Устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения объекта

 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в бортовых навигационных системах транспортных средств, таких как экранопланы, суда на воздушной подушке, легкомоторные самолеты, а также в системах автоматического управления автомобилей. Устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения объекта содержит наземный передатчик, излучающие антенны, ключи, линию задержки, коммутатор, бортовой приемник и две приемные антенны. Устройство позволяет уменьшить систематическую ошибку при определении величины отклонения линии полета от направления линии взлета и посадки при посадке самолета до нескольких сантиметров, что является решаемой технической задачей. 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования, например в бортовых навигационных системах транспортных средств, таких как экранопланы, суда на воздушной подушке легкомоторные самолеты, а также в системах автоматического управления автомобилей.

В настоящее время широко применяются легкомоторные самолеты, а также наметилась тенденция для широкого применения экранопланов. К достоинствам таких транспортных средств относится возможность осуществлять посадку на грунтовую площадку длиной в несколько сот метров и шириной до двадцати метров на легкомоторных самолетах и осуществлять плавание на мелководье и выходить на берег на экранопланах.

Владельцы предъявляют к таким транспортным средствам требование - возможность осуществления безопасной посадки на взлетно-посадочную полосу (ВПП) ночью и в условиях плохой видимости для легкомоторных самолетов, и безопасного выхода на берег в наперед заданном месте ночью или в условиях плохой видимости для экранопланов.

Применяемые в авиационной технике курсоглиссадные системы, при помощи которых осуществляется определение отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства, требуют для эксплуатации большое количество персонала, имеют зависимость от подстилающей поверхности и предметов, находящихся вблизи равносигнальной зоны, обладают массой, соизмеримой с грузоподъемностью легкомоторного самолета или с грузоподъемностью экраноплана, т.е. установка такой системы на борту приводит к уменьшению весовой отдачи транспортного средства.

Как показано в приложении 1 настоящей заявки, возможно определение отклонения от задаваемой линии положения объекта разностно-дальномерным способом.

Наиболее близким устройством, в котором реализуется указанный принцип, по своему исполнению является устройство, содержащее наземный передатчик и пару излучающих антенн, бортовой приемник и две приемные антенны [1].

Недостаток устройства заключается в том, что оно обладает относительно большой систематической ошибкой измерения, которая может достигать величины одного метра, что недопустимо при измерении места положения транспортного средства, например самолета при посадке, особенно при автоматической или полуавтоматической посадке в условиях плохой видимости, т.к. такая ошибка в измерении приводит самолет к рысканию по курсу и при посадке может привести к летному происшествию, связанному с поломкой конструкции планера самолета и с гибелью экипажа и пассажиров, и поэтому не может быть применено для определения отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства.

Предлагаемое устройство направлено на достижение технического результата, заключающегося в устранении недостатков устройства, в расширении его функциональных возможностей, заключающегося в обеспечении возможности осуществлять посадку на грунтовую площадку длиной в несколько сот метров и шириной до двадцати метров на легкомоторных самолетах и осуществлять плавание на мелководье и выходить на берег на экранопланах.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства, содержащее наземный передатчик и пару излучающих антенн, бортовой приемник и две приемные антенны, согласно изобретению, дополнительно снабжено по меньшей мере двумя парами излучающих антенн, по меньшей мере тремя парами ключей, линией задержки, коммутатором с по меньшей мере тремя выходами, при этом, выход наземного передатчика соединен с входами первых ключей каждой пары ключей, а через линию задержки - с входами вторых ключей каждой пары ключей, выход первого ключа первой пары ключей соединен с первой излучающей антенной первой пары излучающих антенн, выход первого ключа второй пары ключей соединен с первой излучающей антенной второй пары излучающих антенн, выход первого ключа третьей пары ключей соединен с первой излучающей антенной третьей пары излучающих антенн, выход второго ключа первой пары ключей соединен с второй излучающей антенной первой пары излучающих антенн, выход второго ключа второй пары ключей соединен с второй излучающей антенной второй пары излучающих антенн, выход второго ключа третьей пары ключей соединен с второй излучающей антенной третьей пары излучающих антенн, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа первой пары ключей соединены с первым выходом коммутатора с по меньшей мере тремя выходами, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа второй пары ключей соединены со вторым выходом коммутатора с по меньшей мере с тремя выходами, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа третьей пары ключей соединены с третьим выходом коммутатора с по меньшей мере тремя выходами, а бортовой приемник выполнен с двумя входами и выходом и содержит два усилителя высокой частоты, смеситель с детектором с первым входом, соединенным с выходом первого усилителя высокой частоты, и со вторым входом, соединенным с выходом второго усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты с входом соединенным с выходом смесителя с детектором, измеритель частоты биений с входом соединенным с выходом усилителя низкой частоты, формирователем эталонного напряжения, блок сравнения с первым входом, соединенным с выходом измерителя частоты биений и со вторым входом, соединенным с выходом формирователя эталонного напряжения, при этом вход первого усилителя высокой частоты через первый вход бортового приемника соединен с первой приемной антенной, вход второго усилителя высокой частоты через второй вход бортового приемника соединен со второй приемной антенной, а выход блока сравнения соединен с выходом бортового приемника.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием приемов его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых фиг. 1 изображает структурную схему устройства для определения отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства, согласно изобретению, фиг. 2 - принципиальную схему измерителя частоты биений (пример исполнения), фиг. 3 - пример исполнения конструкции излучающей антенны, фиг. 4 - схему соединения бортового приемника с приемными антеннами, бортовой системой визуализации и с системой управления самолета, фиг. 5 - схему расположения излучающих антенн на аэродроме относительно оси ВПП, фиг. 6 (а - г) - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения объекта содержит наземный передатчик 1 и пару излучающих антенн 2 и 3, бортовой приемник 4 и две приемные антенны 5 и 6.

Согласно изобретению устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства снабжено по меньшей мере двумя парами излучающих антенн 7 и 8, 9 и 10, по меньшей мере тремя парами ключей 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, линией 17 задержки, коммутатором 18 с по меньшей мере тремя выходами, выход наземного передатчика 1 соединен с входами 19, 20 и 21 ключей 11, 13 и 15, а через линию 17 задержки - с входами 22, 23 и 24 ключей 12, 14 и 16, выход первого ключа 11 первой пары ключей соединен с первой излучающей антенной 2 первой пары излучающих антенн, выход первого ключа 13 второй пары ключей соединен с первой излучающей антенной 7 второй пары излучающих антенн, выход первого ключа 15 третьей пары ключей соединен с первой излучающей антенной 9 третьей пары излучающих антенн, выход второго ключа 12 первой пары ключей соединен с второй излучающей антенной 3 первой пары излучающих антенн, выход второго ключа 14 второй пары ключей соединен с второй излучающей антенной 8 второй пары излучающих антенн, выход второго ключа 16 третьей пары ключей соединен с второй излучающей антенной 10 третьей пары излучающих антенн, управляющий вход 25 первого ключа 11 и управляющий вход 26 второго ключа 12 первой пары ключей соединены с первым выходом коммутатора 18 с по меньшей мере с тремя выходами, управляющий вход 27 первого ключа 13 и управляющий вход 28 второго ключа 14 второй пары ключей соединены со вторым выходом коммутатора 18 с тремя выходами, управляющий вход 29 первого ключа 15 и управляющий вход 30 второго ключа 16 третьей пары ключей соединены с третьим выходом коммутатора 18 с тремя выходами, бортовой приемник 4 выполнен с двумя входами 31 и 32 и выходом 33 и содержит два усилителя 34 и 35 высокой частоты (УВЧ), смеситель 36 с детектором с первым входом 37, соединенным с выходом первого УВЧ 34, и со вторым входом 38, соединенным с выходом второго УВЧ 35, усилитель 39 низкой частоты (УНЧ) с входом, соединенным с выходом смесителя 36 с детектором, измеритель 40 частоты биений с входом, соединенным с выходом УНЧ 39, формирователем 41 эталонного напряжения, блок 42 сравнения с первым входом 43, соединенным с выходом измерителя 40 частоты биений и со вторым входом 44, соединенным с выходом формирователя 41 эталонного напряжения, при этом вход первого УВЧ 34 через первый вход 31 бортового приемника 4 соединен с первой приемной антенной 5, вход второго УВЧ 35 через второй вход 32 бортового приемника 4 соединен со второй приемной антенной 6, а выход блока 42 сравнения соединен с выходом 33 бортового приемника 4.

Выход 33 бортового приемника 4 соединен с входом бортовой системы 45 визуализации и со входом бортовой системы 46 управления автоматической посадкой самолета 47.

Наземный передатчик 1 содержит генератор, мультивибратор с интегрирующим элементом (на фигурах не показаны), выполненный, например, из микросхем типа 555ГТ6 и 1564АГ1.

Излучающие антенны 2 и 3, 7 и 8, 9 и 10 выполнены в виде петлевых вибраторов.

Ключи 11, 12, 13, 14, 15, и 16 выполнены, например, на микросхемах типа 590КН8.

Линия задержки 17 выполнена, например, на микросхеме 528БР5.

УВЧ 34 и 35 и смеситель 36 с детектором выполнены, например, на микросхемах 174УВ4 и 174ПС1.

УНЧ 40 выполнен, например, в виде усилителя-ограничителя на микросхеме 1005УР1.

Входы 31, 32 и выход 33 бортового приемника 4 выполнены, например, в виде коаксиальных разъемов.

Устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения транспортного средства собирается следующим образом.

Излучающие антенны 2 и 3, 7 и 8, 9 и 10 устанавливают на аэродроме вдоль оси ВПП парами на одинаковом расстоянии друг от друга (см. фиг. 5) таким образом, что первые излучающие антенны 2, 7 и 9 каждой пары расположены на одной прямой параллельной оси ВПП, а вторые излучающие антенны 3, 8 и 10 каждой пары расположены на второй прямой параллельной оси ВПП, при этом прямые расположены на одинаковом расстоянии по разные стороны оси ВПП. Линии, соединяющие первые и вторые антенны каждой пары излучающих антенн перпендикулярны оси ВПП.

Излучающие антенны 2, 7 и 9 направлены параллельно оси ВПП и имеют горизонтальную поляризацию. Излучающие антенны 3, 8 и 10 направлены параллельно оси ВПП и имеют вертикальную поляризацию.

Приемная антенна 5 имеет горизонтальную поляризацию. Приемная антенна 6 имеет вертикальную поляризацию. Приемные антенны 5 и 6 устанавливаются на борту самолета и направлены параллельно оси симметрии самолета.

Бортовой приемник 4, измеритель 40 частоты биений, блок 42 сравнения, формирователь 41 эталонного напряжения устанавливаются на борту самолета 46. Приемные антенны 5 и 6 устанавливаются на борту самолета 46 таким образом, что диаграмма направленности каждой приемной антенны направлена параллельно оси симметрии самолета.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства поясняется примером, когда самолет 47 заходит на посадку и при этом расположен в области, находящейся слева от оси ВПП, в которой расположены излучающие антенны 12, 14 и 16.

При приближении самолета 47 на наперед заданное расстояние от аэродрома по команде пилота включается наземный передатчик 1 и все элементы устройства, электрически соединенные с наземным передатчиком (элементы, расположенные на земле). Наземный передатчик 1 вырабатывает электромагнитные, колебания в ультракоротковолновом диапазоне модулированные по частоте, например, напряжением треугольной формы, которое с выхода наземного передатчика 1 подается на входы 19, 20 и 21 ключей 11, 13 и 15, а через линию 17 задержки - на входы 22, 23 и 24 ключей 12, 14 и 16. Следование электромагнитных колебаний на выходе линии 17 задержки смещено относительно следования электромагнитных колебаний на величину ϕ(ϕ - соответствует расстоянию, например равному на которое смещена линия положения с нулевой частотой биений от оси ВПП. За счет этого смещения определяется знак отклонения от оси ВПП).

С выходов коммутатора 18 импульсное напряжение последовательно поступает на управляющие входы 25 и 26, 27 и 28, 29 и 30 пар ключей 1 и 2, 13 и 14, 15 и 16. От воздействия импульсного напряжения, поступающего на управляющие входы, ключи открываются и электромагнитные колебания, поступающие с выхода наземного передатчика 1 и с выхода линии 17 задержки через открытые ключи, поступают на соответствующую им пару излучающих антенн. Время прохождения электромагнитных колебаний через пары ключей определяется временными характеристиками импульсного напряжения, поступающего на их управляющие входы.

Электромагнитные колебания от излучающих антенн 2, 7 и 9 принимаются приемной антенной 5 и через вход 31 бортового приемника 4 поступают на вход УВЧ 34.

Электромагнитные колебания от излучающих антенн 3, 8 и 10 принимаются приемной антенной 6 и через вход 32 бортового приемника 4 поступают на вход УВЧ 35.

С выхода УВЧ 34 усиленные электромагнитные колебания передаются на вход 37 смесителя 36 с детектором.

С выхода УВЧ 35 усиленные электромагнитные колебания передаются на вход 38 смесителя 36 с детектором.

В смесителе 36 с детектором выделяется напряжение с частотой биений. Напряжение с частотой биений с выхода смесителя 36 с детектором подается на вход УНЧ 39. В УНЧ 39 напряжение с частотой биений преобразуется в импульсное напряжение, частота следования импульсов которого соответствует частоте биений напряжения на его входе, и поступает на его выход. Частота следования импульсов на выходе УНЧ 39 характеризует удаление самолета от оси ВПП.

Импульсное напряжение с выхода УНЧ 39 поступает на вход измерителя 40 частоты биений. На выходе УНЧ 39 частота следования импульсного напряжения изменяется монотонно при местонахождении самолета 47 между линией положения самолета, на которой частота биений в смесителе 36 с детектором минимальна, и осью ВПП и линией, расположенной симметрично линии положения самолета, на которой частота биений в смесителе 36 с детектором минимальна, относительно оси ВПП. В измерителе 40 частоты биений импульсное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное частоте следования импульсов, поступающих на его вход, это постоянное напряжение с выхода измерителя 40 частоты биений подается на вход 43 блока 42 сравнения.

С выхода формирователя 41 эталонного напряжения на вход 44 блока 42 сравнения подается эталонное постоянное напряжение наперед заданной величины, соответствующее положению самолета 47 на оси ВПП.

В блоке 42 сравнения напряжение, поступающее на вход 43, сравнивается с напряжением, поступающим на вход 44. Разница между напряжениями, поступающими на входы 43 и 44, с выхода блока 42 сравнения подается на выход 33 бортового приемника 4.

Устройство позволяет уменьшить систематическую ошибку при определении величины отклонения линии полета от направления линии взлета и посадки при посадке самолета, исключить влияние подстилающей поверхности и посторонних объектов, находящихся вблизи равносигнальной зоны. Наибольший эффект применение устройства получается при совместном использовании с системой посадочных огней высокой интенсивности на аэродромах малой авиации, где нет возможности использовать дорогостоящие приводные маяки и курсоглиссадные системы.

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 260209, МПК G 01 S 5/02, 23.03.70.

Формула изобретения

Устройство для определения отклонения от задаваемой линии положения объекта, содержащее наземный передатчик и пару излучающих антенн, бортовой приемник и две приемные антенны, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено по меньшей мере двумя парами излучающих антенн, по меньшей мере тремя парами ключей, линией задержки, коммутатором с по меньшей мере тремя выходами, при этом выход наземного передатчика соединен с входами первых ключей каждой пары ключей, а через линию задержки - с входами вторых ключей каждой пары ключей, выход первого ключа первой пары ключей соединен с первой излучающей антенной первой пары излучающих антенн, выход первого ключа второй пары ключей соединен с первой излучающей антенной второй пары излучающих антенн, выход первого ключа третьей пары ключей соединен с первой излучающей антенной третьей пары излучающих антенн, выход второго ключа первой пары ключей соединен с второй излучающей антенной первой пары излучающих антенн, выход второго ключа второй пары ключей соединен с второй излучающей антенной второй пары излучающих антенн, выход второго ключа третьей пары ключей соединен с второй излучающей антенной третьей пары излучающих антенн, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа первой пары ключей соединены с первым выходом коммутатора с по меньшей мере тремя выходами, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа второй пары ключей соединены со вторым выходом коммутатора с по меньшей мере с тремя выходами, управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа третьей пары ключей соединены с третьим выходом коммутатора с по меньшей мере тремя выходами, а бортовой приемник выполнен с двумя входами и выходами и содержит два усилителя высокой частоты, смеситель с детектором с первым входом, соединенным с выходом первого усилителя высокой частоты, и со вторым входом, соединенным с выходом второго усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты с входом, соединенным с выходом смесителя с детектором, измеритель частоты биений с входом, соединенным с выходом усилителя низкой частоты, формирователем эталонного напряжения, блок сравнения с первым входом, соединенным с выходом измерителя частоты биений, и со вторым входом, соединенным с выходом формирователя эталонного напряжения, при этом вход первого усилителя высокой частоты через первый вход бортового приемника соединен с первой приемной антенной, вход второго усилителя высокой частоты через второй вход бортового приемника соединен со второй приемной антенной, а выход блока сравнения соединен с выходом бортового приемника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6