RU9651U1 - Спутниковая система посадки летательных аппаратов - Google Patents

Abstract

Спутниковая система посадки летательного аппарата, включающая взаимодействующие с навигационными спутниками Земли бортовую часть спутниковой навигационной системы (СНС), содержащую бортовую аппаратуру потребителя СНС, систему автоматического управления, подключенную к приборам контроля траектории посадки летательного аппарата (ЛА), бортовой терминал системы связи, наземную часть СНС, содержащую первую наземную аппаратуру потребителя СНС, установленную в начале взлетно-посадочной полосы, подключенный входом к ее выходу наземный вычислитель, контрольно-диспетчерский пункт, связанный с ним наземная аппаратурная линия передачи сигналов на борт ЛА и подключенная входами к наземному вычислителю, отличающаяся тем, что в бортовую часть системы введен бортовой траекторный вычислитель посадки, входы которого подключены к выходам бортового терминала системы связи и бортовой аппаратуры потребителя СНС, а выход его подключен к входу системы автоматического управления (САУ) ЛА, в наземную часть СНС введена вторая дополнительная наземная аппаратура потребителя СНС, размещенная в конце ВПП, выход которой подключен к входу наземного вычислителя.

Description

Спутниковая система посадки летательных апнаратов.

Полезная

относится к области авиашюнно техники, в час1мосги. к пилотажно-навигационному оборудованию и предназначено для установки IKI летагельные аппараты (ЛА), оборудованные авюматическо сисгемо иосадки11чвестиы 1J радиомаячные системы rioca;iKii сантимегрово1ч:| диаиаи1иа, которые предназначены для получения на борту ЛА и выдачи экипаж) и в сисгсмх автоматического управления (САУ) информаши об углах огклонения Л Л oi заданной траектории посадки в вертикально и горизонт а,чьно1 1 илоскостях, дальности до расчётного места приземления, метеоусловиях, состоянии ВИИ. категории метеоминимума обслуживания и т.п.

Маземное оборудование предназначено для создания зон ггьпучеиия, где ин(1)орма гивные параметры сигналов изменяются при отклоиении точки И1тисма относительно номинальной траектории снижения как в гори joii i ал1Л(0|1. так и н вер1 икально илоскостях, а также зон излучения. О1.меча1опиг определенные точки на траектории снижения или обеспечиваюидих определенные расстояния .чо нача.ча ВИП.

Бортовое оборудование предназначено для выдачи в систему управления полётом и на индикаторы пилотов сигналов, пропорниоиальньгх у1ловы 1 отклонениям от номинальной траектории снижения, а гакже при npo.ieic харакперных точек траектории снижения.

В соответствии с решаемыми задачами в радиомаячно сисгеме HOca;iKit выделяют три канала: курса, г/и1ссады и ;иьм1,носги. 15 кажд| 1и из канадски иччми; радио.маяк и бортовое оборудование.

G 01 S 1/10. 3/0

Измеряемыми параметрами являются углы 0, Р и расстояние г, с использованием которых вычисляются параметры траектории посадки ni, И, d фиг.1. Сравнение их с заданными текущими параметрами Но ( Го ), do ( Го ) позволяет оценить поправки ДН и Ad и осуществить коррекцию траектории снижения.

Однако, радиомаячные системы в силу своего принципа действия обслуживают довольно узкие сектора пространства, требуют достаточно сложно юстировки равносигнальных зон. Даннь е системы устанавливаются на стационарные аэродромы, имеющие точную геодезическую привязку координат. Их установка на мобильные аэродромы и передвижные площадки затруднена.

Известна спутниковая навигационная система (СНС), имеющая в CBoeii структуре дифференциальную подсистему 2.

Повыщение точности и устойчивости функционирования спутниковых навигационнь х систем (СНС) потребовало реализации измерени псевдодальности по фазе несущей частоты и режиму дифферен 1иальнь х навигационных определений. Это связано непосредственно со стремлением восстановить точность навигации в нещтатнь х условиях функционирован 1я, вь званных нарущением работь подсистемь - командно-измерительного комплекса, необходимостью обеспечивать рещение задач, требующих точностей выще К) м, а также стремлением гражданских потребителей точное , нав 1гации.

Продолжение исследований по Д фференциальному режиму (ДР) вызвано обнадёживающими результатами апробирования ДР при заходе самолётов ia посадку. Условия испытаний, когда и контрольная станция и самолёт с-- СНС находились в ограниченном пространстве, где действует сильная корреляция погрещностей, позволили продемонстрировать высокую эффективность ДР и повыщение точности до 2-3 м.

В основе дифференциального метода лежит формирование разносг отсчётов. Дифференциальная подсистема в СНС образует средства ui:ieMHOii контрольно-корректирующей станции (ККС) и дополнительнь е бортов е устройства потребителя. На ККС размещень аппаратура потребителя системь, способная в результате накопления измерений и фильтрации случайнь х погрещностей обеспечить наиболее точнь е навигационно-временные змеренпя; формирватель корректирующей информаци, вычисляющий поправки на

сильнокоррелированные погрешности и формирующий кадр корректирующей информации; передатчик корректирующей информации. На борту потребителя размещаются: аппаратура приёма корректирующей информации и устройства ввода её в стандартную аппаратуру потребителя. Антенна аппаратуры потребителя, размещённой на ККС, привязывается на местности с геодезической точностью. В дифференциальном режиме на борту потребителя результаты определений в стандартном режиме будут автоматически корректироваться с помощью переданных в ККС поправок. Поскольку ККС имеет ограниченную зону действия, на обеспечиваемой территории размещается ряд таких станций, каждой из которых потребитель пользуется в зоне уверенной передачи ею корректирующей информации. Предусматриваются меры для своевременного перехода аппаратуры потребителя на приём корректирующей информации от очередной станции.

Основные функциональные элементы дифференциальной подсистемы дополняются устройствами, решающими вспомогательные задачи: контроль целостности СНС и контроль достоверности передачи корректирующей информации. Целостность обеспечивается исправной работой бортового радиокомплекса искусственного спутника Земли (ИСЗ), штатным функционированием навигационно-командных устройств, высокой достоверостью передачи из командно-программной радиолинии на борт ИСЗ массива служебной информации. Потребитель корректирующей информации должен иметь гарантию того, что он получает правильные поправки. Для этого нужно контролировать достоверность принимаемой корректирующей информации. Для контроля достоверности в поле передатчика корректирующей информации располагают вынесенный приёмный пункт, координаты которого заранее определяются с высокой точностью, его функция-контроль станции.

Однако система посадки, использующая ДР СНС, обладает ограниченной дальностью действия (до 200-300 км). Установка ККС на мобильных аэродромах и передвижных площадках физически нереализуемо, поэтому указанная система посадки не может быть выполнена.

Задачей разработки полезной модели является создание автоматической системы посадки ЛА на мобильные аэродромы и передвижные спецплощадки без геодезической привязки координат взлётно-посадочных полос (ВПП), повышение оперативности их развёртывания.

Для решения этой задачи в спутниковую систему посадки ЛА, включающей космическую часть спутниковой навигационной системы (СНС) - навигационные спутники Земли (НСЗ), бортовую часть СНС - аппаратуру потребителя, систему автоматического управления (САУ), соединённую с приборами контроля посадки, наземную часть СНС - аппаратуру потребителя, установленную в начале взлётнопосадочной полосы (ВПП), и соединённую с аппаратурой линии передачи сигналов на борт ЛА, и командно-диспетчерским пунктом в неё введены дополнительная наземная аппаратура потребителя СНС и бортовой траекторный вычислитель посадки, причём дополнительная аппаратура потребителя, установленная в конце ВПП, соединяется с аппаратурой линии передачи сигналов на борт ЛА, а бортовая часть аппаратуры передачи сигналов соединена с

ВЫХОД и вход ,

траекторным вычислителем посадки) которогс соединён с САУ и бортовой аппаратурой потребителя СНС.. соответственно.

На фиг. 1 изображена функциональная схема автоматической системы посадки с использованием СНС. На фиг.2 изображена геометрия системы посадки с использованием радиомаяков. На фиг. 3 изображены используемые системы координат аппаратуры потребителя (АП) СНС. На фиг.4 изображена геометрия посадки с использованием АП СНС.

На фиг. 1 изображены:

1- Космическая часть спутниковой навигационной системы (СНС);

2- Летательный аппарат;

3- Бортовая аппаратура потребителя СНС;

4- Траекторный вычислитель иосаакя срто };

5- Система автоматического управления (САУ) с приводами рулей;

6- Приборы контроля полёта по траектории посадки;

7- Терминал системы связи - бортовая часть аппаратуры линии передачи сигналов;

8, 9 - наземная аппаратура потребителей CHC( м 10 - Взлётно-посадочная полоса (ВПП); 11- Наземный вычислитель (контроллер);

12- Наземная часть аппаратуры линии передачи сигналов - терминал системы связи;

13- Командно-диспетчерский пункт (КДП).

Спутниковая система посадки ЛА-2 включает космическую часть СНС -I навигационные ИСЗ, бортовую часть СНС -4 - аппаратуру потребителя -3 СНС, соединённую с САУ -5, которая соединена с приборами -6 контроля траектории посадки. Бортовая часть аппаратуры передачи сигналов - терминал системы связи -7 соединён с траекторным вычислителем посадки 4, который связан с САУ -5 и бортовой аппаратурой потребителя -3 СНС. Наземная часть СНС - аппаратура потребителя 8 и 9, установленные в начале и конце ВПП, соединены с аппаратурой линии передачи сигналов 7-12 на борт ЛА-2. Терминал системы связи -12 соединён с командно-диспетчерским пунктом -13.

Система работает следующим образом.

Существующие и разрабатываемые СНС в диапазоне дециметровых волн предназначены при полном развёртывании для непрерывного определения координат объектов в любое время суток в глобальной зоне действия. Бортовая аппаратура ДА при измерении радионавигационных параметров по 4-ем спутникам оптимального созвездия позволяет оценить три координаты мес±оположения ЛА X, Y, Z в геоцентрической прямоугольной экваториальной системе координат (фиг.2). На борту ЛА (точка С) и в двух разнесённых, топопривязанных к началу и концу ВПН точках (точки А и В), размещается АН СНС, определяющая координаты их местоположения в щтатном режиме. Информация о координатах этих точек по линии передачи данных должна быть собрана в одном месте. Информация из точек А и В передаётся в точку Сив ней производится обработка для реализации построения системы посадки.

На борту ЛА (в точке С) производится преобразование координат в местную топоцентрическую систему и в соответствии с алгоритмом определяются параметры, необходимые для процесса посадки: го, Н и d, и далее поправки ДН и Ad.

Действительно, пусть в точках А, В и С размещены приёмоиндикаторы СНС (фиг.З). Тогда в результате измерений на их выходах имеем координаты в геоцентрической системе координат:

ХА, YA, ZA

XB,YB, ZB(1)

Хс, YC, ZG

Начало местной прямоугольной топоцентрической системы координат размещаем в точке А. Для преобразования координат из геоцентрической

экваториальной в местную топоцентрпческую систему х, у, z используется оператор перехода:

х -X sincpA cosX.A - Y sin(p, sin/., r Z cos(p,

sin t..+YcosXA ,(2)

z X cos(p, + Y coscpA sinX-x + Z sincpA -R,

где R - радиус Земли; ФА, A - географические координаты точки начала координат.

Эти параметры определяются через измеренные по следующим выражениям:

X, irctg YA/XA,

(pA arcsin ZA/R,(3) R VXA2+ . При подстановке (1) и (3) в (2) имее топоцентрической системе координат: Xiii Хс:, УВ; УС, ZA(); Ziil Z( , Вычисление параметров реальной по следующим формулам (фиг.4): d DF AQ cosy - QD siny ус cosy УВ siny AP/AB - VxB-+yir XB cosy AN/AB VxB-+yir Подставим (6) и (7) в (5), получим: усХв - Xcyii d ццщ::::::; Л/Х,Г+УВН ZC - п, VCD+BD2: где: рдинаты точек А, В и С в местной (4) тории ЛА -d, Н и Ги производится iny,(5) (6) (7) («) (9) (10)

Полученные выражения, как и следовало ожидать при использова относительных методов отсчёта, содержат разности координат точек размещенияАП СНС, что создаёт предпосылки для высоких точностных характеристик системы посадки, соизмеримых с дифференциальным режимом работы СНС.

Система автоматического управления 3 представляет совокупность трёх аналогичных по принципу действия и устрО11Ству автоматических регуляторов. Продольный и боковой каналы состоят из датчиков информации о параметрах движения ЛА, задающих устройств, вычислительного устройства, усилителей и рулевого привода. Снимаемые с датчиков информации сигналы поступают в вычислительное устройство, сюда же поступают сигналы от задающих устроГ|Ств, которыми являются пульты управления. В вычислительном устройстве СЛУ формируются управляющие сигналы, подаваемые через усилители на рулевые приводы, которые отклоняют рули высоты, элероны, руль направления.

При автоматическом управлении ЛА на посадочной траектории основная задача управления ЛА состоит в том, чтобы стабилизировать заданные вычислителем значения параметров, по которым ведётся управление. САУ при этом работает в режиме управления.

Для управления ЛА лётчику необходима разнообразная информация о параметрах движения самолёта, систем оборудования и др. При заходе на посадку по командным стрелкам лётчик должен систематически контролировать положение самолёта относительно плоскости горизонта. Поэтому командный пилотажный прибор представляет собой комбинированный прибор, в котором кроме командных стрелок имеется указатель дистанционного авиагоризонта и указатель скольжения.

Линия передачи сигналов с наземным и бортовым терминалами связи 7-12 предназначается для приёма информации - данных с аппаратуры потребителей 8 и 9 и КДП-13. Линия передачи сигналов - это щирокополосная система преобразования сигналов координат с широко-импульсной модуляцией по радиоканалу на борт ЛА -2.

Для построения спутниковой системы посадки (ССП) на борту ЛА и двух разнесённых точках, топопривязанных к ВПП, размещается штатная аппаратура АП СНС, информация с выхода которых должна быть собрана в одной точке, а обработка её должна проводиться в вычислителе посадки в соответствии с

описанными алгоритмами. В качестве линии передачи данных сигналов может быть использована линия широкополосной связи, один из терминалов которой размещается в пункте контроля.

Время развёртывания спутниковой системы посадки определяется временем установки в топопривязанных к ВПП точках аппаратуры потребителей СНС и терминалов системы связи, временем их подготовки к работе.

Литература.

КСосновский А.А., Хаймович М.А.. Авиационная радиоастрономия. Москва, транспорт, 1980г, стр.72.

2.Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Радио и связь. Москва. 1993г. стр. 282.

3.Белогородский С.А. Системы посадки самолётов. Москва. Транспорп. 1972г.

,r

Claims (1)

1. Спутниковая система посадки летательного аппарата, включающая взаимодействующие с навигационными спутниками Земли бортовую часть спутниковой навигационной системы (СНС), содержащую бортовую аппаратуру потребителя СНС, систему автоматического управления, подключенную к приборам контроля траектории посадки летательного аппарата (ЛА), бортовой терминал системы связи, наземную часть СНС, содержащую первую наземную аппаратуру потребителя СНС, установленную в начале взлетно-посадочной полосы, подключенный входом к ее выходу наземный вычислитель, контрольно-диспетчерский пункт, связанный с ним наземная аппаратурная линия передачи сигналов на борт ЛА и подключенная входами к наземному вычислителю, отличающаяся тем, что в бортовую часть системы введен бортовой траекторный вычислитель посадки, входы которого подключены к выходам бортового терминала системы связи и бортовой аппаратуры потребителя СНС, а выход его подключен к входу системы автоматического управления (САУ) ЛА, в наземную часть СНС введена вторая дополнительная наземная аппаратура потребителя СНС, размещенная в конце ВПП, выход которой подключен к входу наземного вычислителя.