способ посадки летательного аппарата

Формула изобретения

Способ посадки летательного аппарата (ЛА), заключающийся в том, что задают две точки взлетно-посадочной полосы (ВПП), расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, определяют их координаты, определяют курсовой угол ВПП _ВПП, передают на совершающий посадку ЛА полученные значения координат заданных точек ВПП, где их запоминают, на борту ЛА определяют дальности от ЛА до заданных точек ВПП, измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА _ЛА, угол тангажа ЛА _ЛА, угол крена ЛА _ЛА, вычисляют курсовой угол ЛА _К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют угол наклона глиссады _Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют скорости изменения углов , , по вычисленным значениям _К, _Г, , , измеренным значениям _ЛА, _ЛА, _ЛА и курсовому углу _ВПП в системе автоматического управления ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки, отличающийся тем, что определяют географические координаты двух заданных точек ВПП - широту _ВПП1 и долготу _ВПП1 первой точки, широту _ВПП2 и долготу _ВПП2 второй точки, на борту ЛА по запомненным значениям географических координат _ВПП1, _ВПП1, _ВПП2, _ВПП2 вычисляют курсовой угол ВПП _ВПП по формуле



где

L_ВПП =( _ВПП1- _ВПП2)·R_з,

R_з - радиус Земли,

определяют географические координаты местоположения ЛА - широту _ЛА и долготу _ЛА, северную V_N и восточную V _E составляющие скорости ЛА, по полученным значениям географических координат ЛА _ЛА, _ЛА и запомненным значениям географических координат двух заданных точек ВПП _ВПП1, _ВПП1, _ВПП2, _ВПП2 вычисляют горизонтальные дальности d _i от ЛА до этих точек и пеленги П_i на эти точки по формулам



где



определяют центр начала ВПП по наименьшей из дальностей от ЛА d=d_{i min} и определяют пеленг П на центр начала ВПП при d=d_{i min}, по полученным значениям курсового угла ВПП _ВПП, дальности d и пеленга П, составляющих скорости ЛА V_N, V_E, а также измеренным значениям высоты полета ЛА Н_ЛА и вертикальной скорости ЛА вычисляют углы _К, _Г и скорости изменения углов , по формулам

_К=П- _ВПП,



где Х_ЛА=dcos _К,



где



где

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам посадки летательных аппаратов (ЛА), используемым в автономных бортовых системах посадки (СП), на необорудованные в радиотехническом отношении взлетно-посадочные полосы (ВПП), в том числе ровные участки дорог и земной поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ посадки летательного аппарата по патенту РФ № 2214943, опубликованному 27.10.2003, который выбран в качестве прототипа. Способ-прототип предусматривает выполнение следующих действий: оснащают ВПП четырьмя наземными ориентирами (НО), например пассивными радиолокационными уголковыми отражателями или маяками-ответчиками, которые размещают на продольной и поперечной осях симметрии ВПП по ее краям; измеряют координаты четырех НО относительно центра начала ВПП и полученные значения координат НО, а также значение курсового угла ВПП _впп и рекомендуемое направление посадки передают на совершающий посадку ЛА, где их запоминают. На борту ЛА измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА _ла, угол тангажа ЛА _ЛА, угол крена ЛА _ЛА и, используя бортовую радиолокационную станцию (БРЛС), измеряют дальности до каждого HO и скорости изменения этих дальностей. По измеренным значениям дальностей до НО и скоростей изменения этих дальностей, высоты полета ЛА Н_ЛА, вертикальной скорости ЛА и запомненным координатам НО вычисляют курсовой угол ЛА _К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, угол наклона глиссады _Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, скорости изменения углов По вычислительным значениям измеренным значениям курса

_ЛА, углов _{ЛА, ЛА} и запомненному значению курсового угла ВПП _впп в системе автоматического управления (САУ) ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки.

Недостатками прототипа являются:

- необходимость оборудования ВПП четырьмя НО, определение на земле курсового угла ВПП _впп и направления посадки ЛА;

- наличие на борту ЛА весьма сложной и дорогостоящей БРЛС для работы с НО, имеющей ограничение работы по дальности, а также зависимость точности измерений от дальности ЛА до НО и высоты полета, от эффективной площади рассеяния (ЭПР) уголковых радиолокационных отражателей НО, а также от сложности метеоусловий.

Все это усложняет систему посадки ЛА на ВПП, снижает надежность и безопасность посадки ЛА, а также оперативность развертывания ВПП, что особенно важно в военное время.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и безопасности посадки ЛА на ВПП, а также в повышении оперативности развертывания ВПП за счет упрощения системы посадки. При этом возможность посадки ЛА обеспечивается независимо от дальности ЛА до ВПП и высоты полета, в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, в том числе при слепой посадке.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе посадки ЛА так же, как и в прототипе, задают две точки взлетно-посадочной полосы (ВПП), расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, определяют их координаты, определяют курсовой угол ВПП _впп, передают на совершающий посадку ЛА полученные значения координат заданных точек ВПП, где их запоминают, на борту ЛА определяют дальности от ЛА до заданных точек ВПП, измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА _ЛА, угол тангажа ЛА _ЛА, угол крена ЛА _ЛА, вычисляют курсовой угол ЛА _К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют угол наклона глиссады _Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют скорости изменения углов вычисленным значениям измеренным значениям

_ЛА, _ЛА, _ЛА и курсовому углу _впп в системе автоматического управления ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки, в отличие от прототипа, определяют географические координаты двух заданных точек ВПП - широту _ВПП1 и долготу _ВПП1 первой точки, широту _ВПП2 и долготу _ВПП2 второй точки, на борту ЛА по запомненным значениям географических координат _ВПП1, _ВПП1, _ВПП2, _ВПП2 вычисляют курсовой угол ВПП _ВПП по формуле

где

L_ВПП =( _ВПП1- _ВПП2)·R_з,

R _з - радиус Земли;

определяют географические координаты местоположения ЛА широту _ЛА и долготу _ЛА, северную V_N и восточную V _E составляющие скорости ЛА, по полученным значениям географических координат ЛА _ЛА, _ЛА и запомненным значениям географических координат двух заданных точек ВПП _ВПП1, _ВПП1, _ВПП2, _ВПП2 вычисляют горизонтальные дальности d _i от ЛА до этих точек и пеленги П_i на эти точки по формулам

где L _i=( _ЛА- _ВППi)·R_з,

определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности d=d_{i min} от ЛА до двух заданных точек и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d=d_{i min} , по полученным значениям курсового угла ВПП _ВПП, дальности d и пеленга П, составляющих скорости V_N, V_E, а также измеренным значениям высоты полета

ЛА Н_ЛА и вертикальной скорости ЛА вычисляют углы _К, _Г и скорости изменения углов по формулам

где Х_ЛА=dcos _К;

где

где

В формулах (1)-(6) обозначены:

L_ВПП , L_ВППw - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП в географической системе координат;

- составляющие горизонтальной дальности d_i от ЛА до двух заданных точек ВПП в географической системе координат;

L , L_W - составляющие дальности d от ЛА до центра начала ВПП в географической системе координат;

Х_ЛА - составляющая дальности d на продольной оси симметрии ВПП;

- скорость изменений составляющей Х_ЛА дальности d на продольной оси симметрии ВПП;

- скорость изменения дальности d от ЛА до центра начала ВПП.

Следует отметить, что при определении географических координат двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, нумерация этих точек - произвольная. В случае равенства рассчитанных дальностей до заданных точек ВПП d ₁=d₂ центром начала ВПП, который по существу является и точкой захода ЛА на посадку, может быть любая точка ВПП, например первая, выбрав которую ЛА делает маневр в направлении захода на посадку.

На фиг.1 показаны:

ВПП - взлетно-посадочная полоса;

О₁₍₂₎ , О₂₍₁₎ - точки ВПП, расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, имеющие географические координаты широту _ВПП1, _ВПП2 и долготу _ВПП1, _ВПП2;

NO₁, EO ₁ - горизонтальные оси географической системы координат NO₁E; ось NO₁ - направление на север, ось EO₁ - направление на восток;

Х ₃О₁Z₃ - горизонтальная невращающаяся земная прямоугольная система координат, ось Х₃О ₁ - направление по продольной оси симметрии ВПП, ось Z ₃O₁ - направление по поперечной оси вправо;

_ВПП - курсовой угол ВПП;

О _ЛА - положение ЛА в горизонтальной плоскости при заходе ЛА на посадку;

d₁, d₂ - горизонтальные дальности от ЛА (О_ЛА) соответственно до точек О₁, O₂;

L ₁, L_w1 - составляющие дальности d ₁ до центра начала ВПП по осям системы координат NO ₁E, соответственно, на север и на восток;

Х_ЛА, Z_ЛА - составляющие дальности d ₁ до центра начала ВПП по осям системы координат Х ₃О₁Z₃ соответственно по продольной оси симметрии ВПП и поперечной оси;

L_ВПП , L_ВППw - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП по осям системы координат NO ₁E;

V_N, V_E - составляющие скорости ЛА в системе координат NO₁E;

П₁, П₂ - пеленги с ЛА на точки О₁ , О₂;

хО_ЛА - продольная ось ЛА;

_ЛА - курс ЛА;

_К - курсовой угол ЛА при заходе на посадку.

На фиг.2 показана структурная схема системы посадки ЛА, где:

1 - средство связи (любая связная радиостанция или система передачи данных);

2 - радиовысотомер;

3 - инерциально-спутниковая навигационная система (ИСНС) - инерциальная навигационная система (ИНС), скомплексированная со спутниковой навигационной системой (СНС);

4 - вычислитель, в состав которого входит запоминающее устройство (ЗУ);

5 - система автоматического управления (САУ) ЛА;

6 - ЛА.

Система посадки ЛА (фиг.2) работает следующим образом.

Определяют географические координаты двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям _ВППi, _ВППi (i=1, 2) (точки O₁, О₂ на фиг.1) и являющихся центрами начала ВПП и точками захода ЛА на посадку. Наиболее оперативно определение географических координат точек O₁, O₂ ВПП можно произвести, устанавливая в эти точки на время определения координат аппаратуру потребителей спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS.

Эти географические координаты с помощью средства связи 1 передают на борт ЛА 6 заранее до вылета ЛА в точку назначения или при заходе ЛА на посадку, где они хранятся в ЗУ вычислителя 4.

По запомненным значениям географических координат _ВППi, _ВППi (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют курсовой угол ВПП _ВПП по формуле (1).

С помощью ИСНС 3 определяют географические координаты местоположения ЛА _ЛА, _ЛА и составляющие скорости V_N, V _E, измеряют курс ЛА _ЛА, угол тангажа ЛА

_ЛА и угол крена ЛА _ЛА, а с помощью радиовысотомера 2 - высоту полета ЛА Н_ЛА и вертикальную скорость ЛА .

По полученным значениям географических координат ЛА _ЛА, _ЛА и запомненным значениям географических координат заданных точек ВПП _ВППi, _ВППi (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют горизонтальные дальности d_i от ЛА до двух точек ВПП и пеленги П _i (i=1, 2) по формулам (2), определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности от ЛА до одной из заданных точек ВПП d=d_{i min} и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d_{i min}.

На фиг 1 центром начала ВПП для захода ЛА на посадку является точка O₁ с горизонтальной дальностью от ЛА d₁ и пеленгом с ЛА на центр начала ВПП П₁.

По полученным значениям V _N, V_E, вычисленным значениям угла _ВПП, дальности d и пеленга П и измеренным значениям Н_ЛА, в вычислителе 4 вычисляют углы _К, _Г и скорости изменения углов по формулам (3)-(6).

По вычисленным значениям _ВПП и измеренным значениям углов

_ЛА, _ЛА, _ЛА в системе автоматического управления (САУ) 5 так же, как и в прототипе, формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА 6 на этапах снижения и посадки на ВПП.

Предложенный способ посадки ЛА по сравнению с прототипом позволяет:

- создать систему посадки менее сложной и, следовательно, более надежной за счет исключения из состава системы посадки четырех наземных ориентиров на ВПП, а также за счет исключения на борту ЛА сложной и дорогостоящей БРЛС;

- создать систему посадки на необорудованные в радиотехническом отношении ВПП, в том числе ровные участки дорог и земной поверхности, обеспечивающую автономную посадку ЛА на ВПП в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, независимо от дальности ЛА до центра начала ВПП (точки захода ЛА на посадку);

- повысить безопасность посадки, реализовав в системе посадки комплексную обработку информации, вырабатываемой в ИСНС, что позволит при пропадании от СНС информации о координатах, скорости и курсе ЛА вырабатывать эти навигационные параметры в ИНС на время пропадания информации от СНС;

- более оперативно осуществлять развертывание ВПП, что особенно важно в военное время, за счет применения на время определения географических координат задаваемых точек ВПП аппаратуры потребителей СНС ГЛОНАСС/GPS.