточными синхронизированными часами, расположенных в точках, известных с высокой точностью и являющихся вершинами многоугольника, в центре которого расположена взлетно-посадочная полоса. Воздушные суда (ВС), заходящие на посадку, содержат приемо-передающую радиостанцию, высокоточный высотомер малых весов, задатчик траектории захода на посадку, бортовую ЭВМ, соединенную с автопилотом приводами рулей и внутрикабинными индикаторами.Known multi-position aircraft landing system [see 5: patent for the invention of the Russian Federation No. 2558412, IPC G01S 1/20 (2006.01), B64D 45/04 (2006.01), publ. 08/10/2015], containing at least four terrestrial radio transceivers with high-precision synchronized clocks located at points that are known with high accuracy and are the vertices of the polygon, in the center of which there is a runway. Aircraft (aircraft), approaching, contain a transceiver radio station, a high-precision altimeter of small weights, a trajectory of the approach path, an onboard computer connected to the autopilot with rudder drives and in-car indicators.
Наземные приемо-передающие радиостанции, наземная ЭВМ и радиостанции, находящиеся на борту ВС, образуют сеть из линий передачи данных, причем координаты наземных радиостанций заранее известны с высокой точностью. Наземные приемо-передающие радиостанции разнесены на достаточное расстояние друг от друга и являются вершинами многоугольника, в центре которого расположена ВПП. Воздушные суда в составе бортового оборудования имеют высокоточные высотомеры малых высот, а также задатчик траектории захода на посадку и бортовую ЭВМ, соединенную с автопилотом приводами рулей и внутрикабинными индикаторами. Посылки радиостанций строго синхронизированы, привязаны к моментам единого времени и содержат данные об идентификационных номерах источников информации и поправку на задержку в радиотракте. На наземной ЭВМ по величине задержки принятого кодированного сообщения каждой наземной станцией вычисляют соответствующую псевдодальность до ВС и поправку на величину систематической задержки, решают уравнения псевдодальностей и вычисляют координаты ВС, которые передают на борт соответствующих ВС. На борту ВС по величине задержек принятых кодированных сообщений от каждой наземной станции вычисляются соответствующие псевдодальности до наземных приемо-передающих радиостанций и поправки на величину систематической задержки, решают уравнения псевдодальностей и вычисляют координаты ВС. Бортовая ЭВМ по измеренным координатам вычисляет отклонения от заданной траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях, формирует управляющие воздействия для корректировки указанных отклонений и передают их на автопилот для отработки приводами соответствующих рулевых поверхностей, а также для индикации на штатном бортовом командном авиагоризонте или на иных индикаторах. На заключительном этапе захода на посадку, когда ВС находится в пределах ВПП или ее продолжения, для вычисления отклонений от заданной траектории в вертикальной плоскости используются показания высокоточного радиовысотомера малых высот или лазерного высотомера, измеряющего высоту от уровня поверхности ВПП.Terrestrial radio transceivers, ground computers and radios on board the aircraft form a network of data lines, and the coordinates of terrestrial radio stations are known in advance with high accuracy. Terrestrial radio transceivers are spaced a sufficient distance from each other and are the vertices of the polygon in the center of which the runway is located. Aircraft as a part of on-board equipment have high-precision altimeters of low altitudes, as well as an approach path adjuster and an onboard computer connected to the autopilot with rudder drives and intra-cabin indicators. Parcels of radio stations are strictly synchronized, tied to the moments of a single time and contain data on the identification numbers of information sources and an adjustment for the delay in the radio path. On a ground computer, the corresponding pseudorange to the aircraft and the correction for the amount of systematic delay are calculated by the delay value of the received coded message by each ground station, the pseudorange equations are solved, and the coordinates of the aircraft, which are transmitted onboard the corresponding aircraft, are calculated. On board the aircraft, according to the delay in received coded messages from each ground station, the corresponding pseudorange to the ground transmitting and receiving radio stations and corrections for the amount of systematic delay are calculated, the pseudorange equations are solved, and the coordinates of the aircraft are calculated. Based on the measured coordinates, the on-board computer calculates deviations from the given trajectory in the horizontal and vertical planes, generates control actions for correcting the indicated deviations, and transfers them to the autopilot for working out the corresponding steering surfaces by the drives, as well as for displaying on the standard on-board command horizon or other indicators. At the final stage of the approach, when the aircraft is within the runway or its continuation, to calculate the deviations from the given trajectory in the vertical plane, the readings of a high-precision low-altitude radio altimeter or a laser altimeter measuring the height from the runway surface level are used.
Многопозиционная система посадки работает следующим образом. На борту ВС, находящемся в зоне аэродрома, с помощью задатчика выставляют траекторию захода на посадку, которая может представлять собой уравнение, связывающее координаты время и такой параметр, как дальность до некоторой точки на ВПП, в качестве которой может использоваться контрольная точка аэродрома (КТА) или координаты торца ВПП. При автоматическом зависимом наблюдении в вещательном диапазоне (АЗН-В), как известно, шкалу единого времени разделяют на временные отрезки или слоты, определенное количество которых составляют кадры (фреймы) и суперкадры (суперфреймы). В заранее зарезервированных слотах радиопередатчик ВС транслирует свой идентификационный номер и другие данные, причем момент начала посылки) известен и строго фиксирован по шкале единого времени. Каждая наземная радиостанция прослушивает эфир и фиксирует момент прихода посылки от ВС. Так как моменты времени фиксированы, то определяется время запаздывания и псевдодальности от ВС до каждой из наземных приемо-передающих радиостанций.Multiposition landing system works as follows. On board the aircraft located in the area of the aerodrome, with the help of the master set the approach path, which can be an equation relating the coordinates of the time and such a parameter as the distance to a point on the runway, which can be used as a control point of the aerodrome (CTA) or the coordinates of the end of the runway. In automatic dependent monitoring in the broadcast range (ADS-B), as you know, the single time scale is divided into time periods or slots, a certain number of which are frames (frames) and superframes (superframes). In pre-reserved slots, the BC radio transmitter broadcasts its identification number and other data, moreover, the moment the parcel starts) is known and strictly fixed on a single time scale. Each terrestrial radio station listens on the air and records the moment the parcel arrives from the aircraft. Since the time instants are fixed, the time of delay and pseudorange from the aircraft to each of the ground transmitting and receiving radios is determined.
Для вычисления неизвестных координат ВС x, y, h решают систему уравнений для m псевдодальностей. Поскольку число неизвестных координат с добавлением неизвестной величины ухода бортовых часов равно четырем, то для их отыскания количество уравнений m должно быть не менее четырех. Соответственно, количество наземных радиостанций должно быть не менее четырех.To calculate the unknown coordinates of the aircraft x, y, h solve a system of equations for m pseudorange. Since the number of unknown coordinates with the addition of an unknown departure value for the onboard clock is four, then to find them the number of equations m must be at least four. Accordingly, the number of terrestrial radio stations should be at least four.
Перед заходом на посадку с помощью задатчика устанавливают одну из возможных траекторий захода на посадку, которая удовлетворяет требованиям безопасного пролета препятствий в районе аэродрома. Бортовая ЭВМ по измеренным координатам вычисляет отклонения от заданной траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях, формирует управляющие воздействия для корректировки указанных отклонений и передает их на автопилот для отработки приводами соответствующих рулевых поверхностей, а также для индикации на штатном бортовом командном авиагоризонте или на иных индикаторах.Before approaching with the help of the adjuster, one of the possible approach paths is set, which satisfies the requirements of safe flight of obstacles in the area of the aerodrome. Based on the measured coordinates, the on-board computer calculates the deviations from the given trajectory in the horizontal and vertical planes, generates control actions for correcting the indicated deviations, and transfers them to the autopilot for working out the corresponding steering surfaces by the drives, as well as for displaying on the standard on-board flight horizon or other indicators.
Недостатками данной системы является то, что существующие системы ADS-B при получении данных о местоположении и скорости полагаются исключительно на данные спутниковых навигационных систем (СНС). Поэтому возможны отказы в случаях, когда уровень характеристик или геометрия спутниковой группировки недостаточны для поддержки того или иного вида применения.The disadvantages of this system is that the existing ADS-B systems rely solely on satellite navigation data (SNA) when receiving location and speed data. Therefore, failures are possible in cases where the level of characteristics or the geometry of the satellite constellation is insufficient to support one or another type of application.
Протокол передачи данных ADS-B не защищен от хакерских атак, что может привести к созданию злоумышленниками искажений воздушной обстановки. Ряд специалистов считают, что сигналы ADS-B могут быть легко перехвачены и подделаны хакерами. При взломе сигнала злоумышленники могут вывести на бортовой радар несуществующий объект, например еще один самолет, и заставить пилотов выполнить ненужный или опасный маневр (см. 6: http://andreicostin.com/papers/xakep.ru_2013_01_COVERSTORY.pdf)The ADS-B data transfer protocol is not protected from hacker attacks, which can lead to the creation of air traffic distortion by attackers. A number of experts believe that ADS-B signals can be easily intercepted and tampered with by hackers. When a signal is cracked, attackers can bring a non-existent object onto the airborne radar, for example, another plane, and force pilots to perform an unnecessary or dangerous maneuver (see 6: http://andreicostin.com/papers/xakep.ru_2013_01_COVERSTORY.pdf)
Кроме того, координаты воздушного судна передаются с борта по линии связи, а следовательно, нет возможности проверить, что то, что получено по линии связи, - это действительно реальные координаты объекта. Одна автономная наземная ADS-B не в состоянии проверить, что они вообще получены от требуемого воздушного судна, а не от другого источника.In addition, the coordinates of the aircraft are transmitted from the aircraft via the communication line, and therefore, there is no way to verify that what is received via the communication line is really the real coordinates of the object. One autonomous ground ADS-B fails to verify that they are generally received from the required aircraft, and not from another source.
Причина этих трудностей состоит в уязвимости сигналов СНС, к числу которых обычно относят: сбои в работе СНС, сознательное ограничение функционирования СНС оператором; необнаруженная неисправность бортовой навигационной системы; непреднамеренные помехи близкими по частотам сигналами; глушение и подмена сигналов СНС; подмена сигналов ADS-B.The reason for these difficulties is the vulnerability of the SNA signals, which usually include: malfunctioning of the SNA, deliberate restriction of the functioning of the SNA by the operator; undetected malfunction of the on-board navigation system; unintentional interference by signals close in frequency; jamming and spoofing SNA signals; ADS-B signal substitution.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является многопозиционная система посадки воздушных судов [см. 7: патент на изобретение РФ N 2489325, МПК B64D 45/04; B64F 1/18; G01S 1/16; G01S 1/18; G01S 13/74; G01S 13/88; G01S 13/91; G01S 19/48; G01S 3/02; G01S 5/00; G01S 5/14; G08G 5/02; опубл. 10.08.2013], содержащая наземный запросчик и не менее трех наземных приемников ответных сигналов, соединенных по выходам через сигнальную линию связи с наземной ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой воздушного судна, включающей бортовую аппаратуру управления воздушным судном, бортовой ответчик, соединенный через радиолинию «запрос-ответ» с наземным запросчиком, бортовой измеритель высоты воздушного судна, соединенный по выходу с бортовым ответчиком, причем наземная ЭВМ управления снабжена модулем расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, а модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки выполнен с учетом измерений высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположений запросчика и приемников ответных сигналов. При этом два наземных приемника ответных сигналов установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, а последующие приемники - по одному с каждой стороны захода воздушного судна на посадку и на расстоянии, не меньшем четырехсот метров от торца взлетно-посадочной полосы.The closest analogue (prototype) of the invention is a multi-position aircraft landing system [see 7: RF patent N 2489325, IPC B64D 45/04; B64F 1/18; G01S 1/16; G01S 1/18; G01S 13/74; G01S 13/88; G01S 13/91; G01S 19/48; G01S 3/02; G01S 5/00; G01S 5/14; G08G 5/02; publ. 08/10/2013], containing a ground interrogator and at least three ground receivers of response signals, connected at the outputs through a signal line to a ground control computer, the control output of which is connected to the aircraft’s onboard equipment, including the aircraft’s onboard control equipment, via the aircraft’s landing control radio line a vessel, an on-board transponder connected via a request-response radio link to a ground interrogator, an on-board height meter for an aircraft, connected at the exit to an on-board transponder moreover, the ground control computer is equipped with a module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path, and the module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path is made taking into account measurements of the aircraft’s flight height and the difference in the distances to the aircraft relative to the locations of the interrogator and the recipient receivers signals. At the same time, two ground-based response signal receivers are installed on the sides of the center line of the runway in the area of its center with an offset of at least five hundred meters from the center line, and subsequent receivers, one on each side of the aircraft’s approach and at a distance , not less than four hundred meters from the end of the runway.
Структурная схема прототипа приведена на фиг. 1.The block diagram of the prototype is shown in FIG. one.
Бортовой измеритель высоты воздушного судна содержит барометрический, радио- и/или лазерный высотомер. Линия связи наземных приемников ответных сигналов с наземным вычислителем местоположения воздушного судна выполнена оптоволоконной и/или радиолинией связи типа «WiMax». Радиолиния управления посадкой воздушного судна выполнена в виде двунаправленной радиолинии обмена данными «борт-земля» или однонаправленной радиолинии передачи сигналов управления с наземной ЭВМ управления на борт воздушного судна.The aircraft’s onboard height meter contains a barometric, radio, and / or laser altimeter. The communication line between ground-based response signal receivers and a ground-based aircraft position calculator is made by a fiber-optic and / or WiMax-type radio link. The aircraft landing control radio link is made in the form of a bidirectional airborne data exchange radio link or a unidirectional radio control signal transmission line from the ground control computer to the aircraft.
Многопозиционная система посадки воздушных судов работает следующим образом. В запросчике 1 формируется запросный сигнал, который излучается в секторе захода ВС 5 на посадку. После получения запросного сигнала в бортовом ответчике 11 формируется и излучается ответный сигнал с данными о высоте полета ВС 5, полученными с выхода измерителя 12 высоты ВС 5, например, с барометрического высотомера. Ответный сигнал принимается приемниками 6 многопозиционной системы посадки. Ответный сигнал с выхода приемников 6 передается по линиям связи 7 на вход ЭВМ 8. В ЭВМ 8 фиксируют время прихода сигнала с каждого приемника 6. Зная расстояние между приемниками 6, ЭВМ 8 определяет время прихода сигналов в эти приемники 6. Уравнение дальности для распространения сигнала с момента запроса и до получения ответного сигнала i-м приемником 6 определяется следующим выражением:Multiposition aircraft landing system operates as follows. In the
, ,
где:Where:
di - дальность от ВС 5 до i-го приемника 6;d i - range from
d0 - дальность от запросчика до ВС 5;d 0 - range from the interrogator to
xi, yi, zi - координаты приемников 6 ответных сигналов;x i , y i , z i - coordinates of the
хз, yз, zз - координаты запросчика 1;x z , y z , z z - the coordinates of the
x, у, z - координаты ВС 5;x, y, z - coordinates of
τ - задержка ответного сигнала в бортовом ответчике 11;τ is the delay of the response signal in the
с - скорость света.c is the speed of light.
Как видно из приведенной формулы, в каждый временной отрезок входит задержка ответчика τ. Для определения местоположения ВС 5, а также исключения влияния задержки ответчика, можно воспользоваться известным разностно-дальномерным методом. Определив разность дальностей между различными парами приемников 6 ЭВМ 7 решает систему трех уравнений с тремя неизвестными, в которой отсутствует задержка бортового ответчика 11 и дальность от запросчика 1 до ВС 5. Разностно-дальномерные уравнения в ЭВМ 8 представлены в следующем виде:As can be seen from the above formula, the delay of the responder τ is included in each time interval. To determine the location of the
где:Where:
τ12=t1-t2, τ13=t1-t3, τ43=t4-t3,τ 12 = t 1 -t 2 , τ 13 = t 1 -t 3 , τ 43 = t 4 -t 3 ,
t1, t2, t3, t4 - время прихода ответного сигнала на соответствующий приемник 6 с момента излучения запросного сигнала,t 1 , t 2 , t 3 , t 4 - time of arrival of the response signal to the corresponding
x, y, h - координаты ВС 5.x, y, h - coordinates of
Из рассматриваемой системы уравнений ЭВМ 8 численными методами находит координаты ВС 5 с точностью десятки-сотни метров, что недостаточно для безопасной посадки ВС 5. Для увеличения точности измеренных координат ВС 5 до единиц метров ЭВМ 8 использует далее информацию о высоте полета ВС 5, передаваемую в ответном сигнале ответчика 11. Для наихудшего случая (использование барометрического высотомера 12) точность измерения барометрической высоты составляет 15-20 метров. При этом ошибка измерения высоты ВС 5 состоит в основном из систематической составляющей ошибки, а флуктуационная составляющая ошибки измерения высоты по величине на порядок меньше. Кроме того, при передаче барометрической высоты появляется ошибка, связанная с дискретностью ее передачи. Так, в режиме «RBS» дискрет передаваемой высоты равен 30 м, т.е. среднеквадратическая ошибка передачи барометрической высоты составит 15 метров. Следовательно, суммарная ошибка определения барометрической высоты в системе посадки составит порядка 21-25 метров. Формула дальности ВС 5 с учетом ошибки определения барометрической высотыFrom the considered system of equations, computer 8 uses numerical methods to find the coordinates of
где:Where:
ΔНб - ошибка определения барометрической высоты.ΔН b is the error in determining the barometric height.
Из последней формулы следует, что при дальности действия системы посадки до 40 км и секторе зоны посадки ±40° от оси ВПП ошибка измерения дальности ВС 5, связанная с относительно высокой ошибкой измерения барометрической высоты, составит порядка 1 метра.It follows from the last formula that when the landing system has a range of up to 40 km and the landing zone sector is ± 40 ° from the runway axis, the error in measuring the
Таким образом, для совмещенного запросчика 1 и приемника 6 ЭВМ 8 рассчитывает дальность до ВС 5 с использованием информации о барометрической высоте его полета. Далее из измеренной дальности между ЭВМ 8 и ВС 1 вычитается ранее рассчитанная дальность и определяется ошибка измерения дальности, связанная с задержкой τ ответного сигнала ответчика 11. Затем ЭВМ 8 вычитает ошибку измерения дальности, связанную с задержкой ответного сигнала, из соответствующих измерений дальности i-го приемника 6, и получает уточненные значения дальностей от ВС 5 до соответствующих приемников 6. Далее используя калмановскую фильтрацию [3: Балакришнан А.В. Теория фильтрации Калмана. Издательство: Мир, 1988. - 86 с.] дополнительно уменьшают влияние флуктуационных ошибок измерения дальностей, связанных с распространением сигнала и обработкой в приемниках 6. В вектор измерения ЭВМ 8 включает три дальности, а в вектор состояния включает координаты местоположения ВС 5 и параметры его движения (скорости) по осям декартовой аэродромной системы координат. В качестве модели движения ВС 5 в ЭВМ 8 принята гипотеза о его прямолинейном и равномерном движении, что хорошо согласуется с реальным движением ВС 5 по глиссаде 14. По мере приближения ВС 5 к ВПП 13 точность определения его местоположения будет увеличиваться за счет улучшения геометрии относительного расположения ВС 5 и приемников 6. Далее в ЭВМ 8 рассчитывается отклонение ВС по курсу Ек и углу места Ег от заданной глиссады 14 захода на посадку, заложенной в память ЭВМ 8 для ВПП 13 аэродрома. Угловые отклонения ВС 5 по курсу Ек и глиссаде Ег с выхода ЭВМ 8 передаются через линию 10 радиоуправления на борт ВС 5 в формате инструментальных систем посадки, например ILS, или передаются по линии обмена данными. Принятые на борту сигналы отклонения ВС 5 от траектории посадки отображаются на рабочем месте пилота и используются последним в ручном или автоматизированном режимах управлении посадкой ВС.Thus, for a combined
Данная система посадки имеет недостаточную надежность безопасного вывода ВС на ВПП, связанную с тем, что при нарушении связи ВС с наземной управляющей ЭВМ ВС лишится всей необходимой информации для выполнения посадки, а также с наличием ошибок в определении местоположения ВС, обусловленных шумовой погрешностью измерений.This landing system has insufficient reliability of the safe withdrawal of aircraft on the runway, due to the fact that if the aircraft is disconnected from the ground control computer, the aircraft will lose all the necessary information for landing, as well as errors in determining the location of the aircraft due to noise measurement error.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности безопасного вывода ВС на посадку за счет обеспечения ВС необходимой информацией для посадки путем определения координат ВС непосредственно на борту ВС при нарушении связи с наземной управляющей ЭВМ, а также за счет снижения погрешностей в определении местоположения ВС, что обеспечивается увеличением количества статистически независимых измерений дальномерных параметров и использованием кооперативных методов обработки информации, комплексирования измерений, полученных как на борту ВС, так и на наземном пункте.The technical result of the invention is to increase the reliability of the safe takeoff of an aircraft for landing by providing the aircraft with the necessary information for landing by determining the coordinates of the aircraft directly on board the aircraft in case of communication failure with the ground control computer, as well as by reducing errors in determining the location of the aircraft, which is ensured by an increase in the number statistically independent measurements of rangefinding parameters and using cooperative methods of processing information, integrating measurements, we obtain nnyh both on board the aircraft and on the ground point.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается в предлагаемой многопозиционной системе посадки воздушных судов, содержащей наземный передатчик-запросчик и, по меньшей мере, три наземных приемника ответных сигналов, каждый из которых подключен к соответствующей антенне, причем наземные приемники ответных сигналов подключены выходами через сигнальные линии связи к наземному модулю расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, входящему в наземную ЭВМ управления, управляющий выход которой через радиолинию управления посадкой воздушного судна, в состав которой входят наземный радиопередатчик и бортовая антенна, соединен с бортовой аппаратурой управления воздушного судна, входящего в состав бортовой аппаратуры воздушного судна, при этом бортовой передатчик-ответчик, входящий в бортовую аппаратуру управления воздушным судном, соединен через радиолинию «запрос-ответ» с наземным передатчиком-запросчиком, бортовой измеритель высоты воздушного судна, также входящий в бортовую аппаратуру управления воздушным судном, соединен выходом со входом бортового передатчика-ответчика, входящего в состав бортового ответчика, причем наземный модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки выполнен с возможностью учета высоты полета воздушного судна и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположений передатчика-запросчика и приемников ответных сигналов, при этом два наземных приемника ответных сигналов установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, и, по меньшей мере, один приемник - со стороны, противоположной заходу воздушного судна на посадку, и на расстоянии, не меньшем четырехсот метров от торца взлетно-посадочной полосы, отличающейся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, два наземных передатчика, высокочастотными выходами подсоединенных к входу соответствующего из упомянутых наземных приемников, выполненных многоканальными, низкочастотный выход каждого из которых подключен к соответствующему входу наземного модуля расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, причем каждый из упомянутых передатчиков и соответствующий многоканальный приемник конструктивно объединены в приемо-передающий модуль, в котором вход запуска передатчика соединен с выходом канала многоканального приемника, соответствующего частоте излучения модуля, наиболее удаленного от воздушного судна, при этом наземный передатчик-запросчик связан с наземным модулем расчета координат воздушного судна двунаправленной шиной, а в бортовую аппаратуру управления воздушным судном введен бортовой модуль расчета координат воздушного судна, выполненный с возможностью расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, причем в бортовом ответчике воздушного судна бортовой передатчик и бортовой приемник выполнены многоканальными, и низкочастотные входы запуска многоканального бортового передатчика соединены с соответствующими выходами многоканального бортового приемника, своим высокочастотным входом связанного с высокочастотным выходом бортового многоканального передатчика, а вход блокировки работы многоканального бортового передатчика соединен с выходом бортового модуля расчета координат воздушного судна, соответствующим входом связанного с выходом бортового измерителя высоты воздушного судна.Achieving the claimed technical result is provided in the proposed multi-position aircraft landing system comprising a ground transmitter-interrogator and at least three ground-based response signal receivers, each of which is connected to a corresponding antenna, and ground-based response signal receivers are connected via outputs to signal lines the ground module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path included in the ground control computer, the control output of which Via the aircraft landing control radio line, which includes a ground-based radio transmitter and an onboard antenna, is connected to the aircraft's onboard control equipment, which is part of the aircraft’s onboard equipment, while the onboard transmitter-responder included in the aircraft’s onboard control equipment is connected via a request-response radio link with a ground transmitter-interrogator, an on-board aircraft height meter, also included in the aircraft's on-board control equipment, and output with the input of the on-board transmitter-responder, which is part of the on-board transponder, and the ground module for calculating the coordinates of the aircraft and deviating from the landing path is made with the possibility of taking into account the height of the aircraft and the difference in the distances to the aircraft relative to the locations of the transmitter-interrogator and response receivers signals, while two ground-based response signal receivers are installed on the sides of the center line of the runway in the region of its center with an offset from the center line not less than five hundred meters, and at least one receiver - from the side opposite to the aircraft landing, and at a distance of not less than four hundred meters from the end of the runway, characterized in that it further comprises at least at least two ground transmitters, high-frequency outputs connected to the input of the corresponding of the above-mentioned ground receivers, made multi-channel, the low-frequency output of each of which is connected to the corresponding input of the ground coordinate calculation module t of the aircraft and its deviation from the landing path, each of the aforementioned transmitters and the corresponding multichannel receiver are structurally combined into a transceiver module, in which the transmitter start input is connected to the channel output of the multichannel receiver corresponding to the radiation frequency of the module farthest from the aircraft, while the ground transmitter-interrogator is connected to the ground module for calculating the coordinates of the aircraft with a bi-directional bus, and to the airborne control equipment An on-board module for calculating the coordinates of the aircraft was introduced, made with the possibility of calculating the coordinates of the aircraft and deviating it from the landing path, moreover, in the on-board transponder of the aircraft, the on-board transmitter and on-board receiver are multichannel, and the low-frequency inputs of the launch of the multichannel on-board transmitter are connected receiver, with its high-frequency input connected to the high-frequency output of the onboard multi-channel transmitter, and in od blocking multichannel operation onboard transmitter connected to the output board module for calculating coordinates of the aircraft, associated with a corresponding input output board meter aircraft altitude.
При этом предлагаемая многопозиционная система посадки воздушных судов для обеспечения возможности захода на посадку воздушного судна с двух концов ВПП может дополнительно содержать, по меньшей мере, один наземный приемо-передающий модуль, включающий многоканальные передатчик и приемник, причем высокочастотные выход передатчика и вход приемника объединены и подключены к антенне приемо-передающего модуля, а вход запуска передатчика соединен с низкочастотным выходом канала приемника, соответствующего частоте излучения модуля, наиболее удаленного от воздушного судна, и через сигнальную линию связи - с соответствующим входом наземного модуля расчета координат воздушного судна.Moreover, the proposed multi-position aircraft landing system to enable the aircraft to approach from two ends of the runway may further comprise at least one ground-based transceiver module including multi-channel transmitter and receiver, the high-frequency output of the transmitter and the input of the receiver being combined and connected to the antenna of the transceiver module, and the start input of the transmitter is connected to the low-frequency output of the receiver channel corresponding to the radiation frequency of the module, its remote from the aircraft, and through the signal line of communication - with the corresponding input of the ground module for calculating the coordinates of the aircraft.
Введение дополнительных передатчиков, связанных с соответствующими многоканальными приемниками в наземную аппаратуру, а также многоканальных передатчика и приемника в бортовую аппаратуру позволило организовать кооперативную обработку информации о дальностях, суммах и разностях дальностей до ВС путем увеличения количества статистически независимых измерений этих величин (см. 8: Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.; 9: Борисов Е.Г., Машков Г.М., Турнецкий Л.С. Повышение точности определения координат цели при реализации кооперативной обработки в многопозиционной радиолокационной системе. Радиотехника №5. - 2013.- с. 4-9).The introduction of additional transmitters associated with the corresponding multichannel receivers in the ground equipment, as well as multichannel transmitters and receivers in the on-board equipment, made it possible to organize cooperative processing of information on the ranges, sums and differences of ranges to aircraft by increasing the number of statistically independent measurements of these values (see 8: Chernyak V.S., Multiposition Radar, Moscow: Radio and Communication, 1993. - 416 p .; 9: Borisov E.G., Mashkov G.M., Turnetskiy L.S. Increasing the accuracy of determining the coordinates of the target p and the implementation of cooperative processing multiposition radar system Radiotekhnika №5 -.. 2013.- 4-9)..
При этом введение в бортовую аппаратуру управления воздушным судном бортового модуля расчета координат воздушного судна, выполненного с возможностью расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, позволило исключить зависимость возможности посадки воздушного судна от работоспособности радиолинии управления посадкой воздушного судна.At the same time, the introduction of an aircraft module for calculating the coordinates of the aircraft into the aircraft’s on-board control equipment, which is capable of calculating the coordinates of the aircraft and deviating it from the landing path, made it possible to eliminate the dependence of the aircraft landing capability on the operability of the aircraft landing control radio link.
Это позволило также снизить погрешности определения местоположения воздушного судна и обеспечить повышение надежности безопасного вывода на посадку воздушного судна.This also made it possible to reduce the errors in determining the location of the aircraft and to increase the reliability of the safe landing approach.
Предлагаемая многопозиционная система посадки воздушных судов поясняется чертежами, где приведены:The proposed multi-position aircraft landing system is illustrated by drawings, which show:
на фиг. 1 - структурная схема прототипа;in FIG. 1 is a structural diagram of a prototype;
на фиг. 2 - пространственное расположение элементов многопозиционной системы посадки;in FIG. 2 - spatial arrangement of the elements of the multi-position landing system;
на фиг. 3 - структурная схема предлагаемой многопозиционной системы посадки;in FIG. 3 is a structural diagram of the proposed multi-position landing system;
на фиг. 4 - структурная схема бортовой аппаратуры при использовании в системе «запрос-ответ» частотного метода разделения каналов;in FIG. 4 is a structural diagram of the on-board equipment when using the frequency response method of channel separation in the request-response system;
на фиг. 5 - пример выполнения одного наземного приемо-передающего модуля (ППМ), состоящего из, по меньшей мере, связанных между собой каждого из трех передатчиков с одним из трех приемников;in FIG. 5 is an example of the implementation of one ground transceiver module (MRP), consisting of at least coupled each of the three transmitters with one of the three receivers;
на фиг. 6 приведены среднеквадратичные отклонения (СКО) определения местоположения для прототипа и заявляемого устройства, где кривая 1 - СКО определения местоположения ВС для прототипа; 2 - СКО определения местоположения ВС для заявляемого способа при определения координат ВС на Земле; 3 - СКО определения местоположения ВС для заявляемого способа при определения координат ВС на Земле при комплексировании координат;in FIG. 6 shows the standard deviations (RMS) of the location for the prototype and the claimed device, where
на фиг. 7 приведена блок-схема алгоритма работы бортового модуля расчета координат воздушного судна;in FIG. 7 shows a block diagram of the algorithm of the onboard module for calculating the coordinates of the aircraft;
на фиг. 8 приведена блок-схема алгоритма работы наземного модуля расчета координат воздушного судна.in FIG. 8 is a flow chart of the operation of a ground module for calculating aircraft coordinates.
Пространственное расположение элементов многопозиционной системы посадки приведено на фиг. 2, где показано возможное расположение элементов системы - приемо-передающих модулей относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП) и воздушного судна (ВС), причем показано, что для обеспечения возможности захода на посадку ВС с двух концов ВПП может быть использован, как и в прототипе, четвертый приемо-передающий модуль (ППМ).The spatial arrangement of the elements of the multi-position landing system is shown in FIG. 2, which shows the possible location of the system elements - transceiver modules relative to the runway (A / C) and aircraft (A / C), and it is shown that to ensure the possibility of approaching an aircraft from two ends of the A / C, it can be used, as in prototype, the fourth transceiver module (PPM).
На приведенных фигурах в качестве примера реализации показана система с четырьмя ППМ, при этом дополнительный ППМ позволяет обеспечить посадку ВС с любой требуемой стороны ВПП. При этом под ППМ 6.1 подразумевается приемо-передающий модуль, расположенный со стороны ВПП, противоположной направлению посадки, т.е. наиболее удаленный от ВС приемо-передающий модуль.In the figures, as an example of implementation, a system with four MRPs is shown, while additional MRP allows for aircraft landing from any desired side of the runway. In this case, PPM 6.1 refers to a transceiver module located on the runway side opposite to the direction of landing, i.e. the most distant from the aircraft transceiver module.
На структурной схеме многопозиционной системы посадки воздушного судна (фиг. 3) показаны:The structural diagram of a multi-position aircraft landing system (Fig. 3) shows:
1 - бортовая аппаратура управления воздушным судном;1 - on-board aircraft control equipment;
1.1 - бортовой ответчик (БО) ВС;1.1 - aircraft airborne transponder (BO);
1.1.1 - многоканальный приемник (МКПРМ 1.1.1) бортового ответчика;1.1.1 - multi-channel receiver (ICMP 1.1.1) on-board transponder;
1.1.2 - многоканальный передатчик (ПРД 1.1.2) бортового ответчика;1.1.2 - multi-channel transmitter (PRD 1.1.2) on-board transponder;
1.2 - бортовой измеритель высоты ВС;1.2 - airborne height meter;
1.3 - рабочее место пилота;1.3 - the pilot's workplace;
1.3.1 - бортовой модуль расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, в качестве примера установленный на рабочем месте пилота;1.3.1 - on-board module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing trajectory, as an example installed at the pilot's workplace;
1.4 - бортовая антенна радиолинии «запрос-ответ»;1.4 - on-board antenna of the radio channel "request-response";
1.5 - бортовая антенна (БА) радиолинии управления посадкой;1.5 - on-board antenna (BA) radio control landing;
2 - радиолиния «запрос-ответ»;2 - request-response radio link;
3 - наземная аппаратура управления воздушным судном;3 - ground-based aircraft control equipment;
3.1 - наземный приемо-передающий модуль с функцией запросчика (ППМ);3.1 - ground transceiver module with interrogator function (MRP);
3.1.1 - наземный передатчик-запросчик;3.1.1 - ground transmitter-interrogator;
3.1.2 - многоканальный приемник (МПРМ 3.1.2 в составе первого ППМ), в составе остальных ППМ - соответственно МПРМ 3.2.2, 3.3.2, 3.4.2;3.1.2 - a multi-channel receiver (MPRM 3.1.2 as part of the first PPM), as part of the remaining PPM - MPRM 3.2.2, 3.3.2, 3.4.2, respectively;
3.2-3.4 - наземные приемо-передающие модули (ППМ);3.2-3.4 - ground transmit-receive modules (PPM);
3.5 - многоканальная однонаправленная линия связи;3.5 - multi-channel unidirectional communication line;
3.5.1 - двунаправленная линия связи;3.5.1 - bidirectional communication line;
3.5.2 - многоканальная линия связи;3.5.2 - multi-channel communication line;
3.5.3 - многоканальная линия связи;3.5.3 - multi-channel communication line;
3.5.4 - многоканальная линия связи;3.5.4 - multi-channel communication line;
3.6 - радиолиния управления посадкой;3.6 - landing control radio link;
3.6.1 - наземный радиопередатчик радиолинии управления посадкой;3.6.1 - land-based radio transmitter landing control line;
3.7 - наземная ЭВМ управления;3.7 - ground control computer;
3.7.1 - наземный модуль расчета координат ВС и отклонения его от траектории посадки наземной ЭВМ 3.7 управления.3.7.1 - ground module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviations from the landing path of the ground control computer 3.7.
Согласно фиг. 2 и 3 наземная аппаратура управления воздушным судном 3 содержит наземный передатчик-запросчик 3.1.1, конструктивно входящий в первый приемо-передающий модуль (ППМ 1), и не менее трех наземных приемников МКПРМ 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2 и 3.4.2, соединенных выходами через сигнальные линии 3.5, 3.5.2, 3.5.3, 3.5.4 связи соответственно с соответствующими входами входящего в наземную ЭВМ 3.7 управления наземного модуля 3.7.1 расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, управляющий выход наземной ЭВМ 3.7 через радиолинию 3.6 управления посадкой воздушного судна соединен с бортовой аппаратурой 1 управления воздушным судном, в состав которой входят бортовой модуль 1.3.1 расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки, бортовой ответчик (БО) 1.1, содержащий многоканальные передатчик (МКПРД) 1.1.2 и приемник (МКПРМ) 1.1.1, низкочастотными выходами связанный с соответствующими входами запуска МКПРД 1.1.2 и, через бортовой модуль 1.3.1 расчета координат воздушного судна и его отклонения от траектории посадки, где хранятся идентификационные данные воздушного судна, с рабочим местом пилота 1.3, при этом БО 1.1 (высокочастотные выход МКПРД 1.1.2 и вход МКПРМ 1.1.1) соединен через радиолинию 2 «запрос-ответ» со всеми наземными приемо-передающими модулями (ППМ) 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Бортовая аппаратура 1 управления воздушным судном содержит также бортовой измеритель 1.2 высоты воздушного судна, соединенный через бортовой модуль 1.3.1 расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки с МКПРД 1.1.2 бортового ответчика (БО) 1.1, а бортовой 1.3.1 и наземный 3.7.1 модули расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки выполнены с учетом измерений высоты полета воздушного судна относительно местоположений ППМ, при этом два ППМ установлены по бокам от осевой линии взлетно-посадочной полосы в районе ее центра со смещением от осевой линии не менее чем на пятьсот метров, и, по крайней мере, один ППМ - со стороны, противоположной стороне захода воздушного судна на посадку, и на расстоянии, не меньшем четырехсот метров за торцом взлетно-посадочной полосы (ВПП).According to FIG. 2 and 3, the ground control equipment for aircraft 3 comprises a ground transmitter-interrogator 3.1.1, structurally included in the first transceiver module (MRP 1), and at least three ground receivers ICCRM 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2 and 3.4.2, connected by outputs via signal lines 3.5, 3.5.2, 3.5.3, 3.5.4, respectively, with the corresponding inputs of the ground module 3.7 of the ground control module 3.7.1 calculating the coordinates of the aircraft and deviating it from the landing path, control ground computer output 3.7 via air landing control radio link 3.6 The ship’s ship is connected to the aircraft’s onboard control equipment 1, which includes the aircraft’s on-board module 1.3.1 for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path, the airborne transponder (BO) 1.1, which contains a multi-channel transmitter (ICPDR) 1.1.2 and a receiver ( ICDRM) 1.1.1, low-frequency outputs connected to the corresponding launch inputs of the ICDRP 1.1.2 and, through the on-board module 1.3.1, calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path, where the identification data of the aircraft are stored, with a working by pilot’s flight 1.3, while BO 1.1 (high-frequency output of MKPRD 1.1.2 and input of MKPRM 1.1.1) is connected via radio channel 2 “request-response” to all ground transceiver modules (PPM) 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. The aircraft’s
В качестве примера рассмотрим работу системы при частотном способе разделения каналов в радиолинии 2 связи «запрос-ответ» бортовой аппаратуры 1 управления воздушным судном и наземными приемо-передающими модулями ППМ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, т.е при минимальном числе ППМ, равном четырем, для обеспечения посадки ВС с любого конца ВПП.As an example, we consider the operation of the system with the frequency channel separation method in the request-
В этом случае передатчик-запросчик 3.1, который конструктивно и аппаратурно находится в первом ППМ 3.1 (фиг. 3), будет иметь частоту излучения f1, передатчик 1.1.2 бортового ответчика 1.1 - частоты f1, f2, f3, f4.In this case, the transmitter-interrogator 3.1, which is structurally and hardware located in the first PPM 3.1 (Fig. 3), will have a radiation frequency f 1 , transmitter 1.1.2 of the airborne transponder 1.1 - frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 .
Второй ППМ 3.2 имеет частоту излучения - f2, третий ППМ 3.3 - частоту излучения - f3, четвертый ППМ 3.4 - частоту излучения - f4, а многоканальные приемники МПРМ 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2, 3.4.2 всех ППМ способны принимать излучение соответственно на частотах f1, f2, f3, f4. The second PPM 3.2 has a radiation frequency of f 2 , the third PPM 3.3 has a radiation frequency of f 3 , the fourth PPM 3.4 has a radiation frequency of f 4 , and all multi-channel receivers MPRM 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2, 3.4.2 of all PPM are able to receive radiation, respectively, at frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4.
Структура бортовой аппаратуры 1 управления воздушным судном при частотном способе разделения каналов в системе из четырех наземных ППМ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, позволяющих осуществлять заход ВС на посадку с любого торца ВПП, будет иметь вид, изображенный на фиг. 4.The structure of the aircraft’s
Структурная схема третьего приемо-передающего модуля ППМ 3.3 наземной аппаратуры управления воздушным судном при частотном способе разделения каналов будет иметь вид, изображенный на фиг. 5, структурная схема второго и четвертого приемо-передающих модулей ППМ 3.2 и ППМ 3.4 будет иметь аналогичный вид, но в ППМ 3.2, 3.3, 3.4 передатчики работают на разных частотах - f2, f3, f4 соответственно, структурная схема первого ППМ приведена на фиг. 3.The structural diagram of the third transceiver module PPM 3.3 ground control equipment for the aircraft with the frequency channel separation method will be as shown in FIG. 5, the block diagram of the second and fourth transmit-receive modules PPM 3.2 and PPM 3.4 will have a similar form, but in PPM 3.2, 3.3, 3.4 the transmitters operate at different frequencies - f 2 , f 3 , f 4, respectively, the structural diagram of the first PPM is shown in FIG. 3.
При определении координат ВС на борту система работает следующим образом.When determining the coordinates of the aircraft on board, the system operates as follows.
Передатчик-запросчик 3.1.1, входящий в ППМ 3.1, запускаемый по линии связи 3.5.1 от модуля 3.7.1, излучает сигнал на частоте f1, при этом в сигнале содержится информация о прямоугольных координатах ППМ 3.1-3.4 (х1, y1, h1, x2, y2, h2, х3, у3, h3, x4, y4, h4) и расположении ВПП относительно этих модулей.The transmitter-interrogator 3.1.1, included in the MRP 3.1, launched via the communication line 3.5.1 from the module 3.7.1, emits a signal at a frequency f 1 , while the signal contains information about the rectangular coordinates of the PPM 3.1-3.4 (x 1 , y 1 , h 1 , x 2 , y 2 , h 2 , x 3 , y 3 , h 3 , x 4 , y 4 , h 4 ) and the location of the runway relative to these modules.
После приема сигнала на частоте f1 в бортовом модуле расчета 1.3.1, находящемся, например, на рабочем месте пилота 1.3, формируется сигнал запуска начала отсчета временных интервалов. По достижении запросным сигналом наземного передатчика - ПРД 3.2.1 второй позиции (в ППМ 3.2) производится излучение сигнала на частоте f2, бортовой МКПРМ 1.1.1, принимает эти сигналы, передает их в бортовой модуль расчета 1.3.1, где и вычисляет разность расстояний ΔR12:After receiving a signal at a frequency f1 in the on-board calculation module 1.3.1, located, for example, at the pilot’s workstation 1.3, a signal is generated to start the reference of the time intervals. When the interrogation signal reaches the ground transmitter — PRD 3.2.1 the second position (in MRP 3.2), the signal is emitted at a frequency f2 , on-board MCPM 1.1.1, receives these signals, transfers them to the on-board calculation module 1.3.1, where it calculates the distance difference ΔR 12 :
, ,
По достижении запросным сигналом ПРД 3.3.1 третьей позиции (в ППМ 3.3) производится излучение сигнала на частоте f3, а МКПРМ 1.1.1 принимает эти сигналы, передает их в бортовой модуль расчета 1.3.1, где вычисляется разность расстояний ΔR13:When the request signal PRD 3.3.1 reaches the third position (in MRP 3.3), the signal is emitted at a frequency f3 , and the MCPM 1.1.1 receives these signals, passes them to the on-board calculation module 1.3.1, where the distance difference ΔR 13 is calculated:
. .
По достижении запросным сигналом ПРД 3.4.1 четвертой позиции (в ППМ 3.4) производится излучение сигнала на частоте f4, а МКПРМ 1.1.1 принимает эти сигналы и аналогично вычисляется разность расстояний ΔR14:Upon reaching the fourth position of the PRD 3.4.1 by the request signal (in MRP 3.4), the signal is emitted at a frequency f4 , and the MCPM 1.1.1 receives these signals and similarly calculates the distance difference ΔR 14 :
, ,
tL12, tL13, tL14 - время распространения запросных сигналов до соответствующих ППМ;t L12 , t L13 , t L14 — propagation time of interrogation signals to the corresponding MRP;
t1, t2, t3, t4 - время приема сигналов на борту ВС.t 1 , t 2 , t 3 , t 4 - the time of reception of signals on board the aircraft.
На основании вышеприведенных уравнений бортовая аппаратура 1 управления воздушным судном, используя данные бортового измерителя 1.2 высоты ВС, определяет известными способами (см. 10: Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич И.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы - Под ред. Шебшаевича В.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.) в бортовом модуле 1.3.1 расчета прямоугольные координаты ВС.Based on the above equations, the aircraft’s
При определении координат ВС на наземном пункте система работает следующим образом.When determining the coordinates of the aircraft at a ground station, the system operates as follows.
Передатчик-запросчик 3.1.1 в первом модуле ППМ 3.1 запускается по линии 3.5.1 от наземного модуля расчета 3.7.1 и излучает сигнал на частоте f1, при этом от передатчика-запросчика 3.1.1, входящего в ППМ 3.1 (относительно координат которого и производится определение местоположения ВС), в наземную управляющую ЭВМ 3.7(на соответствующие входы наземного модуля расчета 3.7.1) поступает сигнал начала отсчета временных интервалов. После приема сигнала первого ППМ 3.1 на частоте f1 другими позициями (ППМ 3.2, 3.3, 3.4) они формируют сигналы запуска своих передающих устройств на соответствующих частотах f2, f3 и f4 с одновременным началом отсчета временных интервалов.The transmitter-interrogator 3.1.1 in the first PPM 3.1 module is launched via line 3.5.1 from the ground-based calculation module 3.7.1 and emits a signal at a frequency f1 , while from the transmitter-interrogator 3.1.1, which is included in the PPM 3.1 (relative to the coordinates of which the location of the aircraft is determined), the ground control computer 3.7 (to the corresponding inputs of the ground calculation module 3.7.1) receives a signal for starting the countdown of time intervals. After receiving the signal of the first PPM 3.1 at the frequency f 1 by other positions (PPM 3.2, 3.3, 3.4) they generate the triggering signals of their transmitting devices at the corresponding frequencies f 2 , f 3 and f 4 with the simultaneous beginning of the countdown of time intervals.
Сигналы на соответствующих частотах f1, f2, f3 и f4 принимаются бортовым МКПРМ 1.1.1 бортового ответчика (БО)1.1 и переизлучаются в пространство бортовым передатчиком МКПРД 1.1.2 на соответствующих частотах f1, f2, f3 и f4, при этом к каждому излучаемому сигналу добавляется идентификационный номер воздушного судна, поступающий с бортового модуля 1.3.1 расчета координат ВС.Signals at the corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 and f 4 are received by the on-board ICRM 1.1.1 of the on-board transponder (BO) 1.1 and are re-emitted into space by the on-board transmitter ICPDR 1.1.2 at the corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 and f 4 , while for each emitted signal is added the identification number of the aircraft coming from the on-board module 1.3.1 calculation of the coordinates of the aircraft.
Принятые многоканальным приемником МКПРМ 3.1.2 (в ППМ 3.1) на соответствующих частотах сигналы передаются на наземный модуль 3.7.1 расчета координат воздушного судна и, после проверки идентификационного номера ВС, там определяются временные интервалы относительно первой позиции (ППМ 3.1):The signals received by the IPCRM 3.1.2 multichannel receiver (in the MRP 3.1) at the appropriate frequencies are transmitted to the ground module 3.7.1 for calculating the coordinates of the aircraft and, after checking the aircraft identification number, time intervals relative to the first position are determined there (MRP 3.1):
относительно ППМ 3.2regarding MRP 3.2
относительно ППМ 3.3regarding MRP 3.3
и четвертой позиции ППМ 3.4and fourth position PPM 3.4
где: Δt0 – неизвестное, но постоянное время задержки срабатывания бортового ответчика конкретного ВС на запрос от каждой позиции.where: Δt 0 is an unknown but constant delay time for the onboard transponder of a particular aircraft to respond to a request from each position.
Величины , и могут быть вычислены заранее.Quantities , and can be calculated in advance.
На основании (4)-(7) формируется система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ)Based on (4) - (7), a system of linear algebraic equations (SLAE) is formed
Обобщая СЛАУ (8) на систему, содержащую N приемо-передающих модулей, можно сделать вывод, что измерению подлежат N наклонных дальностей , N⋅(N-1) - измерений сумм расстояний . Такой подход позволяет сформировать систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), в которой учитываются N2 измерений. Система уравнений (8) содержит избыточное количество измеряемых параметров относительно оцениваемых дальностей, что позволяет произвести их решение методом наименьших квадратов (см. 9: Повышение точности определения координат цели при реализации кооперативной обработки в многопозиционной радиолокационной системе / Борисов Е.Г., Машков Г.М., Турнецкий Л.С. // Радиотехника №5. - 2013. - с. 4-9).Generalizing SLAE (8) to a system containing N transceiver modules, we can conclude that N slant ranges are subject to measurement , N⋅ (N-1) - measurements of the sums of distances . This approach allows you to create a system of linear algebraic equations (SLAE), which takes into account N 2 measurements. The system of equations (8) contains an excessive number of measured parameters relative to the estimated ranges, which allows them to be solved by the least squares method (see 9: Improving the accuracy of determining the coordinates of a target when implementing cooperative processing in a multi-position radar system / Borisov E.G., Mashkov G. M., Turnetsky L.S. // Radio Engineering No. 5. - 2013. - p. 4-9).
где: - означает рассчитанное значение дальномерных параметров;Where: - means the calculated value of the rangefinding parameters;
А - матрица размерностью N×N2, состоит из нулей и единиц, причем «1» - означает наличие соответствующего измерения, а «0» его отсутствие;A - a matrix of dimension N × N 2 , consists of zeros and ones, with "1" - means the presence of the corresponding dimension, and "0" its absence;
- матрица оцениваемых параметров (матрица первичных измерений) размерностью 1×N2; - matrix of estimated parameters (matrix of primary measurements) of
матрица точности размерностью N2×N2, содержащая дисперсии ошибок измерений дальности и сумм расстояний;an accuracy matrix of dimension N 2 × N 2 containing the variance of the error in measuring ranges and sums of distances;
вариационная диагональная N2×N2 матрица коэффициентов, диагональный элемент j=1, если измерение присутствует (либо используется для измерений) и j=0 - в противном случае.variational diagonal N 2 × N 2 matrix of coefficients, diagonal element j = 1, if the measurement is present (or used for measurements) and j = 0 otherwise.
Полагая, что дисперсии ошибок измерения дальности , сумм расстояний одинаковы, т.е. , можно показать, что ковариационная матрица ошибок для системы (9) определяется как:Assuming that the variance of range measurement errors , sums of distances are the same, i.e. , it can be shown that the covariance error matrix for system (9) is defined as:
Для СЛАУ (8) матрица A примет видFor SLAE (8), matrix A takes the form
а матрица измеренных значенийand the matrix of measured values
Подстановка (14) и (15) в (9) позволяет получить выражения для искомых параметров, которые в развернутой форме записи имеют вид:Substitution of (14) and (15) into (9) allows us to obtain expressions for the desired parameters, which in the expanded form of the recording have the form:
Дисперсия дальностей относительно каждой позиции и смещения , вызванного неизвестным временем срабатыванием бортового ответчика (БО 1.1), определяется по формуле (13) подстановкой (14):Range dispersion relative to each position and offset caused by an unknown response time of the airborne transponder (BO 1.1), is determined by formula (13) by substitution (14):
После определения величины Δt0 неизвестное значение времени срабатывания бортового ответчика (БО 1.1) можно учесть в измеряемых параметрах в следующем цикле измерения, для которогоAfter determining Δt 0, the unknown response time of the on-board transponder (BO 1.1) can be taken into account in the measured parameters in the next measurement cycle, for which
Тогда по аналогии можно показать, чтоThen, by analogy, we can show that
В этом случае точность определения дальностей относительно каждой из позиций возрастает, что следует из формулы:In this case, the accuracy of determining ranges relative to each of the positions increases, which follows from the formula:
и соответствует and corresponds
Таким образом, имея четыре измерения дальности i=1÷4 и решая систему уравнений видаThus, having four range measurements i = 1 ÷ 4 and solving a system of equations of the form
можно определить искомые прямоугольные координаты ВС (x,y,h) по известным координатам ППМ.it is possible to determine the desired rectangular coordinates of the BC (x, y, h) from the known coordinates of the planning point.
По радиолинии 3.6 управления посадкой производится обмен координатами, измеренными на борту ВС и на земле. На основании этих величин известными методами (см. 11: Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. - 6-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 1999. - 576 с.) вычисляется в наземном модуле расчета 3.7.1 наземной ЭВМ управления 3.7 математическое ожидание и дисперсия прямоугольных координат ВС и отклонения его от траектории посадки.Radio link 3.6 of the landing control exchanges coordinates measured on board the aircraft and on the ground. Based on these values by known methods (see 11: Wentzel E.S., Probability Theory: Textbook for High Schools. - 6th ed. - Moscow: Vyssh. Shk., 1999. - 576 p.) Is calculated in ground calculation module 3.7.1 ground control computer 3.7 mathematical expectation and dispersion of the rectangular coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path.
Аналогичные операции проводятся на борту ВС, где расчеты проводятся в модуле расчета координат воздушного судна и отклонения его от траектории посадки 1.3.1, что позволяет получить комплексированные значения прямоугольных координат:Similar operations are carried out on board the aircraft, where the calculations are carried out in the module for calculating the coordinates of the aircraft and its deviation from the landing path 1.3.1, which allows to obtain complex values of rectangular coordinates:
, , , ,
, , , , - прямоугольные координаты ВС, рассчитанные относительно расположения ППМ 3.1 и ВС соответственно, причем координаты и рассчитаны по формуле (21), а координаты , по (1)-(3); , , , , - the rectangular coordinates of the aircraft, calculated relative to the location of the PPM 3.1 and aircraft, respectively, and the coordinates and calculated by formula (21), and the coordinates , by (1) - (3);
- дисперсии ошибок определения прямоугольных координат, рассчитанные относительно расположения ППМ 3.1 и ВС соответственно. - variance of errors in determining the rectangular coordinates, calculated relative to the location of the PPM 3.1 and BC, respectively.
На фиг. 6 приведены среднеквадратичные отклонения (СКО) определения местоположения ВС (в логарифмическом масштабе): кривая 1 - СКО определения местоположения на борту ВС, 2 - СКО определения местоположения на Земле, 3 - СКО определения местоположения при комплексировании.In FIG. Figure 6 shows the standard deviations (RMS) for determining the location of the aircraft (on a logarithmic scale): curve 1 - standard deviation for determining the location on board the aircraft, 2 - standard deviation for determining the location on the Earth, 3 - standard deviation for determining the location when integrated.
Далее процессы будут повторяться до тех пор, пока не будет получено достаточное количество отсчетов и не придет на МКПРД 1.1.2 бортового ответчика (БО 1.1) сигнал от модуля расчета 1.3.1, запрещающий работу МКПРД 1.1.2 до конца данного цикла запроса. С посылкой передатчиком-запросчиком 3.1.1 следующего запросного импульса частоты f1 все процессы, описанные выше, будут повторяться.Further, the processes will be repeated until a sufficient number of samples are received and the signal from the calculation module 1.3.1 arrives at ICRDR 1.1.2 on-board transponder (BO 1.1), which prohibits the operation of ICRDR 1.1.2 until the end of this request cycle. With the sending by the transmitter-interrogator 3.1.1 of the next interrogation pulse of frequency f 1, all the processes described above will be repeated.
Таким образом, и наземная ЭВМ 3.7, и бортовой модуль расчета координат ВС 1.3.1, который может быть установлен на рабочем месте 1.3 пилота, получают достаточное количество информации о положении ВС относительно ППМ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. При наличии как в наземной, так и в бортовой аппаратурах информации о расположении ВПП относительно ППМ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, и в наземной, и в бортовой аппаратурах будут рассчитываться и передаваться на бортовую аппаратуру отклонения ВС от линий курса и глиссады в текущий момент времени. Передача данных расчета наземной ЭВМ 3.7 на ВС осуществляется, как и в прототипе, посредством радиолинии 3.6 управления посадкой. При нарушении работы радиолинии 3.6 управления посадкой на бортовой модуль расчета координат ВС 1.3.1 будет поступать информация только по результатам бортовых измерений. Как показано выше, точность этих данных достаточна для выполнения посадки.Thus, both the ground computer 3.7, and the on-board module for calculating the coordinates of the aircraft 1.3.1, which can be installed at the workplace 1.3 of the pilot, receive a sufficient amount of information about the position of the aircraft relative to the mission 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. If there is information in both ground and airborne equipment about the location of the runway relative to the runway 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, and in ground and airborne equipment, the deviations of the aircraft from the course and glide path lines will be calculated and transmitted to the airborne equipment time. Data transfer calculation of the ground computer 3.7 on the aircraft is carried out, as in the prototype, through the radio link 3.6 landing control. In case of disruption of the landing control radio line 3.6, information on the on-board measurements will be received on the aircraft module for calculating the coordinates of aircraft 1.3.1. As shown above, the accuracy of this data is sufficient to complete the landing.
Точность измерения местоположения ВС по оси Y (фиг. 2), будет зависеть от расстояния между ППМ 3.2, 3.3, расположенных перпендикулярно оси ВП, а ППМ 3.1, расположенный вдоль оси ВПП, целесообразно размещать на удалении 400 и более метров от торца ВПП с противоположной стороны захода на посадку. Для обеспечения захода на посадку ВС с двух направлений ВПП необходимо устанавливать и четвертый ППМ 3.4 - с противоположного конца ВВП. Для улучшения измерения высоты полета ВС на больших удалениях от ВПП могут быть установлены дополнительные ППМ на больших удалениях от ВПП. При установке всех ППМ должно быть точно определено их местоположение в аэродромной службе. Это можно обеспечить с помощью лазерного теодолита. Таким образом, будет точно известно расстояние Li от ППМ до наземной ЭВМ 3.7 управления, а значит, время передачи информации может быть учтено при расчетах местоположения ВС.The accuracy of measuring the location of the aircraft along the Y axis (Fig. 2) will depend on the distance between the runway 3.2, 3.3, located perpendicular to the runway axis, and the runway 3.1, located along the runway axis, it is advisable to place at a distance of 400 or more meters from the end of the runway from the opposite sides of the approach. To ensure the aircraft approach from two directions of the runway, it is necessary to establish the fourth MRP 3.4 - from the opposite end of the GDP. To improve the measurement of aircraft altitude at large distances from the runway, additional RPMs can be installed at large distances from the runway. When installing all MRPs, their location in the aerodrome service must be precisely determined. This can be achieved using a laser theodolite. Thus, the distance Li from the PMD to the ground control computer 3.7 will be exactly known, which means that the information transmission time can be taken into account when calculating the location of the aircraft.
При использовании любого способа разделения каналов в передатчике-запросчике ПРД 3.1.1 формируется запросный сигнал, который излучается в секторе захода ВС на посадку. После получения запросного сигнала в бортовом ответчике 1.1 формируется и излучается ответный сигнал с идентификационным номером воздушного судна, данными о высоте полета ВС, полученными с выхода измерителя 1.2 высоты ВС. При этом в моменты приема ППМ сигналов ответчика ПРД каждого из ППМ на соответствующих частотах излучают ответные сигналы, содержащие идентификационный номер воздушного судна.When using any method of channel separation in the transmitter-interrogator PRD 3.1.1, a request signal is generated, which is radiated in the aircraft approach sector. After receiving the request signal in the on-board transponder 1.1, a response signal is generated and emitted with the aircraft identification number, data on the aircraft altitude, received from the output of the aircraft altitude meter 1.2. At the same time, at the moments of receiving PPM signals of the transponder PRD of each of the PPM at the appropriate frequencies, response signals containing the aircraft identification number are emitted.
В качестве модели движения ВС в ЭВМ 3.7 может быть принята гипотеза о его прямолинейном и равномерном движении, что хорошо согласуется с реальным движением ВС по глиссаде. Далее в ЭВМ 3.7 рассчитывается отклонение ВС по курсу Ек и углу места Ег от заданной глиссады захода на посадку, заложенной в память ЭВМ 3.7 для ВПП данного аэродрома. Угловые отклонения ВС по курсу Ек и глиссаде Ег с выхода ЭВМ 3.7 передаются через радиолинию 3.6 управления посадкой на борт ВС в формате инструментальных систем посадки, например ILS.As a model of the aircraft motion in the computer 3.7, the hypothesis of its rectilinear and uniform motion can be accepted, which is in good agreement with the real motion of the aircraft along the glide path. Then, in computer 3.7, the aircraft deviation is calculated at the heading Е к and elevation angle Е g from the given approach glide path laid in the memory of computer 3.7 for the runway of this aerodrome. The angular deviations of the aircraft at the heading path Е to and the glide path Е г from the output of the computer 3.7 are transmitted through the radio link 3.6 for controlling the landing on board the aircraft in the format of instrumental landing systems, for example, ILS.
Аналогичные вычисления производятся и в бортовом модуле 1.3.1 расчета координат ВС бортовой аппаратуры 1 управления воздушным судном. Принятые на борту сигналы отклонения ВС от траектории посадки комплексируются с данными бортовых вычислений и могут отображаться на рабочем месте 1.3 пилота, они используются последним в ручном или автоматизированном режимах управлении посадкой ВС. При нарушении связи ВС с наземной ЭВМ 3.7, ВС может быть посажено по результатам бортовых измерений, что выгодно отличает предлагаемую систему посадки воздушных судов от прототипа.Similar calculations are made in the on-board module 1.3.1 calculation of the coordinates of the aircraft on-
Как видно из фиг. 6, точность измерений координат ВС в заявляемой системе выше, чем в прототипе, особенно это проявляется при удалении ВС от ВПП, что может оптимизировать заход ВС на посадку.As can be seen from FIG. 6, the accuracy of measuring the coordinates of the aircraft in the inventive system is higher than in the prototype, this is especially manifested when the aircraft is removed from the runway, which can optimize the approach of the aircraft for landing.
Существенным преимуществом заявляемой системы является сохранение ее работоспособности и выдача на рабочее место пилота достаточной информации для обеспечения посадки ВС при нарушении связи ВС с наземной ЭВМ, что выгодно отличает ее от прототипа.A significant advantage of the claimed system is the preservation of its operability and the issuance of sufficient information to the pilot’s workstation to ensure aircraft landing in case of communication failure with the ground computer, which distinguishes it from the prototype.
Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства. Наземные многоканальные приемники МКПРМ 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2,3.4.2, входящие в состав каждого ППМ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, а также бортовой многоканальный приемник МКПРМ 1.1.1 бортового ответчика 1.1 бортовой аппаратуры 1 управления ВС, могут быть выполнены как в (см. 12: Проектирование радиоприемных устройств под ред. Сиверса А.П. М.: «Сов. радио»,1976, - стр 485, стр. 68, рис. 2.25).Consider an example of blocks of the proposed device. MKPRM terrestrial multichannel receivers 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2,3.4.2, which are included in each MRP 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, as well as MKPRM on-board multichannel receiver 1.1.1 airborne transponder 1.1
Бортовой и наземный модули расчета координат ВС и отклонения его от траектории посадки 1.3.1 и 3.7.1 работают в соответствии с блок-схемами алгоритмов, представленных на фиг. 7 и 8 соответственно, представляют собой устройства, реализующие эти вычислительные процедуры и могут быть выполнены на соответствующих ПЛИС, используемых, например в (см. 13: патент на полезную модель РФ №72339, МПК G06F 15/16, опубл. 10.04.2008).The airborne and ground modules for calculating the coordinates of the aircraft and its deviations from the landing path 1.3.1 and 3.7.1 operate in accordance with the flowcharts of the algorithms shown in FIG. 7 and 8, respectively, are devices that implement these computational procedures and can be performed on the appropriate FPGAs used, for example, in (see 13: patent for utility model of the Russian Federation No. 72339,
ПРД 3.1.1, 3.2.1, 3.3.1, 3.4.1, введенные в состав каждого ППМ 3.1-3.4 и МКПРД 1.1.2 бортового ответчика 1.1 могут быть выполнены как в (см. 14: Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Учебное пособие для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш. шк. - 1989. - 232 с., рис. В5, стр. 8).The PRD 3.1.1, 3.2.1, 3.3.1, 3.4.1 introduced into each RPM 3.1-3.4 and ICRDR 1.1.2 of the airborne transponder 1.1 can be performed as in (see 14: Petrov B.E., Romanyuk VA Radio-transmitting devices on semiconductor devices. A textbook for radio technical special universities. - M .: Higher school. - 1989. - 232 p., Fig. B5, p. 8).
Остальные, используемые в изобретении блоки, могут быть выполнены как в (см. 15: патент на полезную модель РФ №113242, МПК B64D 45/04, G01S 1/16, опубл. 10.02.2012. Многопозиционная система посадки воздушных судов "ЛЭМЗ").The rest of the blocks used in the invention can be made as in (see 15: patent for utility model of the Russian Federation No. 113242, IPC B64D 45/04,
Используемые в изобретении блоки могут быть выполнены на основе стандартных, типовых радиотехнических элементов.The blocks used in the invention can be made on the basis of standard, typical radio engineering elements.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149357A RU2608183C1 (en) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | Aircraft landing multistage system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149357A RU2608183C1 (en) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | Aircraft landing multistage system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2608183C1 true RU2608183C1 (en) | 2017-01-17 |
Family
ID=58455974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015149357A RU2608183C1 (en) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | Aircraft landing multistage system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608183C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717284C2 (en) * | 2019-04-22 | 2020-03-19 | Акционерное общество Институт Авиационного приборостроения "Навигатор"(АО "Навигатор") | Aircraft multi-position landing system |
RU2799550C1 (en) * | 2019-11-15 | 2023-07-06 | ТАЛЕС ЮЭсЭй, ИНК. | Method and complex automated control system for aircraft surveillance and navigation systems |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2100820C1 (en) * | 1990-01-25 | 1997-12-27 | Риан Штольц Джон | High-precision landing system for tracing plane along given trajectory in effective range of ground responder |
JP2000075027A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-14 | Nec Corp | Arriving time calculating system |
WO2000057383A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Airport information automatic transmitter |
US6469654B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-10-22 | Advanced Navigation & Positioning Corp. | Transponder landing system |
RU113242U1 (en) * | 2011-09-16 | 2012-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | MULTIPOSITION AIRCRAFT LANDING SYSTEM "LEMZ" |
RU2489325C2 (en) * | 2011-08-30 | 2013-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | Aircraft landing multistage system |
RU2558412C1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Новые Информационные Технологии в Авиации" | Multiposition system for aircraft landing |
-
2015
- 2015-11-17 RU RU2015149357A patent/RU2608183C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2100820C1 (en) * | 1990-01-25 | 1997-12-27 | Риан Штольц Джон | High-precision landing system for tracing plane along given trajectory in effective range of ground responder |
JP2000075027A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-14 | Nec Corp | Arriving time calculating system |
WO2000057383A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Airport information automatic transmitter |
US6469654B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-10-22 | Advanced Navigation & Positioning Corp. | Transponder landing system |
RU2489325C2 (en) * | 2011-08-30 | 2013-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | Aircraft landing multistage system |
RU113242U1 (en) * | 2011-09-16 | 2012-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | MULTIPOSITION AIRCRAFT LANDING SYSTEM "LEMZ" |
RU2558412C1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Новые Информационные Технологии в Авиации" | Multiposition system for aircraft landing |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717284C2 (en) * | 2019-04-22 | 2020-03-19 | Акционерное общество Институт Авиационного приборостроения "Навигатор"(АО "Навигатор") | Aircraft multi-position landing system |
RU2799550C1 (en) * | 2019-11-15 | 2023-07-06 | ТАЛЕС ЮЭсЭй, ИНК. | Method and complex automated control system for aircraft surveillance and navigation systems |
RU2820676C1 (en) * | 2023-10-02 | 2024-06-07 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина (ПАО "НПО "Алмаз") | Wireless communication network for aerodrome multi-position surveillance system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2870669T3 (en) | ADS-B method and base station to validate position information contained in a mode S extended squitter (ADS-B) message from an aircraft | |
US7024309B2 (en) | Autonomous station keeping system for formation flight | |
Kayton et al. | Avionics navigation systems | |
US9851724B2 (en) | Automatic take-off and landing control device | |
US10061027B2 (en) | Laser navigation system and method | |
US20100256841A1 (en) | System and Method for Assisting in the Decking of an Aircraft | |
EP2975595B1 (en) | Scalar product based spacing calculation | |
RU2489325C2 (en) | Aircraft landing multistage system | |
CN108693545A (en) | Abnormal target positioning method based on satellite-borne ADS-B | |
WO2007086899A2 (en) | Transponder landing system augmentation of the global positioning system | |
CN110456655B (en) | Microwave landing simulation system | |
US9523761B1 (en) | Geolocation with redundant aircraft antennas system and related method | |
RU2584689C1 (en) | Multistage system for determining location of aircraft | |
WO2017063032A1 (en) | Determining elevation and bearing information of a remote point | |
RU2562060C1 (en) | Method of external radar detection of trajectory flight instabilities of aircraft using structure of its pulse response characteristic | |
RU2608183C1 (en) | Aircraft landing multistage system | |
Jalloul et al. | DME/DME navigation using a single low-cost SDR and sequential operation | |
RU113242U1 (en) | MULTIPOSITION AIRCRAFT LANDING SYSTEM "LEMZ" | |
KR101487307B1 (en) | Coordinate converting method for visual par automation system | |
RU2558412C1 (en) | Multiposition system for aircraft landing | |
Kuzmenko et al. | Improving the accuracy of aircraft positioning by navigational AIDS using kalman filter | |
US8976057B1 (en) | TCAS primary antenna on aircraft underside system and method | |
Lin et al. | Conflict detection and resolution model for low altitude flights | |
Markus et al. | Existing Navigation Capabilities for Upper Class E Traffic Management (ETM) | |
Džunda et al. | Influence of mutual position of communication network users on accuracy of positioning by telemetry method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171118 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210316 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210825 Effective date: 20210825 |