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一種飛機著陸監(jiān)視引導(dǎo)方法與流程

文檔序號:12541049閱讀:420來源:國知局
一種飛機著陸監(jiān)視引導(dǎo)方法與流程

本發(fā)明屬于航空飛行保障領(lǐng)域,具體涉及飛機著落時的下滑過程中對飛機的飛行情況進(jìn)行監(jiān)視及指揮的引導(dǎo)方法。



背景技術(shù):

固定翼艦載機著陸訓(xùn)練時,由于航空母艦的著落跑道非常短,所以在飛機沿下滑道下滑的過程中飛行員必須操縱飛機沿理想下滑道下滑,若不能沿理想下滑道下滑,則會導(dǎo)致飛機著落點過近、過遠(yuǎn)或偏離飛機跑道的情況發(fā)生,因而產(chǎn)生必須復(fù)飛、逃逸,甚至?xí)霈F(xiàn)硬著陸等情況;所以在航空母艦上指揮飛機著陸是一門專門的學(xué)問,需要長期訓(xùn)練。為了保障固定翼艦載機沿理想下滑道下滑,需要著陸指揮員的精確指揮;而著陸指揮員的主要信息來源就是依靠觀看中線攝像機監(jiān)視視頻。中心線攝像機可監(jiān)視固定翼艦載機下滑的位置,著陸指揮員通過艦載機與理想下滑道坐標(biāo)線的比較判斷,即可掌握飛機與著落跑道相對偏差并予以指揮。但是,新上艦的飛行員要進(jìn)行飛機著陸訓(xùn)練通常會首先在陸地的機場進(jìn)行訓(xùn)練,待地面起降熟練后,才能夠上航空母艦上進(jìn)行著陸訓(xùn)練。為此,當(dāng)飛行員需要在陸地機場進(jìn)行訓(xùn)練時,也需要模擬航空母艦上的真實指揮感受,就需要在飛機跑道中線安裝同樣的中心線攝像機。

安裝的中線攝像機存在三個問題:一是新建機場需要預(yù)先安裝,不能移動;二是相關(guān)的各種參數(shù)固定,不能靈活調(diào)整;三是已有機場加裝,需要對跑道進(jìn)行破壞性施工,影響飛行安全。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明提供一種將監(jiān)視攝像機移動安裝于跑道一側(cè)的飛機引導(dǎo)著陸監(jiān)視方法。該方法在滿足基本訓(xùn)練條件的陸地機場進(jìn)行艦載機在陸基機場的跑道著陸訓(xùn)練。

本發(fā)明的技術(shù)方案:

步驟一:確定理想著艦點,并在所確定的理想著艦點位置的跑道上垂直跑道中心線畫一明顯橫線,該橫線代表艦艇著陸跑道第二、第三攔阻索之間的中心線;

步驟二:從該中心線向飛機來向,測量出艦上第二、第三攔阻索之間的中心線至艦艉的距離并畫出明顯橫線,該橫線代表艦艉線;

步驟三:從該中心線向飛機去向,測量出艦上第二、第三攔阻索之間的中心線至艦著陸跑道終點距離并畫出明顯橫線,該橫線代表艦跑道終點線;

步驟四:將攝像機放置在跑道下代表艦跑道終點線的橫線傍邊;攝像機通過連線連接到監(jiān)視器,指揮員處于能夠直接觀察到下滑降落飛機的位置,并且能夠同時從監(jiān)視器中看到下滑飛機的姿態(tài);飛機引導(dǎo)著陸監(jiān)視系統(tǒng)在理想著陸點遠(yuǎn)端能夠確定飛機位置及姿態(tài),在理想著陸點近端能夠顯示飛機機體主要部分;

步驟五:將攝像機同時還連接到控制計算機,由控制計算機通過信號線將圖像信號處理后送指揮員面前的監(jiān)視器顯示畫面;

步驟六:當(dāng)飛行員需要著艦時,首先通過光學(xué)助降系統(tǒng)了解飛機與理想下滑線的左右偏差量并進(jìn)行自行修正,使飛機進(jìn)入理想下滑線的遠(yuǎn)端附近,此時指揮員在確定飛機已經(jīng)到達(dá)理想下滑線的遠(yuǎn)端附近時,從監(jiān)視器上觀察到處于下滑過程中的飛機,由于飛機在理想著陸點遠(yuǎn)端能夠確定飛機位置及姿態(tài),顯示飛機圖像與監(jiān)視器中縱橫坐標(biāo)線進(jìn)行位置比較,確定該飛機是否在理想下滑線上,或偏離理想下滑線的位置,直觀看飛機相對于理想下滑線的水平線的高低和垂直中心線的左右偏差量;通過飛機圖像的位置與監(jiān)視器縱橫坐標(biāo)線比較,得知飛機相對于理想下滑線的水平高低和垂向左右的偏差情況;

步驟七:指揮員根據(jù)監(jiān)視器上視頻的信息,通過對講機對空中飛行員進(jìn)行飛行指揮,根據(jù)飛機的高低、左右偏差情況提示飛行員操縱飛機降低或爬升,向右或向左,以使飛機沿理想下滑道下滑,直至飛機進(jìn)入著陸前的穩(wěn)定下滑階段,結(jié)束指揮。

在任何滿足基本訓(xùn)練條件的陸地機場——海拔高度不超過300米,有相對穩(wěn)定的跑道逆風(fēng)等條件的機場,配有一種飛機引導(dǎo)著陸監(jiān)視系統(tǒng),指揮員即可指揮飛機進(jìn)行著陸訓(xùn)練。該系統(tǒng)有效的解決了艦載機陸基著陸訓(xùn)練場地少、裝備貴、安裝難的問題;維護(hù)簡單、拆裝方便,可為艦載機著陸訓(xùn)練的大規(guī)模展開提供有力支持。

附圖說明

圖1降落飛機在水平視場中位置變化示意圖;

圖2機場跑道設(shè)備畫線相對位置示意圖;

圖3引導(dǎo)著陸監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備戰(zhàn)位連接關(guān)系示意圖;

圖4攝像機架設(shè)方式示意圖之一;

圖5攝像機架設(shè)方式示意圖之二;

圖6飛機進(jìn)入理想下滑線遠(yuǎn)端顯示示意圖;

圖7飛機沿理想下滑線下滑過程顯示示意圖;

圖8修正后飛機沿理想下滑線下滑近端顯示示意圖。

說明:1-飛機,2-指揮員,3-監(jiān)視器,4-控制計算機,5-光學(xué)助降系統(tǒng),6-攝像機。

具體實施方法

實施例:著陸下滑道通常為從理想著陸點開始向飛機1來向延伸1800米為理想下滑線遠(yuǎn)端投影點,在監(jiān)視器3中要求飛機1在理想下滑線遠(yuǎn)端能夠確定飛機1位置及姿態(tài),在距理想著陸點近端能夠顯示飛機1機體主要部分;在常規(guī)環(huán)境光線變化范圍內(nèi)能夠正常工作;對顏色不需要敏感;因此選用黑白攝像機6,鏡頭選用視場角8°的定焦鏡頭。

安裝時,攝像機6安裝在可調(diào)節(jié)水平和垂直角度的云臺上,根據(jù)機場特定條件設(shè)定安裝位置,根據(jù)與光學(xué)助降系統(tǒng)5的相對關(guān)系,確定攝像機6空間朝向角度,最終實現(xiàn)攝像視角中心線與距離理想著陸點1800米上方的理想下滑線相交。

步驟一:確定理想著艦點,并在所確定的理想著艦點位置的跑道上垂直跑道中心線畫一明顯橫線,該橫線代表艦艇著陸跑道第二、第三攔阻索之間的中心線;

步驟二:從該中心線向飛機1來向,測量出艦上第二、第三攔阻索之間的中心線至艦艉的距離并畫出明顯橫線,該橫線代表艦艉線;

步驟三:從該中心線向飛機1去向,測量出艦上第二、第三攔阻索之間的中心線至艦著陸跑道終點距離并畫出明顯橫線,該橫線代表艦跑道終點線;

步驟四:將攝像機6放置在跑道下代表艦跑道終點線的橫線傍邊;攝像機6通過連線連接到監(jiān)視器3,指揮員2處于能夠直接觀察到下滑降落飛機1的位置,并且能夠同時從監(jiān)視器3中看到下滑飛機1的姿態(tài);飛機1引導(dǎo)著陸監(jiān)視系統(tǒng)在理想著陸點遠(yuǎn)端能夠確定飛機1位置及姿態(tài),在理想著陸點近端能夠顯示飛機1機體主要部分;

步驟五:將攝像機6同時還連接到控制計算機4,由控制計算機4通過信號線將圖像信號處理后送指揮員2面前的監(jiān)視器3顯示畫面;

步驟六:當(dāng)飛行員需要著艦時,首先通過光學(xué)助降系統(tǒng)5了解飛機1與理想下滑線的左右偏差量并進(jìn)行自行修正,使飛機1進(jìn)入理想下滑線的遠(yuǎn)端附近,此時指揮員2在確定飛機1已經(jīng)到達(dá)理想下滑線的遠(yuǎn)端附近時,從監(jiān)視器上觀察到處于下滑過程中的飛機1,由于飛機1在理想著陸點遠(yuǎn)端能夠確定飛機位置及姿態(tài),顯示飛機1圖像與監(jiān)視器3中縱橫坐標(biāo)線進(jìn)行位置比較,確定該飛機1是否在理想下滑線上,或偏離理想下滑線的位置,直觀看飛機相對于理想下滑線的水平線的高低和垂直中心線的左右偏差量;通過飛機1圖像的位置與監(jiān)視器3縱橫坐標(biāo)線比較,得知飛機1相對于理想下滑線的水平高低和垂向左右的偏差情況;

步驟七:指揮員2根據(jù)監(jiān)視器3上視頻的信息,通過對講機對空中飛行員進(jìn)行飛行指揮,根據(jù)飛機1的高低、左右偏差情況提示飛行員操縱飛機1降低或爬升,向右或向左,以使飛機1沿理想下滑道下滑,直至飛機1進(jìn)入著陸前的穩(wěn)定下滑階段,結(jié)束指揮。

在指揮員2位置處設(shè)置顯示器3,在艦載機下滑時,顯示器3接收控制計算機4處理后的綜合視頻并顯示。

控制計算機4對視頻的處理方法有兩種:一種是當(dāng)飛機1進(jìn)入理想下滑線遠(yuǎn)端時,剛好落在攝像機6視角中心線上,指揮員2即可從顯示器中心點看到飛機1,當(dāng)飛機1沿理想下滑線下滑的過程中,由于攝像機6設(shè)置在機場跑道一側(cè),所以攝像機6的視角中心線存在偏差,飛機1在顯示器3上的顯示位置會根據(jù)攝像機6視角中心線與飛機1理想下滑線的誤差越來越大而有所變化,隨著飛機1沿理想下滑線下滑的過程,顯示器3上的圖像會從中心向左下角移動,指揮員2可以根據(jù)飛機1移動的方向,判斷高低和左右的偏差,并參考該視頻對空中飛機1提出偏差修正的指示及操縱提示。

另一種方式是當(dāng)飛機1進(jìn)入理想下滑線遠(yuǎn)端時,剛好落在攝像機6視角中心線上,指揮員2即可從顯示器中心點看到飛機1,當(dāng)飛機1沿理想下滑線下滑的過程中,由于攝像機6設(shè)置在機場跑道一側(cè),所以攝像機6的視角中心線存在偏差,根據(jù)機場實際情況,技術(shù)人員在控制計算機4中通過一個修正公式對理想下滑線與攝像機6視場中心線的誤差進(jìn)行修正,使飛機1沿理想下滑線向下滑行時,指揮員2面前的顯示器3上飛機1始終處于中心位置,隨著距離的縮短,飛機1圖像將越來越大,但中心不會隨飛機1的下滑而移動。這樣指揮員2就可以根據(jù)飛機1圖像在顯示器3上的上下左右移動,判斷高低和左右的偏差,并參考該視頻對空中飛機1提出偏差修正的指示及操縱提示。

1.橫坐標(biāo)線位置計算

(1)計算方法

如圖1所示,取艦載機下滑的某一具體時刻。

已知量有:

γv--1/2攝像機垂直視場角

α--理想下滑道與地面夾角

L1--攝像機垂直視場中線與理想下滑道交點到理想著艦點水平距離

L2--攝像機到理想著艦點距離

X--艦載機到理想著艦點水平距離

中間量有:

h--過艦載機的鉛垂線與理想下滑道及垂直視場中線交點距離

dv--艦載機所在距離上理想下滑道到垂直視場中線距離

F--過艦載機鉛垂線與理想下滑道交點到垂直視場中線距離

待求量有:

Rv--艦載機所在距離上理想下滑道在垂直視場中所占比例

根據(jù)已知量可求中間量及待求量,公式如下:

h=(X+L2)×tanβ-X×tanα (1.2)

dv=h×cosβ (1.3)

Dv=F×sinγv (1.5)

(2)邊界數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)有固定式安裝中心線攝像機位置沿跑道方向距離理想著艦點約140米,而在將相關(guān)參數(shù)取典型數(shù)據(jù)后,基于本計算方法,可準(zhǔn)確的計算沿跑道方向距離理想著艦點150米至0米范圍內(nèi)中心線攝像機橫坐標(biāo)線的位置。其中,典型數(shù)據(jù)取值如下:

γv=4°;

α=3.5°;

L1=1800m;

此時,將中心線攝像機距離理想著艦點間距離取邊界值0米及150米,將艦載機距離理想著艦點間距離取邊界值近端0米、遠(yuǎn)端1800米時,計算結(jié)果如下:

①X=1800m,L2=250m時:Rv=0.5;

②X=1800m,L2=0m時:Rv=0.5;

③X=0m,L2=250m時:Rv=0.905;

④X趨近于0m,L2=0m時:Rv=0.5;

以上四種情況下,在中心線攝像機距離理想著艦點0-250米距離范圍內(nèi),坐標(biāo)線均可滿足在視場中線至上邊界0.9的比例間變化,滿足要求。

2.縱坐標(biāo)線位置計算

(1)計算方法

如圖2所示,取與橫坐標(biāo)線位置計算的同一時刻。

已知量有:

γh--1/2攝像機水平視場角

dh--攝像機水平視場中線與跑道中線間距離

L2--攝像機到理想著艦點距離

X--艦載機到理想著艦點水平距離

中間量有:

Dh--艦載機所在距離上視場水平中線垂線與視場水平中線及視場邊界線交點間距離

待求量有:

Rh--艦載機所在距離上理想下滑道在水平視場中所占比例

根據(jù)已知量可求中間量及待求量,公式如下:

Dh=(L2+X)×tanγh (2.1)

(2)邊界數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)有固定式安裝中心線攝像機位置垂直跑道方向距離理想著艦點0米,取中心線攝像機二分之一水平視場角為4°,將中心線攝像機移動范圍設(shè)定在垂直跑道方向距離理想著艦點15至30米內(nèi),將艦載機距離理想著艦點間距離取邊界值近端0米、遠(yuǎn)端1800米時,可基于本計算方法,準(zhǔn)確的計算垂直跑道方中心線攝像機縱坐標(biāo)線的位置,計算結(jié)果如下:

①dh=15m,L2=0m,X=0m,時:飛機超出視界

②dh=15m,L2=0m,X=1800m,時:Rh=0.560;

③dh=15m,L2=250m,X=0m,時:Rh=0.929;

④dh=15m,L2=250m,X=1800m,時:Rh=0.552;

⑤dh=30m,L2=0m,X=0m,時:飛機超出視界

⑥dh=30m,L2=0m,X=1800m,時:Rh=0.619;

⑦dh=30m,L2=250m,X=0m,時:Rh=1.358;飛機超出視界

⑧dh=30m,L2=250m,X=1800m,時:Rh=0.604;

以上八種情況中,①情況時,飛機在沿跑道方向距離理想著艦點215米處飛出攝像機視場范圍;⑤情況時,飛機在沿跑道方向距離理想著艦點429米處飛出攝像機視場范圍;⑦情況時,飛機在沿跑道方向距離理想著艦點179米處飛出攝像機視場范圍。

在只進(jìn)行著艦技術(shù)訓(xùn)練的情況下,艦載機在距離理想著艦點350米時,飛機狀態(tài)基本確定,可不再進(jìn)行監(jiān)視與指揮,因此,dh取15米時,0-250米范圍均滿足要求;dh取30米時,79-250米范圍滿足要求。

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