Устройство обеспечения посадки летательного аппарата

Название	Устройство обеспечения посадки летательного аппарата
Разработчик (Авторы)	Амелин Константин Борисович (RU), Бестугин Александр Роальдович (RU), Киршина Ирина Анатольевна (RU), Саута Олег Иванович (RU), Филонов Олег Михайлович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2757804
Дата регистрации	21.10.2021
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения"
Область применения (класс МПК)	G08G 5/02 (2006.01) H04B 7/26 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиотехнического обеспечения посадки летательных аппаратов (ЛА) на основе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) типа ГЛОНАСС/GPS и может быть использовано при оснащении как временных или стационарных аэродромов и вертолетных площадок, так и подвижных объектов, которые не оборудованы радиомаячными или радиолокационными посадочными средствами.

Известна радиотехническая система посадки метрового диапазона радиоволн - ILS (Бакулев П.Α., Сосновский А.А. Радионавигационные системы. Учебник для вузов. - Радиотехника, 2005. - С.144-154), состоящая из наземного и бортового оборудования. В состав наземного оборудования входят два идентичных по составу посадочных радиомаяка (азимутальный и угломестный), каждый из которых содержит генератор сигналов несущей частоты, генератор сигналов модулирующих частот, усилитель мощности и передающую антенну. В состав бортового оборудования входят приемная антенна, приемник с автоматической регулировкой усиления и схемой сравнения.

Основные недостатки ILS связаны с большими длинами радиоволн, излучаемых наземными радиомаяками, что обуславливает увеличение ошибок определения сигналов наведения в бортовой аппаратуре из-за переотражений радиоволн от подстилающей поверхности и местных объектов. Недостатками ILS также являются постоянство номинального угла глиссады для всех типов ЛА и ненадежность информации об отклонении от глиссады на заключительном этапе посадки, а так же ограниченный рабочий сектор и большие габариты наземного оборудования.

Также известна «Спутниковая радионавигационная система посадки с использованием псевдоспутников» (патент РФ №2439617, МПК: G01S 19/11, Н04 В 7/185, опубл. 10.01.2012 Бюл. №1), состоящая из наземного и бортового оборудования. Бортовое оборудование содержит бортовой приемник ГНСС с бортовой приемной антенной ГНСС на входе и ретранслятор с приемной антенной ретранслятора на входе и передающей антенной ретранслятора на выходе. Наземное оборудование содержит опорный псевдоспутник (ОПС) с наземной приемной антенной ОПС на входе и передающей антенной ОПС на выходе, n дополнительных псевдоспутников (ДПС) с n передающими антеннами ДПС на выходе, вычислитель оптимальных координат ДПС, блок информационных параметров аэропорта и распределительный узел 14 с (n+1) выходами, который соединен входом с информационным выходом ОПС, первым выходом соединен с информационным входом ОПС, а остальными n выходами соединен соответственно с первыми информационными входами ДПС, выходы вычислителя оптимальных координат ДПС соединены соответственно со вторыми информационными входами ДПС, второй вход упомянутого вычислителя оптимальных координат ДПС соединен с выходом блока информационных параметров аэропорта, а первый вход вычислителя оптимальных координат ДПС служит для ввода координат ОПС. Ретранслятор связан информационной связью передача-прием с ОПС и ДПС через передающую антенну ОПС, передающую антенну ДПС и приемную антенну ретранслятора и связан информационной связью передача-прием с бортовым приемником ГНСС через передающую антенну ретранслятора и бортовую приемную антенну.

Недостатком известной системы является техническая сложность построения псевдоспутников, для функционирования которых требуется высокоточный эталон времени, а также невозможность применения таких устройств для радиотехнического обеспечения посадки ЛА на временные и подвижные объекты.

Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому изобретению является «Система функционального дополнения ГНСС - GBAS» (Международные стандарты и Рекомендуемая практика. Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь, том 1. Радионавигационные средства. Издание шестое, июль 2006 г. C. B-84, D-21-D-42).

Устройство-прототип состоит из наземного и бортового оборудования, связанного радиолинией передачи сообщений. Наземное оборудование содержит блок формирования корректирующих сообщений, блок данных конечного сегмента захода на посадку, n наземных приемников ГНСС с n наземными антеннами ГНСС на входе, выход каждого приемника ГНСС соединен с n входом блока формирования корректирующих сообщений, выход которого соединен с первым входом передатчика сообщений с передающей антенной на выходе, второй вход передатчика сообщений соединен с выходом блока данных конечного сегмента захода на посадку. Выход передающей антенны является выходом наземного оборудования, которое через радиолинию передачи сообщений связано с бортовым оборудованием входом которого является приемная антенна. Бортовое оборудование содержит блок вычисления сигналов наведения, бортовой приемник ГНСС с бортовой антенной на входе, приемник сообщений с приемной антенной на входе, первый и второй выходы приемника сообщений соединены с первым входом блока вычисления сигналов наведения и вторым входом бортового приемника ГНСС соответственно, выход приемника ГНСС соединен со вторым входом блока вычисления сигналов наведения, выход которого является результирующим выходом системы-прототипа.

Устройство-прототип работает следующим образом: n наземных приемников ГНСС преобразуют принятые от ГНСС сигналы в псевдодальности и передают их на входы блока вычислений корректирующих поправок, который определяет ошибки полученных псевдодальностей и, затем, передает их в передатчик сообщений для последующей трансляции через передающую антенну по радиолинии передачи сообщений в бортовое оборудование. Также по радиолинии передается информация, поступающая от блока данных конечного сегмента захода на посадку. Принятая в бортовом оборудовании по радиолинии передачи сообщений через приемник сообщений с приемной антенной информация об ошибках псевдодальностей поступает в бортовой приемник ГНСС, где используется при решении навигационной задачи. В результате чего, на выходе бортового оборудования формируются уточненные координаты ЛА, которые поступают на вход блока вычисления сигналов наведения, где совместно с принятой по радиолинии информацией о конечном сегменте захода на посадку используется для расчета сигналов для обеспечения посадки ЛА.

Недостатком такого устройства является необходимость использования в районе посадочной площадки нескольких разнесенных в пространстве антенн ГНСС, как правило трех-четырех, и выполнения высокоточной геодезической привязки места их установки, а также невозможность применения для обеспечения посадки ЛА на подвижные объекты.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, позволяющего сформировать сигналы наведения для обеспечения посадки летательного аппарата на стационарные и подвижные объекты.

Технический результат заключается в обеспечении посадки ЛА на необорудованные радиомаячными и радиолокационными посадочными средствами аэродромы и вертолетные площадки, а также на подвижные объекты (морские суда, морские буровые установки).

Технический результат достигается тем, что устройство обеспечения посадки летательного аппарата, содержащее наземное и бортовое оборудование, связанные между собой радиолинией передачи сообщений, причем наземное оборудование содержит последовательно соединенные наземную антенну, наземный приемник ГНСС, блок формирования корректирующих сообщений, передатчик сообщений и передающую антенну и блок данных конечного сегмента захода на посадку, первый выход которого соединен со вторым входом передатчика сообщений, а бортовое оборудование содержит последовательно соединенные бортовую антенну и бортовой приемник ГНСС и последовательно соединенные приемную антенну, приемник сообщений и блок вычисления сигналов наведения, выход которого является результирующим выходом системы, причем в бортовое оборудование дополнительно введен блок формирования относительных координат, первый вход которого соединен с выходом бортового приемника ГНСС, второй вход соединен со вторым выходом приемника сообщений, а выход соединен со вторым входом блока вычисления сигналов наведения, а в между вторым выходом блока данных конечного сегмента захода на посадку и вторым входом блока формирования корректирующих сообщений.

Технический результат достигается за счет того, что в наземном оборудовании введена связь, по которой из блока данных конечного сегмента захода на посадку в блок формирования корректирующих сообщений поступает информация о векторе смещения координат заданной точки посадки относительно наземной антенны, что позволяет корректировать положение конечного сегмента захода на посадку, а в бортовом оборудовании введен блок формирования относительных координат, первый и второй входы которого соединены с выходом бортового приемника ГНСС и вторым выходом приемника сообщений соответственно, а выход соединен со вторым входом блока вычисления сигналов наведения. Блок формирования относительных координат пересчитывает вектор координат бортовой антенны, полученный от приемника ГНСС, из абсолютной системы координат в относительную систему координат с началом в точке посадки, информация о которой получена от приемника сообщений и передает результаты пересчета в блок вычисления сигналов наведения, что позволяет рассчитать сигналы для обеспечения посадки ЛА.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства и введены следующие обозначения:

1 - наземное оборудование

1.1 - наземная антенна

1.2 - наземный приемника ГНСС

1.3 - блок формирования корректирующих сообщений

1.4 - передатчик сообщений

1.5 - передающая антенна

1.6 - блок данных конечного сегмента захода на посадку

2 - бортовое оборудование

2.1 - бортовая антенна

2.2 - наземный приемник ГНСС

2.3 - блок формирования относительных координат

2.4 - блок формирования сигналов наведения

2.5 - приемник сообщений

2.6 - приемная антенна

3 - радиолиния передачи сообщений.

Устройство обеспечения посадки летательного аппарата содержит наземное оборудование 1, включающее последовательно соединенные наземную антенну 1.1, наземный приемник ГНСС 1.2, блок формирования корректирующих сообщений 1.3, передатчик сообщений 1.4 с передающей антенной 1.5 на выходе и блок данных конечного сегмента захода на посадку 1.6, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами передатчика сообщений 1.4 и блока формирования корректирующих сообщений 1.3 соответственно, и бортовое оборудование 2, которое включает последовательно соединенные бортовую антенну 2.1, бортовой приемник ГНСС 2.2, блок формирования относительных координат 2.3 и блок вычисления сигналов наведения 2.4, выход которого является результирующим выходом системы, а первый и второй входы соединены с первым выходом приемника сообщений 2.5 с приемной антенной 2.6 на входе и выходом блока формирования относительных координат 2.3, со вторым входом которого соединен второй выход приемника сообщений 2.5; выход передающей антенны 1.5 через радиолинию передачи сообщений 3 соединен с входом приемной антенны 2.6.

Устройство работает следующим образом.

В наземном оборудовании 1 устройства наземный приемник ГНСС 1.2 через наземную антенну 1.1 принимает сигналы от ГНСС и в результате решения навигационной задачи формирует на выходе вектор координат наземной антенны 1.1 в абсолютной системе координат. Блок данных конечного сегмента захода на посадку 1.6 на первом выходе формирует параметры заданной глиссады (угол наклона к горизонту и текущий курс посадки), а на втором - вектор смещения координат заданной точки посадки относительно наземной антенны 1.1. Блок формирования корректирующих сообщений 1.3 используя вектор координат наземной антенны и вектор смещения координат заданной точки посадки относительно наземной антенны, принятый от блока данных конечного сегмента захода на посадку 1.6, производит вычисление координат заданной точки посадки и передает их на первый вход передатчика сообщений 1.4, на второй вход которого поступают данные с первого выхода блока данных конечного сегмента захода на посадку 1.6. Передатчик сообщений 1.4 кодирует поступившие данные в два информационных пакета: первый с вектором координат заданной точки посадки, второй с параметрами заданной глиссады. Затем данные информационных пакетов используют для модуляции радиоимпульсов, излучаемых через передающую антенну 1.5 в радиолинию передачи сообщений 3.

В бортовом оборудовании 2 принятые по радиолинии передачи сообщений 3 радиоимпульсы через приемную антенну 2.6 поступают в приемник сообщений 2.5, где происходит декодирование первого и второго информационных пакетов, после чего на его первом выходе формируются данные с параметрами заданной глиссады, полученными из второго информационного пакета, а на втором выходе формируется вектор координат заданной точки посадки, полученный из первого информационного пакета.

Бортовой приемник ГНСС 2.2 через бортовую антенну 2.1 принимает сигналы от навигационных спутников ГНСС и в результате решения навигационной задачи формирует на выходе вектор координат бортовой антенны 2.1 в абсолютной системе координат. Далее этот вектор координат поступает на первый вход блока формирования относительных координат 2.3, на второй вход которого поступает декодированный из второго информационного пакета в блоке приемника сообщений 2.5 вектор координат заданной точки посадки. Далее в блоке формирования относительных координат 2.3 на основе полученных данных вычисляют координаты бортовой антенны 2.1 в относительной системе координат с началом в точке посадки и передают на первый вход блока вычисления сигналов наведения 2.4, на второй вход которого поступают параметры заданной глиссады, декодированные из второго информационного пакета. Блок вычисления сигналов наведения 2.4 на основе данных об относительных координатах бортовой антенны 2.1 и заданных параметрах глиссады производит вычисление и передачу потребителям сигналов наведения для обеспечения посадки летательного аппарата.

На основании вышеизложенного, видно, что введение новых информационных связей и блоков позволяет сформировать сигналы наведения для обеспечения посадки летательного аппарата, как на стационарные, так и на подвижные посадочные площадки, что подтверждает работоспособность предлагаемого устройства.

Преимуществом предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, кроме обеспечения посадки на подвижные посадочные площадки, также является сокращение состава наземного оборудования (использование одного наземного приемника ГНСС с наземной антенной вместо трех-четырех в прототипе) и отсутствие необходимости выполнения точной геодезической привязки места установки наземных антенн.

Используемые электронные ресурсы

[1] https://javad.com/jgnss/products/antennas/

[2] https://javad.com/jgnss/

[3] https://navigat.ru/products/sistemy-nablyudeniya-azn-v/bmps-isk/

[4] https://www.radial.ru/catalog/antennas/vertical/a10_1090/

[5] https://aeroantenna.com/

[6] https://www.rami.com/product/transponder_av-22/

[7] https://navigat.ru/products/sistemy-nablyudeniya-azn-v/msnvo-2010/.

Формула изобретения

Устройство обеспечения посадки летательного аппарата, содержащее наземное и бортовое оборудование, связанные между собой радиолинией передачи сообщений, причем наземное оборудование содержит последовательно соединенные наземную антенну, наземный приемник ГНСС, блок формирования корректирующих сообщений, передатчик сообщений и передающую антенну и блок данных конечного сегмента захода на посадку, первый выход которого соединен со вторым входом передатчика сообщений, а бортовое оборудование содержит последовательно соединенные бортовую антенну и бортовой приемник ГНСС и последовательно соединенные приемную антенну, приемник сообщений и блок вычисления сигналов наведения, выход которого является результирующим выходом системы, отличающееся тем, что в бортовое оборудование дополнительно введен блок формирования относительных координат, первый вход которого соединен с выходом бортового приемника ГНСС, второй вход соединен со вторым выходом приемника сообщений, а выход соединен со вторым входом блока вычисления сигналов наведения, а в наземное оборудование введена связь между вторым выходом блока данных конечного сегмента захода на посадку и вторым входом блока формирования корректирующих сообщений.

Изобретение "Устройство обеспечения посадки летательного аппарата" (Амелин Константин Борисович (RU), Бестугин Александр Роальдович (RU), Киршина Ирина Анатольевна (RU), Саута Олег Иванович (RU), Филонов Олег Михайлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога