RU2734173C1 - Aircraft landing system with application of digital technologies - Google Patents
Aircraft landing system with application of digital technologies Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734173C1 RU2734173C1 RU2020106581A RU2020106581A RU2734173C1 RU 2734173 C1 RU2734173 C1 RU 2734173C1 RU 2020106581 A RU2020106581 A RU 2020106581A RU 2020106581 A RU2020106581 A RU 2020106581A RU 2734173 C1 RU2734173 C1 RU 2734173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- landing
- ship
- indicator
- horizon
- Prior art date
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 230000004397 blinking Effects 0.000 claims description 4
- 238000009877 rendering Methods 0.000 claims description 4
- 238000012552 review Methods 0.000 claims description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 101100532679 Caenorhabditis elegans scc-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100421299 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) set7 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012732 spatial analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
- B64D45/04—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
- B64F1/18—Visual or acoustic landing aids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам информационно-технического обеспечения и синтеза системы посадки для построения управления посадки летательных аппаратов (ЛА) вертикального взлета и посадки на корабли из области окончания действия индикаторов глиссады и курса.SUBSTANCE: invention relates to systems of information and technical support and synthesis of a landing system for constructing a control system for landing aircraft for vertical take-off and landing on ships from the area where the glide path and course indicators end.
В настоящее время наиболее перспективным классом систем посадки являются спутниковые радионавигационные системы посадки. Принцип их действия предполагает использование сигналов спутниковых навигационных систем и разделение системы на бортовой (вертолетный) и корабельный сегменты, в состав каждого из которых входят приемники спутниковых навигационных систем, причем работа указанных приемников осуществляется в режиме относительной навигации с использованием фазовых измерений, благодаря чему достигается высокая точность определения координат одного приемника относительно другого. Реализация этого режима работы предполагает передачу в реальном времени навигационных данных (результатов измерений по каждому спутнику) с одного приемника спутниковых навигационных систем другому.At present, the most promising class of landing systems are satellite radio navigation landing systems. The principle of their operation involves the use of signals from satellite navigation systems and the division of the system into onboard (helicopter) and ship segments, each of which includes receivers of satellite navigation systems, and the operation of these receivers is carried out in the mode of relative navigation using phase measurements, due to which a high the accuracy of determining the coordinates of one receiver relative to another. The implementation of this mode of operation involves the transmission in real time of navigation data (measurement results for each satellite) from one receiver of satellite navigation systems to another.
Недостатком решения является сильное влияние помех радиодиапазона, ограниченное применение для посадки на корабль.The disadvantage of this solution is the strong influence of radio frequency interference, limited use for boarding a ship.
Известна система отображения вертикальной привязки на вертолетной системе (см., патент US №9340282 В2 МПК В64С 27/00, публикация от 17.05.2016), включающее определение высоты и местоположения вертолета, систему отображения, графическое представление составного изображения, обеспечивающую точку посадки, формирующей процессором с выверенными вертикальными опорными полюсами.A known system for displaying a vertical reference on a helicopter system (see, US patent No. 9340282 B2 IPC В64С 27/00, publication dated 05/17/2016), including determining the height and location of the helicopter, a display system, a graphical representation of a composite image, providing a landing point, forming processor with aligned vertical reference poles.
Недостатком решения является, отсутствие определения фазовых координат вертолета и центра взлетно-посадочной площадки (цВППл), нет дистанционных измерителей параметров ветра, преимущественно посадка с зависанием, нет характеристик оптимальной посадки.The disadvantage of the solution is the lack of determination of the phase coordinates of the helicopter and the center of the take-off and landing area (cVPP), there are no remote meters of wind parameters, mainly hover landing, there are no characteristics of the optimal landing.
Известна система точной посадки для полетов на морских вертолетах с использованием пространственного анализа (см., патент СА №2955648А МПК B64D 45/08, публикация от 19.01.2017), предусматривающая введение устройство отображения, сконфигурированное для визуализации и отображения трехмерного представления места посадки в реальном времени на основе трехмерной геометрической структурной информации и графической информации рендеринга, обозначающая процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы, причем устройство отображения выполнено с возможностью фиксировать дополнительное визуальное представление, внутри для осознания происходящего пилоту вертолета при выполнении точных посадок, особенно, в неблагоприятных условиях.A known precision landing system for flights on sea helicopters using spatial analysis (see, patent CA No. 2955648A IPC B64D 45/08, publication dated 01.19.2017), providing for the introduction of a display device configured to visualize and display a three-dimensional representation of the landing site in real time based on three-dimensional geometric structural information and graphic rendering information, indicating the process of obtaining an image from a model using a computer program, and the display device is made with the ability to capture an additional visual representation, inside for the helicopter pilot to understand what is happening when performing precision landings, especially in adverse conditions ...
Однако недостатком решения является то, что нет оценки цены риска посадки, в системе используются радиомаяки, спутниковая навигационная технология и поэтому система имеет ограниченное применение на корабле.However, the disadvantage of the solution is that there is no estimate of the cost of landing risk, the system uses radio beacons, satellite navigation technology and therefore the system has limited use on a ship.
Известна система информационного обеспечения пилота для посадки/взлета вертолета на судовую или корабельную взлетно-посадочную площадку (см., патент RU №2695029С1 МПК B64F 1/18, публикация от 18.07.2019), содержащая четыре источника света, размещенные горизонтально и вертикально и индицирующие допустимый и критический поперечный угол и продольный угол уклона взлетно-посадочной площадки соответственно, два источника света, размещенные в верхней и нижней частях "креста" и индицирующие направление вертикального перемещения в центр корабельной взлетно-посадочной площадки цВППл вверх и вниз соответственно, блок сопряжения, программируемый логический контроллер прибора управления, датчик положения, панель оператора, источник бесперебойного питания, встроенный в прибор управления.A known system of information support for a pilot for landing / takeoff of a helicopter on a ship or ship landing site (see, patent RU No. 2695029C1 IPC B64F 1/18, publication dated 07/18/2019), containing four light sources placed horizontally and vertically and indicating allowable and critical transverse angle and longitudinal slope angle of the runway, respectively, two light sources located in the upper and lower parts of the "cross" and indicating the direction of vertical movement to the center of the ship's runway cVPPl up and down, respectively, programmable interface unit logical controller of the control device, position sensor, operator panel, uninterruptible power supply built into the control device.
Однако недостатком решений является то, что самостоятельного значения представленный индикатор не имеет, а используется в системе посадки, в которой не определяются относительные координаты цВППл и вертолета, и координаты вертолета в земной системе координат, что приводит к большим отклонениям точки посадки от цВППл и большим относительным скоростям ВППл и вертолета.However, the disadvantage of the solutions is that the presented indicator does not have an independent meaning, but is used in the landing system, in which the relative coordinates of the cVPL and the helicopter, and the coordinates of the helicopter in the earth's coordinate system are not determined, which leads to large deviations of the landing point from the cVPL and large relative runway and helicopter speeds.
Известна система визуального отображения вертикальной привязки - точка посадки вертолета (см., патент ЕР №15150993.2А МПК В64С 27/00, публикация от 13.01.2015, а также патент US №9340282 В2 МПК В64С 27/00, публикация от 17.05.2016), содержащая источники данных о высоте цВППл и местоположения вертолета, а также процессор, генерирующий графическое представление с отображением точки посадки вертолета в цВППл на дисплее пилота.A known system of visual display of vertical reference is the helicopter landing point (see, patent EP No. 15150993.2A IPC В64С 27/00, publication dated 01.13.2015, as well as US patent No. 9340282 В2 IPC В64С 27/00, publication dated 17.05.2016) containing data sources on the altitude of the cVPL and the location of the helicopter, as well as a processor that generates a graphical representation of the helicopter landing point in the cVPL on the pilot's display.
Выше приведенные технические решения позволяют осуществить визуально-вертикальную привязку на трехмерном графическом дисплее при посадке вертолета в цВППл корабля, когда пилот может быстро и легко принять вертикальную привязку, а также информацию о крене, что существенно повышает ситуационную осведомленность пилота.The above technical solutions make it possible to carry out visual-vertical alignment on a three-dimensional graphic display when the helicopter lands in the ship's central airplane, when the pilot can quickly and easily accept the vertical alignment, as well as roll information, which significantly increases the pilot's situational awareness.
Однако недостатком решения является отображение информации об относительном движении вертолета и цВППл на трехмерном графическом дисплее, что затрудняет восприятие пилотом одновременно высоты и местоположения вертолета, отсутствие индикации относительных скоростей цВППл и вертолета, отсутствует дистанционный измеритель вектора скорости ветра, отсутствует канал автоматической посадки, нет оценки цены риска посадки.However, the disadvantage of the solution is the display of information about the relative movement of the helicopter and the cWPP on a three-dimensional graphic display, which makes it difficult for the pilot to simultaneously perceive the altitude and location of the helicopter, the lack of indication of the relative speeds of the cWPP and the helicopter, there is no remote meter for the wind speed vector, there is no automatic landing channel, no price estimate landing risk.
Известна интеллектуальная вертолетная площадка для поддержки посадки самолета с вертикальным взлетом и посадкой (см., патент US №9174747 В2 МПК B64F 1/18, публикация от 03.11.2015), включающая адаптивное отображение маркера, распознаваемого камерой, установленной на ЛА с вертикальным взлетом и посадкой; получение информации о наклоне поверхности земли и поверхности моря с использованием гироскопа; причем регулируют посадочную площадку, соединенную с блоком отображения, на котором отображается маркер, так, чтобы он был параллелен горизонтальной линии на основе информации о наклоне, используя платформу движения, имеющую чувствительность к изменениям во всех направлениях.Known intelligent helipad to support the landing of an aircraft with vertical takeoff and landing (see, US patent No. 9174747 B2 IPC B64F 1/18, publication from 03.11.2015), including an adaptive display of a marker, recognized by a camera installed on an aircraft with vertical takeoff and landing; obtaining information about the inclination of the earth's surface and the sea surface using a gyroscope; and adjusting the landing pad connected to the display unit on which the marker is displayed to be parallel to the horizontal line based on the tilt information using a motion platform having sensitivity to changes in all directions.
ЛА с вертикальным взлетом и посадкой дополнительно включает в себя устройство отображения, сконфигурированное для визуализации и отображения трехмерного представления посадочной площадки в режиме реального времени на основе трехмерной геометрической структурной информации и графической информации рендеринга.The vertical takeoff and landing aircraft further includes a display device configured to render and display a 3D representation of the landing site in real time based on 3D geometric structural information and graphical rendering information.
Недостатком решения является отсутствие измерений относительных скоростей ВППл и ЛА с вертикальным взлетом и посадкой, посадка осуществляется по совпадению угла крена ВППл и истинного горизонта, отсутствует дистанционный измеритель вектора скорости ветра над ВППл, что может привести к существенному отклонению точки посадки от цВППл, нет оценки цены риска посадки.The disadvantage of the solution is the lack of measurements of the relative speeds of the runway and aircraft with vertical take-off and landing, landing is carried out according to the coincidence of the roll angle of the runway and the true horizon, there is no remote gauge of the wind speed vector above the runway, which can lead to a significant deviation of the landing point from the cRVP, there is no price estimate landing risk.
Известна система управления полетами, заходом на посадку и посадкой вертолетов для оборудования стартовых командных пунктов надводных кораблей и диспетчерских пунктов, размещаемых на судах и морских платформах (см., патент RU №2667654 МПК G08G 5/00, G05B 15/02, G06F 15/16, B64F 1/18, публикация от 21.09.2018), содержащая автоматизированное рабочее место руководителя полетов, устройства сопряжения по цифровым каналам, устройство сопряжения и обработки первичной информации, центральные вычислители, средства документирования информации, соединенные через основную сеть. Причем автоматизированное рабочее место руководителя полетов содержит графические станции, главный управляющий компьютер, видеосервер, устройство отображения и ввода информации, устройство управления курсором, клавиатуру, коммутатор, терминал управления техническими средствами обеспечения полетов, терминал управления средствами связи, соединенные определенным образом.Known control system for flights, approach and landing of helicopters for equipping launch command posts of surface ships and control points located on ships and offshore platforms (see, patent RU No. 2667654 IPC G08G 5/00, G05B 15/02, G06F 15 / 16, B64F 1/18, publication dated 09.21.2018), containing an automated workstation for the flight manager, interface devices via digital channels, a device for interface and processing of primary information, central computers, information documenting facilities connected through the main network. Moreover, the automated workstation of the flight director contains graphic stations, a main control computer, a video server, a display and input device, a cursor control device, a keyboard, a switch, a flight equipment control terminal, a communications control terminal, connected in a certain way.
Обеспечивается расширение функциональных возможностей системы управления полетами для взлета, управления полетом, посадкой вертолетов, не оснащенных средствами ближней навигации, автоматизация процессов управления, повышение эффективности принятия решений руководителем полетов, повышение безопасности полетов.Expansion of the functional capabilities of the flight control system for takeoff, flight control, landing of helicopters not equipped with short-range navigation means, automation of control processes, increasing the efficiency of decision-making by the flight director, and improving flight safety are provided.
Однако недостаток данного решения заключается в том, что отсутствие относительной навигации цВППл и вертолета, отсутствие индикации положения вертолета в земной системе координат приводит к ограничению углов ВППл и к ограничению области применимости вертолета по метеоусловиям, при этом отсутствие дистанционного измерителя вектора скорости ветра над ВППл, также приводит к дополнительному отклонению точки посадки от цВППл, не определена область применимости вертолета по метеусловиям, нет оценки цены риска посадки.However, the disadvantage of this solution is that the absence of relative navigation of the cWP and the helicopter, the absence of indication of the position of the helicopter in the earth's coordinate system leads to a limitation of the runway angles and to the limitation of the field of applicability of the helicopter by meteorological conditions, while the absence of a remote meter of the wind speed vector over the runway, also leads to an additional deviation of the landing point from the cVPL, the area of applicability of the helicopter by meteorological conditions has not been determined, there is no estimate of the landing risk price.
Известна интеллектуальная вертолетная площадка для поддержки посадки ЛА с возможностью вертикального взлета и посадки (см., патент KR №101709812 В1 МПК B64F 1/18, публикация от 23.03.2017), включающая адаптивное отображение распознаваемого камерой маркера, несущего изображение, установленного на ЛА с вертикальным взлетом и посадкой, причем получение информации о наклоне на земле и поверхности моря с помощью гироскопа. И регулируют посадочную площадку, соединенную с блоком отображения, на котором отображается маркер, на основе информации так, чтобы она была параллельна горизонтальной линии, используя платформу движения, имеющую чувствительность к изменениям по всем направлениям.Known intelligent helipad to support aircraft landing with the possibility of vertical takeoff and landing (see, patent KR No. 101709812 В1 IPC B64F 1/18, publication dated 03.23.2017), including adaptive display of a marker recognized by the camera carrying an image installed on the aircraft with vertical take-off and landing, and obtaining information about the inclination on the ground and sea surface using a gyroscope. And, the landing pad connected to the display unit on which the marker is displayed is adjusted based on the information to be parallel to the horizontal line using a motion platform having sensitivity to changes in all directions.
Однако недостаток данного решения заключается в том, что отсутствие измерений относительных скоростей ВППл и ЛА, посадка осуществляется лишь по совпадению угла крена ВППл, отсутствует дистанционный измеритель вектора скорости ветра над ВППл, что может привести к существенному отклонению точки посадки от цВППл, нет оценки цены риска посадки.However, the disadvantage of this solution is that the absence of measurements of the relative speeds of the runway and the aircraft, landing is carried out only by the coincidence of the roll angle of the runway, there is no remote gauge of the wind speed vector above the runway, which can lead to a significant deviation of the landing point from the cWFP, there is no risk cost estimate landing.
Известна оптическая система посадки вертолета на корабельную взлетно-посадочную площадку (см., патенты RU №2692413 МПК B64F 1/20, B64D 43/04. G08G 5/02, публикация от 24.06.2019 и RU №2695029С1, публикация от 18.07.2019), содержащая светосигнальную систему, состоящую из индикатора глиссады, индикатора курса, указателя истинного горизонта, индикатора истинной вертикали и вертикального перемещения, размещенных на надстройках корабля, данная система ограничивает область применимости вертолета углами бортовой качки |±10|°, дифферента |±3°|, на корме корабля реализован оптический индикатор дальности в виде комбинации источников оптического излучения, установленных на заданных расстояниях друг от друга, причем данная система обеспечивает визуальное распознавание экипажем информации о направлении и дистанции до корабельной взлетно-посадочной площадки.Known optical system for landing a helicopter on a ship's landing site (see, patents RU No. 2692413 IPC B64F 1/20, B64D 43/04.
Эти известные системы заключительного этапа посадки, основанные на оптических индикаторах, расположенных на корабле, дают количественные оценки движения ВППл относительно морской поверхности, но они не дают экипажу координаты и индикацию ЛА, точки посадки в земной системе координат, текущие относительные координаты цВППл и ЛА. При использовании предложенной системы экипаж должен в условиях недостаточной информации (нет цифровой связи между цВППл и ЛА и нет координат ЛА в земной системе координат) решать задачи прогнозирования траектории движения цВППл, делать оценки: удаления ЛА от цВППл, фазы эволюции ВППл, момента причаливания, безопасного сближения с ангаром, с границей ВППл и поверхностью моря. Решить экипажу ЛА в условиях повышенной психофизической нагрузки этот комплекс задач с приемлемой погрешностью, при малых характерных временах движения ВППл, в СМУ невозможно, поэтому ограничивается область применимости ЛА по метеоусловиям.These well-known systems of the final stage of landing, based on optical indicators located on the ship, provide quantitative estimates of the runway movement relative to the sea surface, but they do not give the crew the coordinates and indication of the aircraft, the landing point in the earth's coordinate system, the current relative coordinates of the cWFP and the aircraft. When using the proposed system, the crew must, in conditions of insufficient information (there is no digital connection between the cWP and the aircraft and there are no aircraft coordinates in the earth's coordinate system), solve the problems of predicting the cWP's trajectory, make estimates: the distance of the aircraft from the cWP, the phase of the runway evolution, the moment of docking, safe rapprochement with the hangar, with the runway border and the sea surface. It is impossible for the aircraft crew to solve this complex of tasks with an acceptable error, with small characteristic times of runway movement, in the SMU under conditions of increased psychophysical load, therefore the area of applicability of the aircraft by meteorological conditions is limited.
Для безопасной посадки необходима максимальная разгрузка экипажа от решения этих задач, а полные данные о параметрах среды посадки и оптимальном управлении ЛА должна дать измерительная система в цифровом виде и программно-математическое обеспечение (ПМО), строящее управление ЛА с минимальной или приемлемой ценой риска посадки.For a safe landing, the maximum unloading of the crew from solving these problems is necessary, and complete data on the parameters of the landing environment and the optimal control of the aircraft should be provided by the measuring system in digital form and software and mathematical support (MPS) that builds the control of the aircraft with a minimum or acceptable cost of landing risk.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система посадки на корабль (см. патент RU №2673314 МПК G05D 1/00, G01C 21/28, G01S 19/44, публикация от 13.11.2018), содержащая навигационные системы авианесущего корабля и ЛА, а также спутниковую навигационную систему, при этом объединение навигационной информации включает дифференциальные операции с использованием измерения фазы несущей, определение относительного положения и скорости вертолета и направление ветра, воздействующего на корабль, а также средство отображения информации, при двух приемопередатчиках для анализа сущности посадки.The closest in technical essence and the achieved result is a ship landing system (see patent RU No. 2673314 IPC G05D 1/00, G01C 21/28, G01S 19/44, publication dated 11/13/2018), containing the navigation systems of the aircraft carrier and the aircraft , as well as a satellite navigation system, while the integration of navigation information includes differential operations using the measurement of the carrier phase, determination of the relative position and speed of the helicopter and the direction of the wind acting on the ship, as well as a means of displaying information, with two transceivers to analyze the nature of the landing.
Причем техническим результатом изобретения является увеличение точности захода на посадку, повышение безопасности вертолета и улучшение ситуационной осведомленности экипажа вертолета и технического персонала авианесущего корабля.Moreover, the technical result of the invention is to increase the accuracy of the landing approach, increase the safety of the helicopter and improve the situational awareness of the helicopter crew and technical personnel of the aircraft carrier.
Недостатком данного решения является то, что система посадки вертолета на корабль построена на основе спутниковой навигационной технологии, подверженной влиянию электромагнитных помех и имеет ограниченное применение на корабле, к тому же два локальных измерителя параметров скорости ветра не дают характеристик вектора скорости ветра в окрестности ВППл с приемлемой погрешностью.The disadvantage of this solution is that the helicopter landing system on the ship is built on the basis of satellite navigation technology, which is susceptible to electromagnetic interference and has limited application on the ship, besides, two local meters of wind speed parameters do not give characteristics of the wind speed vector in the vicinity of the runway with acceptable error.
Техническим результатом решения является повышение точности захода ЛА на посадку в зону видимости сигнала стандартных визуальных корабельных систем посадки в сложных метеоусловиях при обеспечении безопасности эксплуатации вертолетов палубного базирования.The technical result of the solution is to increase the accuracy of aircraft approach for landing in the visibility zone of the signal of standard visual ship landing systems in difficult weather conditions while ensuring the safe operation of deck-based helicopters.
Технический результат достигается тем, что система посадки летательного аппарата (ЛА) на корабль с применением цифровых технологий, содержащая навигационную систему корабля, систему метеорологического обеспечения корабля в окрестности взлетно-посадочной площадки, подключенные к электронно-вычислительной машине (вычислительному модулю), соединенного шиной связи с системой управления корабля, приемо-передатчиком корабля, при этом установлен радиоканал связи с приемо-передатчиком ЛА, который соединен через электронно-вычислительную машину (вычислительный модуль) ЛА с системой управления ЛА, а также навигационная система ЛА, при этом введен световой индикатор на ЛА, сигнал которого принимает система относительной навигации корабля для создания точного положения места посадки ЛА, при этом система относительной навигации и навигационная система корабля, а также система метеорологического обеспечения корабля и дистанционного измерителя параметров ветра соединены, соответственно, через задатчик относительных фазовых координат центра взлетно-посадочной площадки (цВППл) и ЛА, а также через задатчик параметров поля вектора скорости ветра с задатчиком параметров среды посадки, подключенного к соответствующим входам приемо-передатчика корабля и вычислительного модуля, связанного с системой управления посадкой ЛА, корабельным индикатором посадки ЛА корабля, причем вычислительный модуль ЛА связан с соответственно с корабельным индикатором посадки ЛА на борту ЛА и через задатчик параметров управления ЛА при автоматической посадке с системой управления ЛА, при этом навигационная система ЛА связана через задатчик цифрового индикатора авиагоризонта ЛА с соответствующим входом вычислительного модуля ЛА, кроме того введены корабельный финишер и бортовой аэрофинишер ЛА, связанные, соответственно, с вычислительными модулями корабля и ЛА.The technical result is achieved by the fact that a system for landing an aircraft (LA) on a ship using digital technologies, containing the ship's navigation system, a meteorological support system for the ship in the vicinity of the runway, connected to an electronic computer (computing module) connected by a communication bus with the ship's control system, the ship's transceiver, while a radio communication channel is installed with the aircraft transceiver, which is connected through an electronic computer (computing module) of the aircraft with the aircraft control system, as well as the aircraft navigation system, while a light indicator is introduced on An aircraft, the signal of which is received by the ship's relative navigation system to create the exact position of the aircraft landing site, while the relative navigation system and the ship's navigation system, as well as the ship's meteorological support system and the remote wind meter are connected, respectively, through the setpoints to the relative phase coordinates of the center of the take-off and landing area (cVPP) and the aircraft, as well as through the setter of the parameters of the wind speed vector field with the setter of the parameters of the landing environment connected to the corresponding inputs of the ship's transceiver and the computational module connected with the aircraft landing control system, aircraft landing indicator, and the aircraft computing module is connected, respectively, with the aircraft landing indicator on board the aircraft and through the aircraft control parameter set during automatic landing with the aircraft control system, while the aircraft navigation system is connected through the aircraft attitude indicator digital indicator to the corresponding computing input aircraft module, in addition, a ship finisher and an aircraft airborne finisher were introduced, connected, respectively, with the computing modules of the ship and the aircraft.
Для пилотируемой посадки ЛА строятся корабельные индикаторы посадки, где индицируется на плоском экране трехмерный физический процесс посадки, движение ВППл и места посадки в реальном времени в графической информации рендеринга: аквагоризонт - угловые координаты ВППл в символе цВППл, авиагоризонт - угловые координаты ЛА в символе ЛА, положения символов ЛА и цВППл на корабельном индикаторе посадки соответствуют координатам цВППл и ЛА в земной системе координат, корабельный индикатор посадки отображает картину посадки в 3D видео ряде с ракурсом, удобным пилоту и оператору посадки для обозрения параметров, необходимых для данной фазы операции посадки.For a manned aircraft landing, ship landing indicators are built, where the three-dimensional physical process of landing, the movement of the runway and the landing site in real time in the rendering graphical information is indicated on a flat screen: aqua horizon - angular coordinates of the runway in the cRVP symbol, artificial horizon - angular coordinates of the aircraft in the aircraft symbol, the positions of the aircraft and cWPP symbols on the ship landing indicator correspond to the coordinates of the cWPP and the aircraft in the earth's coordinate system, the ship landing indicator displays a picture of the landing in a 3D video series with an angle that is convenient for the pilot and the landing operator to review the parameters necessary for this phase of the landing operation.
Посадка ЛА на ВППл происходит при совмещении индикаций аквагоризонта и авиагоризонта на корабельных индикаторах посадки по цветовым сигналам аквагоризонта, например, коричневый цвет центра аквагоризонта меняется, например, на мигающий зеленый при приближении символа цВППл к оптимальной точке посадки, при этом выполняется выравнивание углов ЛА по углам аквагоризонта при приближении центра авиагоризонта к центру аквагоризонта, далее мигающий зеленый переходит в непрерывный зеленый и производится совмещение символа авиагоризонта и аквагоризонта и осуществляется касание, при пропуске касания цвет символа цВППл становится исходным и непрерывным, причем индикация процесса посадки длится непрерывно до реализации касания при любом числе попыток не зависимо от положения ЛА.The aircraft landing on the runway occurs when the aqua and artificial horizon indications are combined on the ship landing indicators according to the color signals of the aqua horizon, for example, the brown color of the aqua horizon center changes, for example, to blinking green when the cWFP symbol approaches the optimal landing point, while the aircraft corners are aligned in the corners the aqua horizon when the center of the artificial horizon approaches the center of the aqua horizon, then the blinking green turns into continuous green and the symbol of the artificial horizon and the aqua horizon is combined and a touch is made, when the touch is missed, the color of the cWPP symbol becomes the original and continuous, and the indication of the landing process lasts continuously until the touch is realized at any number attempts regardless of the position of the aircraft.
Сущностью решения является пролонгация управлением посадки ЛА на корабль из области окончания действия индикаторов глиссады и курса до момента причаливания ЛА на цВППл в автоматическом и пилотируемом режимах, в СМУ с минимальной ценой риска посадки и определения конструктивного облика аэрофинишера (устройство остановки и удержания ЛА на ВППл после касания), при предельных значениях параметров метеоусловий.The essence of the solution is the prolongation of the control over the aircraft landing on the ship from the area where the glide path and heading indicators expire until the aircraft docks on the cRVP in automatic and manned modes, in the SMU with the minimum cost of landing risk and determining the design appearance of the aerofinisher (device for stopping and holding the aircraft on the runway after touch), at the extreme values of the parameters of meteorological conditions.
Процедура посадки ЛА на авианесущий корабль осуществляется следующим образом: определяются параметры среды посадки и в этой среде строится оптимальное управление ЛА с минимальной ценой риска посадки с фазовыми и смешанными ограничениями.The procedure for landing an aircraft on an aircraft carrier is carried out as follows: the parameters of the landing environment are determined, and in this environment, an optimal aircraft control is constructed with a minimum cost of landing risk with phase and mixed constraints.
Параметры среды посадки ЛА на палубу корабля представляются в земной системе координат (X, Y, Z) вектором S=(Х0, Y0, Z0, X'0,Y'0, Z'0, α, β, γ, α', β', γ', L, V), где X0, Y0, Z0, X'0, Y'0, Z'0, α, β, γ, α', β', γ' - фазовые (' штрих означает производную по времени) пространственные координаты центра цВППл (Х0, Y0, Z0) и угловые (α - угол бортовой качки, β - угол рыскания по курсу и γ - угол дифферента корабля) в земной системе координат; в число параметров среды посадки входят: сила тяжести, метеорологическая дальность видимости (МДВ) - L и параметры поля "кажущегося" ветра (KB) - V в окрестности ВППл, которые определяются при текущих параметрах пространственного положения корабля; параметры движения ЛА в земной системе координат вектором Y=(Хв, Yв, Zв, X'в, Y'в, Z' в, αв, βв, γв, αв' βв', γв'), где Хв, Yв, Zв, Х'в, Y'в, Z'в фазовые линейные и угловые αв, βв, γв, αв', βв', γв' координаты ЛА (углы αв - крена, βв - скольжения и γв - тангажа ЛА).The parameters of the aircraft landing environment on the ship deck are represented in the terrestrial coordinate system (X, Y, Z) by the vector S = (X0, Y0, Z0, X '0, Y '0, Z '0, α, β, γ, α ', β', γ ', L, V), where X0, Y0, Z0, X '0, Y '0, Z '0, α, β, γ, α ', β', γ '- phase (' prime means the time derivative) spatial coordinates of the center of the cWPP (X0, Y0, Z0) and angular (α - roll angle, β - yaw angle along the heading and γ - ship trim angle) in the earth coordinate system; the parameters of the landing environment include: gravity, meteorological visibility range (MVR) - L and parameters of the "apparent" wind (KB) - V in the vicinity of the runway, which are determined at the current parameters of the spacecraft position; parameters of the aircraft movement in the terrestrial coordinate system by the vector Y = (Xat, Yat, Zat, X 'at, Y 'at, Z 'at, αat, βat, γat, αat' βat', γat'), where Xat, Yat, Zat, X 'at, Y 'at, Z 'at phase linear and angular αat, βat, γat, αat', βat', γat'aircraft coordinates (angles αat - roll, βat - slip and γat - aircraft pitch).
Качество посадки оценим ценой риска посадки С (S, Y). Предложенная образует Y, как решающую функцию от данных среды посадки, минимизирующую цену риска посадки. Для данной задачи адекватной будет квадратичная функция риска С (S, Y)=М (S - Y, S - Y), характеризующая фазовых координат ЛА и цВППл в точке касания (здесь в С (S, Y) и далее в вектор S не входят параметры L и V). (S - Y, S - Y) - скалярное произведение, М - знак математического ожидания оценок измерения компонентов, S - Y, которые определяются вероятностными параметрами процесса измерений, даваемыми системой. Если при посадке в момент касания обеспечить совпадение фазовых координат ВППл, цВППл и фазовых координат шасси ЛА, то в момент касания сила действия ВППл на ЛА будет равна нулю и С (S, Y)=0. Поскольку S и Y измеренные величины, то минимальная цена риска посадки С0 равна погрешности измерения С (S, Y) предложенной системы и достигается, когда в точке причаливания оценки линейных и угловых фазовых переменных среды посадки и ЛА равны. В этом случае минимум С (S, Y) достигается, когда каждая компонента вектора управления Y, yk=Sk, где Sk и yk, соответственно, оценки k - х компонент векторов Y и S, даваемые предложенной системой. Компоненты вектора S - Y в С (S, Y) представляют сумму квадратов разностей фазовых координат цВППл и шасси ЛА в точке посадки.The quality of landing is estimated at the cost of landing risk C (S, Y). The proposed one forms Y as a decisive function of the landing environment data, which minimizes the cost of landing risk. For this problem, the quadratic risk function С (S, Y) = М (S - Y, S - Y), which characterizes the phase coordinates of the aircraft and cVPPl at the point of tangency (here, in С (S, Y) and further into the vector S is not parameters L and V are included). (S - Y, S - Y) is the dot product, M is the sign of the mathematical expectation of the component measurement estimates, S - Y, which are determined by the probabilistic parameters of the measurement process given by the system. If, during landing, at the moment of touchdown, the coincidence of the phase coordinates of the RWY, cVPL and the phase coordinates of the aircraft chassis is ensured, then at the moment of touchdown the force of the RWP action on the aircraft will be equal to zero and C (S, Y) = 0. Since S and Y are measured values, the minimum cost of landing risk С 0 is equal to the measurement error С (S, Y) of the proposed system and is achieved when the estimates of the linear and angular phase variables of the landing environment and the aircraft are equal at the berthing point. In this case, the minimum С (S, Y) is achieved when each component of the control vector Y, y k = S k , where S k and y k , respectively, are estimates of the k - х components of the vectors Y and S given by the proposed system. The components of the vector S - Y in C (S, Y) represent the sum of the squares of the differences in the phase coordinates of the cVPP and the aircraft landing gear at the landing point.
Для построения управления посадки ЛА необходимо измерить в реальном времени параметры S и Y в земной системе координат и относительные координаты цВППл и ЛА. Влияние ЛА на движение ВППл пренебрежимо мало для всех типов ЛА, а влияние ВППл на ЛА при причаливании определяется относительными скоростями. Влияние вектора и сдвига скорости ветра, турбулентности на ЛА в окрестности цВППл может быть существенным, для легких ЛА, особенно, когда характерный масштаб поля ветра соизмерим с размером ЛА. Все особенности взаимодействия ЛА и поля вектора скорости ветра (ВСВ) определяются, используя данные дистанционного измерителя ВСВ в окрестности ВППл.To construct the aircraft landing control, it is necessary to measure in real time the parameters S and Y in the terrestrial coordinate system and the relative coordinates of the cWPP and the aircraft. The influence of the aircraft on the movement of the runway is negligible for all types of aircraft, and the influence of the runway on the aircraft during docking is determined by the relative speeds. The influence of the wind velocity vector and shear, turbulence on an aircraft in the vicinity of the cWPP can be significant for light aircraft, especially when the characteristic scale of the wind field is commensurate with the size of the aircraft. All the features of the interaction between the aircraft and the wind speed vector (ENV) field are determined using the data of a remote ENV meter in the vicinity of the runway.
Рассматриваемая система должна удовлетворять дополнительным требованиям, быть помехоустойчивой от внешних источников электромагнитных полей радио и оптического диапазонов. Удовлетворять требованиям минимизации собственных излучений радио обмена ЛА и корабля, вплоть до перехода к связи ЛА и корабля оптического диапазона, построить бортовую часть системы с минимальным весом, габаритами и энергопотреблением.The system under consideration must satisfy additional requirements, be noise-resistant from external sources of electromagnetic fields of radio and optical ranges. To meet the requirements of minimizing own radiation of aircraft and ship radio exchange, up to the transition to communication between the aircraft and the ship in the optical range, to build the onboard part of the system with minimum weight, dimensions and power consumption.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с уже известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.Comparison of the proposed solution with known technical solutions shows that it has a new set of essential features, which, together with the already known features, make it possible to successfully achieve the goal.
Изобретение проиллюстрировано графическими материалами, где на фиг. 1 приведена системы относительной навигации с относительных координат (ξ, η, ς) с началом в цВППл (Х0, Y0, Z0) и TV - цифровыми телекамерами, ВППл, ангар, ДИПВ - дистанционный измеритель параметров "кажущегося" ветра; на фиг. 2. приведен корабельный индикатор посадки; на фиг. 3 изображен аэрофинишер, удерживающий ЛА на ВППл; на фиг. 4 изображена блок-схема связи составных частей корабля и ЛА, номера блоков соответствуют номерам составных частей системы посадкиThe invention is illustrated in drawings, where FIG. 1 shows a system of relative navigation from relative coordinates (ξ, η, ς) with the origin at the cWPP (X 0 , Y 0 , Z 0 ) and TV - digital TV cameras, RWY, hangar, RIPV - remote meter of the "apparent" wind parameters; in fig. 2. shows the ship landing indicator; in fig. 3 depicts an aerofinisher holding the aircraft on the runway; in fig. 4 shows a block diagram of the communication between the components of the spacecraft and the aircraft, the block numbers correspond to the numbers of the components of the landing system
Состав системы посадки:Landing system composition:
1. Навигационная система корабля (НСК);1. Ship navigation system (NSC);
2. Система относительной навигации (СОН);2. Relative navigation system (ROS);
3. Система измерения поля скорости ветра;3. System for measuring the wind speed field;
3.1 Система метеорологического обеспечения корабля (СМК), измеряющая в реальном времени набегающий на корабль вектор скорости ветра.3.1 The ship's meteorological support system (QMS), which measures in real time the wind speed vector running on the ship.
3.2 Дистанционный измеритель параметров ветра (ДИПВ) (расположен на ангаре), вектора скорости "кажущегося" ветра, сдвигов скорости ветра и интенсивности турбулентности в окрестности ВППл;3.2 Remote meter of wind parameters (RIPV) (located on the hangar), the velocity vector of the "apparent" wind, wind speed shears and turbulence intensity in the vicinity of the runway;
4. ЭВМ корабля и программно-математическое обеспечение (ПМО) вычисления фазовых координат ВППл, цВППл, относительных фазовых координат цВППл и ЛА, определение вектора скорости ветра (ВСВ) и сдвига ветра, построения оптимального управления посадки ЛА на корабль и строящая корабельный индикатор посадки ЛА (КИП);4. The computer of the ship and software and mathematical support (PMO) for calculating the phase coordinates of the runway, cWPP, relative phase coordinates of cVPPl and aircraft, determining the wind speed vector (WSV) and wind shear, constructing the optimal control of aircraft landing on the ship and building a shipboard indicator of aircraft landing (KIP);
5. Задатчик фазовых координат ВППл, цВППл, относительных фазовых координат цВППл и ЛА, момента касания ЛА ВППл:5. Adjuster of the phase coordinates of the runway, tsVPl, relative phase coordinates of the tsvppl and the aircraft, the moment of the aircraft touching the runway:
6. Задатчик параметров поля вектора скорости ветра;6. Setter of parameters of the wind speed vector field;
7. Задатчик параметров среды посадки;7. Setting the parameters of the landing environment;
8. Приемопередатчики;8. Transceivers;
8.1 Корабельный приемопередатчик;8.1 Ship transceiver;
8.2 Бортовой приемопередатчик;8.2 Airborne transceiver;
9.1 Корабельный индикатор посадки ЛА (КИП) на корабле;9.1 Shipboard aircraft landing indicator (KIP) on the ship;
9.2 Корабельный индикатор посадки ЛА (КИП) на борту ЛА;9.2 Shipboard aircraft landing indicator (KIP) on board the aircraft;
10. ЭВМ летательного аппарата;10. computer of the aircraft;
11. Задатчик цифрового индикатора авиагоризонта ЛА;11. Adjuster of the digital indicator of the aircraft attitude indicator;
12. Навигационная система ЛА;12. Aircraft navigation system;
13. Источник света ЛА;13. Aircraft light source;
14. Система управления посадкой ЛА;14. Aircraft landing control system;
15. Задатчик параметров управления ЛА при автоматической посадке;15. Setter of aircraft control parameters during automatic landing;
16. Система управления ЛА;16. Aircraft control system;
17. Летательный аппарат;17. Aircraft;
18 Финишер;18 Finisher;
18.1 Корабельная часть финишера;18.1 Ship part of the finisher;
18.2 Бортовая часть аэрофинишера;18.2 The side part of the aerofinisher;
19. Система управления авианесущим кораблем;19. Control system of aircraft carrier;
20. Авианесущий корабль;20. Aircraft carrier;
21. Цифровые телекамеры, входящие в состав СОН.21. Digital television cameras that are part of the SON.
Система посадки ЛА на корабль с применением цифровых технологий получает данные среды посадки:The aircraft landing system on a ship using digital technologies receives data from the landing environment:
- данные от НСК 1 поступающие на электронно-вычислительную машину 4 и по алгоритму, дающему связь фазовых координат НСК 1 и цВППл, получаем Х0, Y0, Z0, Х'0, Y'0, Z'0, α, β, γ, α', β', γ';- data from the
- вектор скорости и интенсивность турбулентности KB в окрестности ВППл, получим от дистанционного измерителя параметров ветра 3.2, установленного на ангаре, цифровые данные МСК 3.1 и ДИПВ 3.2 о поле KB поступают в электронно-вычислительную машину 4 и в 6 вычисляются вектор скорости ветра, его пространственные сдвиги и параметры турбулентности, влияющие на процесс посадки в данных метеоусловиях в реальном времени направляются в задатчик параметров среды посадки7;- the velocity vector and turbulence intensity KB in the vicinity of the runway, we obtain from the remote meter of wind parameters 3.2 installed on the hangar, the digital data of MSC 3.1 and DIPV 3.2 about the KB field enter the
- вводим прямоугольную систему относительных координат (ξ, η, ς) с началом в цВППл (см. фиг.1) для определения линейных фазовых координат относительного движения ЛА 17 и цВППл;- we introduce a rectangular system of relative coordinates (ξ, η, ς) with the origin at tsVPPl (see figure 1) to determine the linear phase coordinates of the relative motion of the
- измерение линейных фазовых координат, относительного движения ЛА 17 и цВППл, получаем по данным СОН 2, построенной на основе расположенных на ангаре цифровых телекамер 21, соответствующего спектрального диапазона, и используем посадочные огни ЛА 13, спектр которых согласован со спектром телекамер, данная система практически всепогодна (при приближении ЛА 17 к цВППл уменьшается толщина слоя ослабления излучения туманом и осадками - маркерный огонь (он может быть посадочным) расширяет область применимости системы посадки ЛА 17 на корабль в тумане и осадках, оптические помехи исключаются применением полосовых оптических фильтров, не подвержена действию радиопомех и она тем точнее, чем ближе ЛА к цВППл (см. фиг. 1); линейные фазовые координаты относительного движения ЛА 17 и цВППл направляются в электронно-вычислительную машину 4 и задатчик фазовых координат ВППл, цВППл 5, в СОН 2 используется огонь ЛА 13 для минимизации погрешности определения относительных координат ЛА и уменьшения объема вычислений;- measurement of linear phase coordinates, relative motion of
- ЭВМ 4 вычисляет линейные фазовые координаты ЛА (Хв, Yв, Zв) в земной системе координат, как сумму измеренных в (X, Y, Z) {переносных} фазовых координат цВППл и относительных фазовых координат ЛА (ξв, ηв, ςв), измеренных СОН 2;-
- при посадке в автоматическом режиме данные об угловых фазовых координатах ЛА 17 получаем от его навигационной системы 12, а при посадке в пилотируемом и автоматическом режимах используются цифровые данные авиагоризонта, направляемые приемопередатчиком на ЭВМ 4 система посадки ЛА на корабль для построения КИП 9.1 и 9.2.- when landing in the automatic mode, data on the angular phase coordinates of the
Система посадки ЛА на корабль обеспечивает цифровой информацией все параметры физического процесса посадки ЛА 17 на корабль 20 в автоматическом и пилотируемом режимах.The aircraft landing system on the spacecraft provides digital information all the parameters of the physical process of aircraft landing on
Система посадки ЛА на корабль в цифровом виде, определяет:The aircraft landing system on a ship in digital form determines:
- траекторию движения цВППл и угловые параметры ВППл;- the trajectory of the cVPP and the angular parameters of the runway;
- относительные фазовые координаты цВППл и ЛА;- relative phase coordinates of cVPP and aircraft;
- линейные фазовые координаты ЛА в земной системе координат;- linear phase coordinates of aircraft in the terrestrial coordinate system;
- минимальную, максимальную и текущую высоту ВППл над уровнем моря;- minimum, maximum and current runway altitude above sea level;
- высоту ЛА над морской поверхностью, расстояния от ЛА до ВППл, цВППл и ангара;- the height of the aircraft above the sea surface, the distance from the aircraft to the runway, TsVPPl and hangar;
- траекторию движения ЛА в земной системе координат после действия индикаторов глиссады и курса до ВППл, что исключит при приближении к ВППл приводнения ЛА (более вероятного при работе одного двигателя) из-за зависимости управления ЛА от некомпенсированных вертикальных перемещений индикаторов глиссады и курса, установленных на ВППл;- the trajectory of the aircraft in the earth's coordinate system after the action of the glide slope and heading indicators to the runway, which will exclude the aircraft landing (more likely when one engine is operating) when approaching the runway due to the dependence of the aircraft control on the uncompensated vertical movements of the glide path and heading indicators set on Runway;
- сдвиги KB в окрестности ВППл при вращении несущих винтов;- KB shifts in the vicinity of the runway during the rotation of the rotors;
- угловые фазовые координаты ЛА определяются аппаратурой ЛА;- the angular phase coordinates of the aircraft are determined by the aircraft equipment;
- управление ЛА по траектории в земной системе координат до ВППл осуществляется по алгоритму, согласующим скорость движения ЛА и фазы движения ВППл для оптимального преследования ЛА цВППл с последующим касанием.- control of the aircraft along the trajectory in the earth's coordinate system to the runway is carried out according to an algorithm that matches the speed of the aircraft and the phases of movement of the runway for optimal pursuit of the aircraft with the subsequent touchdown.
По этой информации построение управления в автоматическом режиме для беспилотного летательного аппарата (БпЛА) и ЛА от начальной точки траектории ЛА от области окончания действия индикаторов глиссады и курса, координаты которой случайны, но известны (данные СПЦТ системы посадки), до движущихся ВППл и цВППл, текущие фазовые координаты которых измеряются в реальном времени, и известен признак момента причаливания (допустимое отклонении цены риска от С0, касание в точках траектории цВППл, в которых изменения скоростных параметров траектории цВППл и ВППл меньше изменения управляемых фазовых координат ЛА);Based on this information, the construction of control in automatic mode for an unmanned aerial vehicle (UAV) and an aircraft from the starting point of the aircraft trajectory from the area of the end of the glide path and course indicators, the coordinates of which are random, but known (data from the TSCT of the landing system), to the moving runways and cWFPs, the current phase coordinates of which are measured in real time, and the sign of the moment of docking is known (permissible deviation of the risk price from С 0 , touching at the points of the cVPP trajectory, in which the changes in the speed parameters of the cVPP and RWP trajectory are less than the change in the controlled phase coordinates of the aircraft)
- при данных метеоусловиях, задача определения управления ЛА решается известными методами оптимального управления.- under the given meteorological conditions, the problem of determining the control of the aircraft is solved by known methods of optimal control.
Программно-математическое обеспечение (ПМО) - существенная составная часть системы посадки - определяет оптимальное управление ЛА при любых СМУ для ЛА и БпЛА в пилотируемом и автоматическом режиме посадки, определяет зависимости цены риска посадки от параметров СМУ. Рассматриваются решения уравнений движения ЛА с ограниченным управлением, при случайных возмущениях, обусловленных атмосферной турбулентностью, сдвигами нестационарного вектора скорости KB, качкой корабля, которые нерегулярны и случайны, система посадки ЛА на корабль обеспечивает посадку по измерениям реализации случайного процесса, прогноз реализации среды посадки на каждом последующем шаге вычислений осуществляется по данным измерений реализации фазовых координат цВППл; время вычисления прогноза определяется ЭВМ 4 по фазовым переменным текущей точки траектории цВППл и опережает реакцию пилота.Software and mathematical support (PMO) - an essential component of the landing system - determines the optimal control of the aircraft for any aircraft and UAV control system in manned and automatic landing mode, determines the dependence of the landing risk price on the parameters of the aircraft control system. We consider solutions to the equations of motion of an aircraft with limited control, under random disturbances caused by atmospheric turbulence, shifts of the non-stationary velocity vector KB, ship roll, which are irregular and random, the aircraft landing system on the ship provides landing based on measurements of the implementation of a random process, forecasting the implementation of the landing environment at each the next step of calculations is carried out according to the measurement data of the realization of the phase coordinates of the cVPPl; the time for calculating the forecast is determined by the
В численных экспериментах определяется зависимость цены риска посадки от СМУ и силы, действующие на ЛА и БпЛА при причаливании. По этим данным определяется конструктивный облик аэрофинишера 18.2 ЛА, компенсирующий необратимые воздействия ВППл на ЛА (палубный резонанс, перехлест несущих винтов (НВ) при остановке вращения, необратимые деформации шасси) при причаливании. Модельные расчеты дадут предельные СМУ, при которых допустима посадка для данного аэрофинишера 18.2 (трение о палубу, механические ступеньки в виде сетки и т.п.), а также определят управление ЛА и облик аэрофинишера в чрезвычайных ситуациях (например, неблагоприятное изменение СМУ во время полета), расчеты на моделях ЛА дадут данные о С (S, Y) и силах, действующие на ЛА после касания при причаливании. Порывы и сдвиги ветра, турбулентность, всплеск качки рассматриваются, как выброс случайных процессов и учтены в алгоритмах ПМО.In numerical experiments, the dependence of the landing risk price on the SMU and the forces acting on the aircraft and UAV when docking is determined. Based on these data, the design of the aircraft air arrestor 18.2 is determined, which compensates for the irreversible effects of the runway on the aircraft (deck resonance, overlap of the rotors when stopping rotation, irreversible deformations of the landing gear) when docking. Model calculations will give the limiting SMU, at which the landing for a given aerofinisher 18.2 is permissible (friction against the deck, mechanical steps in the form of a grid, etc.), and will also determine the aircraft control and the appearance of the aerofinisher in emergency situations (for example, an unfavorable change in the SMU during flight), calculations on the aircraft models will give data on C (S, Y) and the forces acting on the aircraft after touching when docking. Wind gusts and shears, turbulence, heaving burst are considered as an outlier of random processes and are taken into account in the PMO algorithms.
Полученные траектории и управления могут использоваться при подготовке методики пилотируемой посадки. Решение задачи оптимального управления посадки ЛА и летная практика определят границы допустимости посадки в СМУ, с заданной ценой риска, для данного типа корабля и ЛА, определят оптимальный тип посадки: сходу, либо с определенной паузой, а также определят на периоде характерного времени движения ВППл оптимальные точки безопасной посадки G и позволят определить возможность безопасной посадки, при данных характеристиках среды посадки, и при необходимости дать рекомендации на маневр корабля для получения допустимых условий посадки. Данных системы для построения оптимального автоматического управления посадкой ЛА 14 достаточно.The resulting trajectories and controls can be used to prepare the manned landing technique. The solution to the problem of optimal control of aircraft landing and flight practice will determine the boundaries of the admissibility of landing in the SMU, with a given price of risk, for a given type of ship and aircraft, will determine the optimal type of landing: immediately, or with a certain pause, and will also determine the optimal points of safe landing G and will make it possible to determine the possibility of a safe landing, given the characteristics of the landing environment, and, if necessary, to give recommendations on the maneuver of the ship to obtain acceptable landing conditions. The data of the system for constructing the optimal automatic control of the aircraft landing is sufficient.
Для посадки пилотом ЛА 17 и оператором посадки БпЛА построен корабельный индикатор посадки КИП 9.1. и 9.2, индицирующий на плоском экране физический пространственно-временной процесс посадки (может располагаться на дисплее, на лобовом стекле ЛА, на нашлемном индикаторе, на стене ангара при использовании электролюминоформных матричных экранов). Поскольку переменных, описывающих процесс посадки много (вектор состояния среды посадки и вектор параметров состояния ЛА), время оптимальной посадки соизмеримо с характерным временем среды посадки, то КИП 9.1 и 9.2 должен отображать картину посадки в 3D видеоряде с ракурсом, удобным пилоту для обозрения параметров, необходимых для данной фазы посадки.For landing, the pilot of the
На КИП 9.1 и 9.2 индицируется ЛА 17, символ которого на КИП 9.1 соответствует линейными координатами ЛА 17 в земной системе координат, угловые координаты ЛА 17 индицируются авиагоризонтом (углы αв - крена, βв - скольжения и γв - тангажа), центр которого помещен в символ ЛА 17. Угловые координаты ВППл индицируются по аналогии с авиагоризонтом (α - угол бортовой качки, β - угол рыскания по курсу и γ - угол дифферента корабля), центр которого помещен в цВППл и назовем такой индикатор аквагоризонтом (см. фиг. 2), угловые координаты ЛА индицируются индикатором аквагоризонта, учитывающие силы тяжести ЛА, СМУ, параметры поля "кажущегося" ветра (углы αв - крена, βв - скольжения и γв - тангажа), где индекс в - учет порывов ветра),On instrumentation 9.1 and 9.2,
На большом расстоянии до корабля (сотни метров) картина процесса посадки дается на КИП 9.1 и 9.2 в ренессансной перспективе, при приближении ЛА 17 к кораблю 20 ренессансная перспектива переходит в аксонометрическую, в которой изображается ВППл с ангаром. При достижении ЛА 17 границы области допустимой посадки G на траектории цВППл (пилоту индицируется на КИП 9.2 в 3D видеоряде относительное пространственное положение и относительные скорости ЛА, ВППл и цВППл) индикация символа цВППл изменяет цвет, например, цвет с коричневого на зеленый мигающий, при этом пилот (оператор посадки) устремляет ЛА 17 к цВППл (индикация фазовых относительных координат ЛА и цВППл дается на КИП в виде векторов численно в относительных координатах), угловые параметры ЛА совмещает с угловыми параметрами ВППл (этап выравнивания) при приближении ЛА к цВППл (этап выдерживания) символ цВППл светится непрерывно и в этот момент выполняется и совмещение углов авиагоризонта и аквагоризонта касание шасси ЛА 17 и ВППл (конец воздушного этапа ЛА), далее торможение ЛА 17 на ВППл финишером - конец этапа причаливания. При пропуске пилотом области допустимой посадки выполняется повторная попытка посадки. При этом цвет символа цВППл становится исходным и непрерывным. Индикация на КИП параметров KB, аквагоризонта, места и момента причаливания длится прерывно до окончания причаливания при любом числе попыток не зависимо от положения вертолета.At a great distance to the ship (hundreds of meters), a picture of the landing process is given on instrumentation 9.1 and 9.2 in the Renaissance perspective, when the
Индикация движения ЛА 17 по траектории, заданной в земной системе координат после действия индикаторов глиссады и курса до среза ВППл, осуществляется преследованием на КИП 9.2. символа ЛА 17 и символа цВППл.The indication of the movement of the
Система посадки ЛА на корабль строит навигатор для ЛА и при уходе с маршрута посадки ЛА управление ведет ЛА по приближению к траектории цВППл, управление устремляет ЛА к цВППл, координаты которого известны в реальном времени и учет влияния ветра происходит автоматически.The aircraft landing system on the ship builds a navigator for the aircraft and when leaving the aircraft landing route, the control leads the aircraft as it approaches the cVPP trajectory, the control directs the aircraft to the cVPP, the coordinates of which are known in real time and the wind effect is taken into account automatically.
В любой точке траектории цВППл цена риска С (S, Y) может достигать минимального значения С0, когда траектория движения ЛА проходит над ВППл, а ЛА сманеврирует и достигнет тех же фазовых координат, что и ВППл, и цВППл. Но управление ЛА ограничено и ЛА не всегда сможет из любой точки траектории сманеврировать и коснуться ВППл с минимальной ценой риска С (S, Y) (даже если среда посадки допускает устойчивое положение ЛА на ВППл в цВППл). Поэтому траектория движения ЛА должна приближаться к траектории цВППл, точки которой будут точками посадки G (допустимая цена риска), у которых динамика параметров среды посадки обладает крутизной меньшей, чем маневренность ЛА.At any point on the cWFP trajectory, the cost of risk С (S, Y) can reach the minimum value С 0 when the aircraft's trajectory passes over the runway, and the aircraft maneuvers and reaches the same phase coordinates as the runway and cWFP. But the control of the aircraft is limited and the aircraft will not always be able to maneuver from any point of the trajectory and touch the runway with the minimum cost of risk C (S, Y) (even if the landing environment allows a stable position of the aircraft on the runway in the cRFP). Therefore, the trajectory of the aircraft should approach the trajectory of the cVPP, the points of which will be landing points G (acceptable cost of risk), in which the dynamics of the parameters of the landing environment has a steepness less than the maneuverability of the aircraft.
Для уверенности пилота необходимо разработать для чрезвычайных ситуаций управление ЛА с критической ценой риска. Действие сил на ЛА при причаливании определяется в модельных расчетах и позволит определить конструктивный облик финишера для различных CG. Поскольку вклад в цену риска посадки отклонения yk от sk для различных k различен и определяется параметрами движения ЛА и механизмами удерживания на ВППл, то в реальную цену риска необходимо ввести весовые коэффициенты для всех к (они должны быть определены в задаче воздействия ВППл на ЛА при расчетах на моделях ЛА).For pilot confidence, it is necessary to develop emergency control of an aircraft with a critical cost of risk. The effect of forces on the aircraft during docking is determined in model calculations and will allow you to determine the structural appearance of the finisher for various C G. Since the contribution to the landing risk of deviations y k from s k for different k is different and is determined by the parameters of the aircraft movement and the mechanisms of holding on to the runway, it is necessary to introduce weight coefficients into the real cost of risk for all k (they must be determined in the problem of the impact of the runway on the aircraft when calculating on aircraft models).
Одними из основных параметров причаливания являются отклонения фазовых координат центра шасси ЛА от цВППл, поэтому управление конечного этапа посадки - касания цВППл выполняется в относительных координатах для уменьшения погрешности координат точки касания и цены риска посадки. Угловые слагаемые в цене риска посадки составляются, как разности величин аквагоризонта и авиагоризонта.One of the main parameters of docking is the deviation of the phase coordinates of the center of the aircraft landing gear from the cVPL, therefore, the control of the final landing stage - the cVPL touching is performed in relative coordinates to reduce the error in the coordinates of the touch point and the cost of landing risk. The angular terms in the landing risk price are calculated as the difference between the aqua horizon and the attitude indicator.
Оптимальная конструкция финишера для предельных параметров СМУ определяется по его воздействиям на ЛА, которые обеспечивают сохранение функциональных характеристик ЛА и по этим воздействиям, решая обратную задачу, построить конструктивный облик финишера (см. фиг. 3). Если посадка невозможна при данных метеоусловиях (для всех G), что до попытки посадки определяется из расчетов, то системы посадки ЛА на корабль дает рекомендации на изменение курса и скорости движения и качки корабля, при которых посадка возможна.The optimal design of the finisher for the limiting parameters of the SMU is determined by its effects on the aircraft, which ensure the preservation of the functional characteristics of the aircraft and by these influences, solving the inverse problem, build the constructive appearance of the finisher (see Fig. 3). If landing is not possible under the given meteorological conditions (for all G), which is determined from calculations before the landing attempt, then the aircraft landing system on the ship gives recommendations for changing the course and speed of movement and pitching of the ship, at which landing is possible.
Технико-экономическим достоинством предложенного технического решения является повышение безопасности посадки ЛА на ВППл авианесущих кораблей из области окончания действия индикаторов глиссады и курса, либо при использовании ЛА автономной инерциальной системы, до момента причаливания ЛА на цВППл в автоматическом и пилотируемом режимах, причем в СМУ с минимальной ценой риска посадки и определения предельных значений параметров метеоусловий и определения облика финишера и аэрофинишера при безопасной посадки для данного типа корабля и ЛА.The technical and economic advantage of the proposed technical solution is to increase the safety of aircraft landing on the runway of aircraft-carrying ships from the area of the end of the glide path and course indicators, or when using an aircraft of an autonomous inertial system, until the aircraft docks on the runway in automatic and manned modes, and in the SMU with a minimum at the cost of the risk of landing and determining the limiting values of the parameters of meteorological conditions and determining the appearance of the finisher and aerofinisher during a safe landing for a given type of ship and aircraft.
Все составные части системы посадки ЛА на корабль изучены, освоена технология и изготовление отечественной промышленностью.All components of the aircraft landing system on the ship have been studied, the technology and manufacture have been mastered by the domestic industry.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106581A RU2734173C1 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Aircraft landing system with application of digital technologies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106581A RU2734173C1 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Aircraft landing system with application of digital technologies |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734173C1 true RU2734173C1 (en) | 2020-10-13 |
Family
ID=72940194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020106581A RU2734173C1 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Aircraft landing system with application of digital technologies |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734173C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112987691A (en) * | 2021-02-25 | 2021-06-18 | 北京空间飞行器总体设计部 | Soft landing closed-loop follow-up control test method for surface of extraterrestrial celestial body |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU120077U1 (en) * | 2012-05-05 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (ОАО "ВНИИРА") | ON-BOARD RADIOTECHNICAL COMPLEX OF NAVIGATION AND LANDING OF MARINE BASING AIRCRAFT |
| RU2518434C2 (en) * | 2012-07-12 | 2014-06-10 | Владимир Петрович Куклев | Aircraft landing integrated control system |
| US9139307B2 (en) * | 2013-06-28 | 2015-09-22 | Honeywell International Inc. | Aircraft systems and methods for displaying runway lighting information |
| RU2647344C2 (en) * | 2016-05-20 | 2018-03-15 | Михаил Кириллович Нараленков | Take-off and landing display system of the aircraft |
| RU190804U1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-07-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт по измерительной технике-радиотехнические комплексы" | Device for providing navigation and landing of shipboard aircraft |
-
2020
- 2020-02-12 RU RU2020106581A patent/RU2734173C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU120077U1 (en) * | 2012-05-05 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (ОАО "ВНИИРА") | ON-BOARD RADIOTECHNICAL COMPLEX OF NAVIGATION AND LANDING OF MARINE BASING AIRCRAFT |
| RU2518434C2 (en) * | 2012-07-12 | 2014-06-10 | Владимир Петрович Куклев | Aircraft landing integrated control system |
| US9139307B2 (en) * | 2013-06-28 | 2015-09-22 | Honeywell International Inc. | Aircraft systems and methods for displaying runway lighting information |
| RU2647344C2 (en) * | 2016-05-20 | 2018-03-15 | Михаил Кириллович Нараленков | Take-off and landing display system of the aircraft |
| RU190804U1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-07-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт по измерительной технике-радиотехнические комплексы" | Device for providing navigation and landing of shipboard aircraft |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112987691A (en) * | 2021-02-25 | 2021-06-18 | 北京空间飞行器总体设计部 | Soft landing closed-loop follow-up control test method for surface of extraterrestrial celestial body |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2536671C (en) | Integrated system for aircraft vortex safety | |
| RU2550887C2 (en) | On-board integrated crew support information system and cognitive format of presenting flight information at take-off phase of multi-engine aircraft | |
| US7333030B2 (en) | Method and system for preventing an aircraft from penetrating into a dangerous trailing vortex area of a vortex generator | |
| US6748325B1 (en) | Navigation system | |
| EP0911647B1 (en) | Flight system and system for forming virtual images for aircraft | |
| US20030222887A1 (en) | Control system providing perspective flight guidance | |
| US20190162555A1 (en) | System and method for 3d flight path display | |
| US11181634B1 (en) | Systems and methods of intelligent weather sensing using deep learning convolutional neural networks | |
| RU2703412C2 (en) | Automatic aircraft landing method | |
| US11681302B2 (en) | Systems and methods for predicting ground effects along a flight plan | |
| EP1462767B1 (en) | Aircraft guidance system and method providing perspective flight guidance | |
| RU2497175C1 (en) | Flight display system and cognitive flight display for single-rotor helicopter | |
| US10691139B1 (en) | Systems and methods for altitude capture performance monitor | |
| CN113739799A (en) | Global positioning denied navigation | |
| RU2734173C1 (en) | Aircraft landing system with application of digital technologies | |
| WO2023059380A1 (en) | Autonomous air taxi separation system and method | |
| Sherman et al. | Cooperative search and rescue using autonomous unmanned aerial vehicles | |
| RU2310909C1 (en) | Flight simulating pilotage complex | |
| RU49297U1 (en) | INFORMATION AND MANAGEMENT COMPLEX OF AIRCRAFT | |
| US20230410667A1 (en) | Autonomous air taxi separation system and method | |
| RU39960U1 (en) | INFORMATION TEAM LEADER SYSTEM | |
| RU2042583C1 (en) | Flight simulation complex for investigation of landing systems of ship-based flying vehicles | |
| RU2585197C1 (en) | Method for aircraft automatic landing in difficult weather conditions, including unmanned | |
| CN114527780A (en) | Intelligent carrier landing guide control method and system for carrier-based helicopter | |
| RU2673314C1 (en) | Method of helicopter landing on ship and system for its implementation |