專利名稱：激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機(jī)在進(jìn)近、著陸過程中，飛機(jī)到達(dá)近臺(tái)上空附近的決斷高度以前，由儀表 飛行過渡到目視飛行的設(shè)備，是用于航空界保證飛機(jī)安全著陸的引導(dǎo)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本項(xiàng)目的主要發(fā)明人，于1995年11月S日發(fā)明的"激光助航系統(tǒng)及其使用方法"主要 在機(jī)場主降跑道頭以外的跑道邊界燈延長線上，并距跑道頭一定距離兩側(cè)分別安裝兩臺(tái)激光 器，激光束沿跑道邊界燈延長線向飛機(jī)下滑著陸的反方向發(fā)射二束激光束。在實(shí)際飛行中， 兩根激光線間距太大，當(dāng)飛機(jī)距離某一根激光線較近時(shí)，另一根激光線不宜發(fā)現(xiàn)，所以，往 往出現(xiàn)飛行員只看到一條激光線的情況，由于五邊較短，在夜航或復(fù)雜氣象條件下，對(duì)飛行 員五邊航跡及飛機(jī)位置的判斷和保持不利。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免現(xiàn)有的沿跑道邊界燈延長線向飛機(jī)下滑著陸的反方向發(fā)射二束激光束間距太 大，當(dāng)飛機(jī)距離某一根激光線較近時(shí)，另一根激光線不宜發(fā)現(xiàn)，對(duì)飛行員五邊航跡及飛機(jī)位 置的判斷和保持不利。本發(fā)明是將激光器安裝在跑道二端中心延長線上，激光器安裝在跑道 中心延長線上，與進(jìn)近燈光保持一致，更符合使用進(jìn)近燈光的習(xí)慣，有利于飛行員的操縱和 判斷，飛行員通過跑道中心延長線上的激光下滑航道對(duì)飛行航跡和飛機(jī)位置的判斷較為直觀， 特別是在飛機(jī)偏離的情況下和激光線形成夾角時(shí)，只要修正飛行航跡，對(duì)準(zhǔn)激光線就對(duì)準(zhǔn)了 跑道中心線，飛行安全水平得到了較大程度的提高。
本發(fā)明的目的是重大飛行事故，大多數(shù)是在飛機(jī)處于進(jìn)近著陸過程中發(fā)生的，特別是 遇到復(fù)雜氣象條件下形成的氣象陷阱，即水平能見度符合機(jī)場運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)，但是，機(jī)長在 進(jìn)近著陸過程中，實(shí)際上看到的斜視能見度很差，不能在決斷高度上及時(shí)發(fā)現(xiàn)和對(duì)準(zhǔn)機(jī)場跑 道時(shí)，容易造成重大飛行事故。激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)主要是在儀表飛行尚未進(jìn)入目視飛行 時(shí)，提前給飛行員提供一個(gè)直觀的前向激光下滑航，引導(dǎo)飛機(jī)沿著激光下滑航道繼續(xù)前進(jìn)。 當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入決斷高度轉(zhuǎn)入目視飛行著陸過程時(shí)，特別是在復(fù)雜氣象條件下，遇到氣象陷阱時(shí)， 繼續(xù)引導(dǎo)飛機(jī)沿著激光下滑航道前進(jìn)，以達(dá)到安全著陸。增加了機(jī)場保障飛行安全的設(shè)施， 提高了機(jī)場安全保障條件，有利于減輕飛行員心理與工作負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)安全著陸的信心，從而
3減少或避免復(fù)飛、返航頻率，對(duì)保證飛行安全和提高航班的正常率，起到了重要的作用。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是激光器布局在跑道中心延長線上，形成的
激光前向下滑航道的依據(jù)如下
1.激光束具有很好的方向性和單色性，很高的激光能量集中在很小的發(fā)散度以內(nèi)，它在 大氣中的傳輸具有獨(dú)特的特點(diǎn)，根據(jù)電磁波的Mie散射理論，大氣中的氣溶膠和霧等散射粒 子具有高度不對(duì)稱的散射相函數(shù)。前向散射相函數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后向散射相函數(shù)，對(duì)于較大的霧 粒子可大于5個(gè)數(shù)量級(jí)。激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)正是利用了激光在大氣中傳輸?shù)奶匦?，并?照國際民航組織有關(guān)飛行、航管、機(jī)場凈空等法規(guī)和規(guī)章制度，在機(jī)場跑道端合理布局激光 引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)，組成激光前向下滑航道。
2.由于激光器安裝在跑道中心延長線上，激光束與飛機(jī)的航跡所形成的夾角更小，更 容易使飛行員發(fā)現(xiàn)激光前向下滑航道。同時(shí)與飛行員使用進(jìn)近燈光的習(xí)慣保持一致。
3.飛機(jī)在進(jìn)近著陸過程中主要是在跑道中心延長線上的空域活動(dòng)，因此，在跑道中心延
長線上安裝激光器，已解決了關(guān)鍵性技術(shù)如下 保護(hù)飛行員眼睛安全的方法。 合理選擇激光器的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)的方法。
以上二個(gè)方法主要涉及到柯什密得(Koschmieder)定律、阿拉德(Allard)定律和激光 在大氣傳輸中的基本理論以及能見度的基本理論等。
本發(fā)明由激光器和控制系統(tǒng)組成。激光器(1)分別安裝在跑道頭(5) 二端以外350米 以內(nèi)的跑道中心延長線左右0.25米以內(nèi)，安裝一臺(tái)或數(shù)臺(tái)激光器。激光束發(fā)射仰角，根據(jù)機(jī) 場條件在0.5至3度，激光束發(fā)射方向沿著跑道中心延長線的方向，對(duì)于飛機(jī)處于進(jìn)近著陸 過程中，激光束形成激光前向下滑航道。激光前向下滑航道始終在飛機(jī)保護(hù)區(qū)域的下限，即 障礙物評(píng)價(jià)W面以下。所說的控制系統(tǒng)由雷達(dá)(2)、綜合控制器(3)以及計(jì)算機(jī)(4)組成， 控制系統(tǒng)安裝在機(jī)場燈光站內(nèi)或相關(guān)位置。
目前，激光器種類繁多，均可選用。但對(duì)于白晝視覺來說，眼睛的相對(duì)光視效能隨入射 光的波長不同而變化。就可見光譜中的每個(gè)波長中，對(duì)于白晝視覺它對(duì)應(yīng)于555nm，這一波 長的光視效能達(dá)最大值。對(duì)于夜間視覺來說，這種視覺可認(rèn)為是微光視覺(引起視網(wǎng)膜桿而 不是中央凹的障礙的視覺)，其最大光效率所對(duì)應(yīng)的波長為507nm。從激光的波長和激光器的 穩(wěn)定性、可靠性、連續(xù)工作的時(shí)間等綜合因素，選用了氬離子激光器或半導(dǎo)體激光器。激光 器的激光束穿透能力在光照度視覺閾ET二8xl(^Lx，氣象光學(xué)視程(MOR) =1000米條件 下，可見激光束在大氣中傳輸?shù)淖畲缶嚯x比當(dāng)時(shí)MOR大6倍以上。本發(fā)明的使用方法如下當(dāng)飛機(jī)在進(jìn)近著陸過程中，雷達(dá)顯示屏上顯示出飛機(jī)的位置及 動(dòng)態(tài)，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入雷達(dá)預(yù)設(shè)區(qū)時(shí)，雷達(dá)發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)，然后激光器開始工作，并發(fā)出 激光束在空中形成激光前向下滑航道。飛行員在當(dāng)時(shí)能見度2至7倍的距離看見激光前向下 滑航道，飛機(jī)沿著激光前向下滑航道的方向飛行就對(duì)準(zhǔn)了機(jī)場跑道中心線。同時(shí)飛機(jī)始終在 激光前向下滑航道的上方保持30米以上距離較為直觀的飛行，保證了飛機(jī)安全著陸。飛機(jī)落 地后，激光器處于待機(jī)狀態(tài)，這樣往復(fù)循環(huán)，直至機(jī)場夜航航班結(jié)束，激光器停止工作。
經(jīng)地面試驗(yàn)、低于機(jī)場運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)的飛行試驗(yàn)和航班實(shí)際飛行證明，激光引導(dǎo)飛機(jī)著 陸系統(tǒng)具有以下積極效果
(1) 可以提高能見度2至7倍。在復(fù)雜氣象條件下，飛行員首先發(fā)現(xiàn)激光下滑航道，然 后才發(fā)現(xiàn)進(jìn)近燈光和跑道燈光，提前給飛行員提供一個(gè)直觀的激光前向下滑航，引導(dǎo)飛機(jī)沿 著下滑航道繼續(xù)前進(jìn)，就對(duì)準(zhǔn)了跑道中心線，便可安全著陸。
(2) 保證飛行安全，提高航班正常率。激光前向下滑航道不但可預(yù)先提供跑道中心線位 置，同時(shí)可以提供一個(gè)參考下滑坡度，比機(jī)場進(jìn)近燈光距離著陸過程中的飛機(jī)更近，飛機(jī)始 終在激光下滑航道上方保持30米以上的高度，有利于飛行員的操縱和判斷，飛行員通過跑道
中心延長線上的激光下滑航道對(duì)飛行航跡和飛機(jī)位置的判斷較為直觀，特別是在飛機(jī)偏離的 情況下，和激光線形成夾角時(shí)，只要修正飛行，對(duì)準(zhǔn)激光線就對(duì)準(zhǔn)了跑道中心線，減輕飛行 員心理與工作負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)安全著陸的信心，從而減少或避免復(fù)飛、返航頻率，對(duì)保證飛行安 全和提高航班的正常率，起到了重要的作用，具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
(3) 解決氣象陷阱帶來的危害。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入決斷高度轉(zhuǎn)入目視飛行著陸過程時(shí)，特別是
在復(fù)雜氣象條件下，遇到氣象陷阱時(shí)，即水平能見度符合機(jī)場運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)，但是，機(jī)長在 進(jìn)近著陸過程中，實(shí)際上看到的斜視能見度很差，不能在決斷高度上及時(shí)發(fā)現(xiàn)和對(duì)準(zhǔn)機(jī)場跑 道時(shí)，就容易發(fā)生飛行事故或復(fù)飛、返航。此時(shí)，使用激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)，就可以達(dá)到 安全著陸。
(4) 代替900米進(jìn)近燈光作用。當(dāng)新建、改建、擴(kuò)建機(jī)場時(shí)，如機(jī)場跑道端外遇到海洋、
江河、山區(qū)等復(fù)雜地形時(shí)，要修建900米進(jìn)近燈光代價(jià)很大。此時(shí)，采用激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系
統(tǒng)與機(jī)場簡易燈光配合，可以起到900米進(jìn)近燈光的作用，減少了基本建設(shè)的投資。 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明實(shí)施例的框圖。圖2是本實(shí)施例的激光前向下滑航道圖。
圖3是本實(shí)施例的激光前向下滑航道與飛機(jī)下滑航道相互關(guān)系圖。
由圖l看出本發(fā)明由激光器(1)、雷達(dá)(2)、綜合控制器(3)、計(jì)算機(jī)(4)組成。實(shí)施 例中激光器為氬離子激光器或半導(dǎo)體激光器，激光束穿透能力，在光照度視覺閾ET = 8xlO—7Lx，氣象光學(xué)視程(MOR) =1000米條件下，可見激光束在大氣中傳輸?shù)淖畲缶嚯x比 當(dāng)時(shí)MOR大2至7倍。激光器(1)分別安裝在跑道頭(5) 二端以外350米以內(nèi)的跑道中 心延長線左右0.25米(10)內(nèi)。激光束發(fā)射仰角，根據(jù)機(jī)場條件在0.5至3度，激光束發(fā)射 方向沿著跑道中心延長線的方向(ll')，對(duì)于飛機(jī)處于進(jìn)近著陸過程中，激光束形成激光前 向下滑航道。激光下滑航道始終在飛機(jī)保護(hù)區(qū)域的下限，即障礙物評(píng)價(jià)W面以下。綜合控制
器(3)、計(jì)算機(jī)(4)安放在燈光站(20)內(nèi)，雷達(dá)(2)的天線放在在燈光站屋頂上。
圖2激光前向下滑航道圖中，上圖是側(cè)視圖，下圖是俯視圖，ll'是激光器發(fā)出的激光束 6表示飛機(jī)著陸的下滑航道。
圖3激光前向下滑航道與飛機(jī)下滑航道相互關(guān)系圖中，激光在大氣傳輸?shù)膹?qiáng)度隨著距離 增大而衰減，當(dāng)強(qiáng)度衰減到國際民航組織附件14第5.3丄2.節(jié)規(guī)定當(dāng)激光輻射照度在 5xl(rSw/cr^以下為無激光光束區(qū)。氣象能見度(MOR)等于5000米，背景亮度550cd/m2， 照度視覺閾ET^l(^Lx條件下。激光線長度為8554米，它的高度為313米，這時(shí)飛機(jī)相應(yīng)高 度為479米。飛機(jī)下滑航道始終在激光下滑航道的上方，飛機(jī)沿著激光前向下滑航道上方飛 行就對(duì)準(zhǔn)了跑道，即給飛機(jī)提供了一個(gè)對(duì)準(zhǔn)跑道的方向。飛機(jī)在激光下滑航道上方166米高 度上飛行，當(dāng)飛機(jī)到達(dá)超遠(yuǎn)臺(tái)(9)上空時(shí)，飛機(jī)距離激光線的高度為153米。當(dāng)飛機(jī)到達(dá)遠(yuǎn) 臺(tái)(8)上空時(shí)，飛機(jī)距離激光線的高度為89米。當(dāng)飛機(jī)到達(dá)近臺(tái)(7)上空時(shí)，飛機(jī)距離激光 線的高度為42米，飛機(jī)距離激光線最小高度為31米。
實(shí)施例的工作流程是啟動(dòng)計(jì)算機(jī)(4)打開激光器(1)電源啟動(dòng)供電220V，約100至 150秒激光器(1)處于待命狀態(tài)(有弱激光束)，雷達(dá)電源啟動(dòng)供直流電24V，雷達(dá)(2)顯 示屏顯示倒計(jì)時(shí)90秒，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為零時(shí)，延時(shí)1至2秒給雷達(dá)供高壓，同時(shí)雷達(dá)開始工作， 預(yù)設(shè)定區(qū)域處于待命狀態(tài)，當(dāng)飛機(jī)在進(jìn)近著陸過程中，雷達(dá)顯示屏顯示出飛機(jī)的位置及動(dòng)態(tài)， 當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入雷達(dá)預(yù)設(shè)區(qū)時(shí)，雷達(dá)發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)(3)，控制系統(tǒng)接受信號(hào)在2秒鐘內(nèi)激 光器發(fā)射出強(qiáng)激光束，激光束在空中形成激光前向下滑航道，飛機(jī)沿著激光前向下滑航道方 向飛行，就對(duì)準(zhǔn)了機(jī)場跑道中心線，同時(shí)飛機(jī)始終在激光前向下滑航道的上方保持30米以上 高度飛行。當(dāng)飛機(jī)離開預(yù)設(shè)區(qū)域后延時(shí)300秒，由強(qiáng)激光束轉(zhuǎn)為弱激光束，此時(shí)，系統(tǒng)處于 待命狀態(tài)，這樣往復(fù)循環(huán)，直到夜航結(jié)束，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于航空界飛機(jī)安全著陸的助航系統(tǒng)。由激光器(1)、雷達(dá)(2)、綜合控制器(3)、計(jì)算機(jī)(4)組成。激光器(1)分別安裝在跑道頭(5)二端以外350米以內(nèi)的跑道中心延長線左右0.25米(10)內(nèi)。激光束發(fā)射仰角，根據(jù)機(jī)場條件在0.5至3度，激光束發(fā)射方向沿著跑道中心延長線的方向(11)，對(duì)于飛機(jī)處于進(jìn)近著陸過程中，激光束形成前向激光下滑航道。前向激光下滑航道始終在飛機(jī)保護(hù)區(qū)域的下限，即障礙物評(píng)價(jià)W面以下。
2. 按照權(quán)利要求1的激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)，其特征在于所說的激光器為氬離子激光器， 波長為(514、 488nm)，激光發(fā)散角《0.4毫弧度。
3. 按照權(quán)利要求2氬離子激光器的激光束穿透能力在光照度視覺閾ET-8xlO-7LX， 氣象光學(xué)視程(MOR) =1000米條件下，可見激光束在大氣中傳輸?shù)淖畲缶嚯x比當(dāng)時(shí)MOR 大6倍以上。
4. 按照權(quán)利要求1至3的激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)的使用方法如下啟動(dòng)計(jì)算機(jī)(4)打 開激光器(l)電源啟動(dòng)供電220V，約IOO至150秒激光器(1)處于待命狀態(tài)(有弱激光束)， 雷達(dá)電源啟動(dòng)供直流電24V，雷達(dá)(2)顯示屏顯示倒計(jì)時(shí)90秒，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為零時(shí)，延時(shí)1 至2秒給雷達(dá)供高壓，同時(shí)雷達(dá)開始工作，預(yù)設(shè)定區(qū)域處于待命狀態(tài)，當(dāng)飛機(jī)在進(jìn)近著陸過 程中，雷達(dá)顯示屏顯示出飛機(jī)的位置及動(dòng)態(tài)，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入雷達(dá)預(yù)設(shè)區(qū)時(shí)，雷達(dá)發(fā)出信號(hào)給控 制系統(tǒng)(3)，控制系統(tǒng)接受信號(hào)在2秒鐘內(nèi)激光器發(fā)射出強(qiáng)激光束，激光束在空中形成激光 前向下滑航道，飛機(jī)沿著激光前向下滑航道方向飛行，就對(duì)準(zhǔn)了機(jī)場跑道中心線，同時(shí)飛機(jī) 始終在激光前向下滑航道的上方保持30米以上高度飛行。當(dāng)飛機(jī)離開預(yù)設(shè)區(qū)域后延時(shí)300秒， 由強(qiáng)激光束轉(zhuǎn)為弱激光束，此時(shí)，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，這樣往復(fù)循環(huán)，直到夜航結(jié)束，關(guān)閉 計(jì)算機(jī)。
全文摘要
激光引導(dǎo)飛機(jī)著陸系統(tǒng)及使用方法是用于航空界飛機(jī)安全著陸的助航系統(tǒng)由激光器(1)、雷達(dá)(2)、綜合控制器(3)、計(jì)算機(jī)(4)組成。激光器(1)分別安裝在跑道頭(5)二端以外350米以內(nèi)的跑道中心延長線左右0.25米(10)內(nèi)。激光束發(fā)射仰角，根據(jù)機(jī)場條件在0.5至3度，激光束發(fā)射方向沿著跑道中心延長線的方向(11′)，對(duì)于飛機(jī)處于進(jìn)近著陸過程中，激光束形成激光前向下滑航道。激光前向下滑航道始終在飛機(jī)保護(hù)區(qū)域的下限，即障礙物評(píng)價(jià)W面以下。飛機(jī)在進(jìn)近、著陸過程中由儀表飛行，過渡到目視飛行的設(shè)備，在儀表飛行尚未進(jìn)入目視飛行時(shí)，提前給飛行員提供一個(gè)直觀的前向激光下滑航，引導(dǎo)飛機(jī)沿著激光下滑航道繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入決斷高度轉(zhuǎn)入目視飛行著陸過程時(shí)，特別是在復(fù)雜氣象條件下，遇到氣象陷阱時(shí)，繼續(xù)引導(dǎo)飛機(jī)沿著激光下滑航道前進(jìn)，以達(dá)到安全著陸。它有利于減輕飛行員心理與工作負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)安全著陸的信心，從而減少或避免復(fù)飛、返航頻率，對(duì)保證飛行安全和提高航班的正常率，起到了重要的作用。
文檔編號(hào)G01S17/06GK101295021SQ20071003984
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者嚴(yán)邦洪, 葉金庚, 瑜 宗, 李樹蓬, 李燎軍, 李燎原, 李燎紅, 王秋寶, 申春生, 紀(jì)人勝, 峰 蔣, 敏 鄭, 金明海 申請(qǐng)人:上海民航華東激光科技有限公司