專利名稱：指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)場的導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是指引飛行員辨認(rèn)跑道的激光信號系統(tǒng)。
在飛機(jī)的降落階段，常用的導(dǎo)航系統(tǒng)有儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、微波著陸系統(tǒng)(MLS)和距離測量系統(tǒng)(DME)等。但這些導(dǎo)航系統(tǒng)尚不能保證飛機(jī)完全可靠地盲降——這些系統(tǒng)哪怕只有微小的誤差，但在飛機(jī)降落過程中，細(xì)小的差錯(cuò)都可以導(dǎo)致事故。因此，一般在飛機(jī)下降到一定階段以后，就需要由飛行員憑目視操縱飛機(jī)，以實(shí)現(xiàn)安全降落。這樣對機(jī)場上的降落條件就有了一定的要求，特別是對于能見度的要求就非常嚴(yán)格，即必須保證飛行員在飛機(jī)下降到一定高度之前看到跑道。
類似地，爬升階段也需要一定的能見度。
因此，在大霧、大雨、大雪等天氣條件下，由于機(jī)場的能見度很低，僅靠上述系統(tǒng)，飛機(jī)的起降將非常困難。解決這一問題可以從兩個(gè)方面入手，一是提高自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，從而實(shí)現(xiàn)完全的盲降，這樣飛行員不需要看跑道，因而在大霧、大雨、大雪條件下仍能起降；二是不提高自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，但為飛行員提供一些額外的信號系統(tǒng)，使飛行員在大霧、大雨、大雪條件下仍能準(zhǔn)確地判斷跑道的位置，從而可以象平常一樣憑目視進(jìn)行降落。
為此，國內(nèi)外都曾有人提出過一些方案，這些方案中有大部分是著眼于提高自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。例如，美國專利4925303公開了一種方案在飛機(jī)上加裝激光光源和接收器，飛機(jī)上發(fā)射的激光射向跑道兩側(cè)，跑道兩側(cè)設(shè)有反射鏡，將激光反射回飛機(jī)上，經(jīng)接收處理即可得知飛機(jī)的距離、速度、高度、角度等的精確信息，從而可以輔助降落。又如申請?zhí)枮?5100843的中國專利公開了另一種方案根據(jù)任何物體都會(huì)發(fā)射一定波長的微波的原理，在飛機(jī)上加設(shè)微波接收天線陣列和信號處理系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)處理接收到的信號即可得到關(guān)于機(jī)場和跑道的圖象顯示于屏幕上，從而可以輔助飛機(jī)降落。
這些方案都需要在每架飛機(jī)上加裝復(fù)雜的設(shè)備，使飛機(jī)的改型、改造工作量很大，且有許多飛機(jī)并不適于加配新的設(shè)備。美國專利4925303還有跑道改建復(fù)雜、鏡面維護(hù)困難，大風(fēng)引起飛機(jī)振動(dòng)時(shí)無法使用等缺點(diǎn)。
另外，通常導(dǎo)航用的信號系統(tǒng)都用普通的可見光，這只適于無霧天氣的夜間導(dǎo)航，曾有美國專利5287104提出用激光作類似的信號系統(tǒng)，但由于激光是直接射向飛機(jī)，為避免傷害飛行員的眼睛，其強(qiáng)度不能太大，因此也只能用于無霧的天氣條件下。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明提出一種激光信號系統(tǒng)，讓飛行員在惡劣天氣條件下也能辨認(rèn)跑道，從而可以更簡單，更經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)讓飛機(jī)在大霧、大雨、大雪等條件下安全起降的目的。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的解決這一問題的方案是一種指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)，由放置于地面上的幾組激光系統(tǒng)(31)、(32)等組成，其特征是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)等所發(fā)出的激光或其中的一部分激光，分別在過跑道兩側(cè)線(21)、(22)或過平行于跑道兩側(cè)但距跑道側(cè)線(21)、(22)有適當(dāng)距離的直線、且垂直于跑道平面的兩個(gè)平面(71)、(73)內(nèi)各自形成一個(gè)照射區(qū)域，使飛機(jī)在起飛或降落時(shí)在飛機(jī)兩側(cè)各有一個(gè)被激光照射的豎直平面(71)、(73)，且使霧層或云層上有兩條由所述激光的散射光引起的直線狀光帶，該二光帶分別對應(yīng)于所述跑道的兩側(cè)線(21)、(22)。
由于有了這樣的信號系統(tǒng)，在飛機(jī)降落到接近云層或霧層的高度時(shí)，飛行員就可以看到在云層或霧層的表面上有兩條由激光光斑連成的光帶，光帶的正下方就是跑道兩側(cè)線(21)、(22)的位置。光帶是由于激光的散射光形成的，因此，當(dāng)激光的光強(qiáng)合適時(shí)，霧(或云)越濃光帶越亮。飛行員根據(jù)光帶的指示即可獲知跑道位置。當(dāng)飛機(jī)繼續(xù)下降到進(jìn)入霧層(或云層)中時(shí)，由于霧、云等對激光的散射，使飛機(jī)的兩側(cè)各出現(xiàn)一個(gè)“激光幕墻’(71)、(73)，飛行員只要保證飛機(jī)是在所述兩道“激光幕墻”(71)、(73)之間飛行即可保證不偏離跑道。
由于激光并不直接射向飛行員的眼睛，而是利用散射光，所以不會(huì)對飛行員造成傷害。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的總體示意圖。
圖2是實(shí)施例中指示跑道中軸線的激光設(shè)置示意圖。
圖3是實(shí)施例中兩側(cè)激光設(shè)置示意圖。
圖4a、4b是激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
見附圖1，示出了一種指引飛機(jī)起飛或著陸的激光信號系統(tǒng)，由放置于地面上的幾組激光系統(tǒng)(31)、(32)等組成，其特征是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)所發(fā)出的激光中的一部分激光，分別在過跑道兩側(cè)線(21)、(22)、且垂直于跑道平面的兩個(gè)平面(71)、(73)內(nèi)各自形成一個(gè)照射區(qū)域，使飛機(jī)在起飛或降落時(shí)在飛機(jī)兩側(cè)各有一個(gè)被激光照射的豎直平面(71)、(73)，且使霧層或云層上有兩條由所述激光的散射光引起的直線狀光帶，該二光帶分別對應(yīng)于所述跑道的兩側(cè)線(21)、(22)。
為了指示跑道的中軸線(23)，又特別設(shè)置了另外一套激光系統(tǒng)(40)，所述激光系統(tǒng)(40)安裝于偏離跑道起點(diǎn)有一定距離的地方(但在跑道中軸線(23)的延長線上)，也可以安裝于跑道的起點(diǎn)處；它所發(fā)出的光在過跑道中軸線(23)且垂直于跑道面的平面(72)內(nèi)形成一個(gè)扇形照射區(qū)域，由于霧等對激光的散射作用，使飛機(jī)在起飛或降落時(shí)在其前方有一個(gè)由激光散射光形成的“激光幕墻”(72)。
另外，在跑道兩側(cè)的激光系統(tǒng)(31)或(32)中至少有一個(gè)包含一組激光，在下滑面(74)或爬升面內(nèi)形成一個(gè)照射區(qū)域(但不射向飛行員的眼睛，這要靠其他導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助來實(shí)現(xiàn))，使飛機(jī)在下降或從地面升起時(shí)，在飛機(jī)的下方有一個(gè)被激光照射的傾斜平面，所述下滑面(74)或上升面分別指過飛機(jī)的下滑軌跡線的直線部分(51)或上升軌跡線的直線部分且與跑道平面的交線垂直于跑道的中心軸的平面。增加了這樣的方案之后，本激光系統(tǒng)需配合其他導(dǎo)航系統(tǒng)一起使用。
可見，激光系統(tǒng)(31)、(32)中的激光并非是單一方向照射的。如前述，由激光系統(tǒng)(31)、(32)發(fā)出的激光不但在平面(71)、(73)內(nèi)照射相成“激光幕墻”(71)、(73)，而且在平面(74)內(nèi)照射形成“激光幕墻”(74)。當(dāng)然，也可以將激光系統(tǒng)(31)、(32)設(shè)置成單一照射方向的，專門用于指示平面(74)或(71)、(73)，另設(shè)一組或兩組激光系統(tǒng)用于指示平面(71)、(73)或平面(74)。
見附圖2，為了方便其見，在豎直平面(72)中照射的激光分成三束(41)、(42)、(43)，分別由三個(gè)激光器發(fā)出，三束激光各自掃描的扇形區(qū)域角度約為30°。也就是說，所述用于指示跑道中軸線的激光系統(tǒng)(40)是由三個(gè)激光器構(gòu)成的激光組件。
實(shí)施例中，所有這些激光都用He-Ne激光，但顯然也可以采用其他激光。由于采用了激光，其光強(qiáng)大、單色性好，所以信號所達(dá)距離遠(yuǎn)且清晰無誤。
見附圖3，在本實(shí)施例中，還同時(shí)設(shè)有另外兩組激光系統(tǒng)(35)、(36)以較低的角度照射，使飛機(jī)處于拉平階段(52)時(shí)在其兩側(cè)仍有“激光墻幕”指示跑道兩側(cè)的位置。(飛機(jī)下降軌跡上有明顯不同的兩個(gè)階段固定傾斜角下滑階段即下降軌跡線的直線部分(51)和拉平階段(52))。
見附圖4a，激光系統(tǒng)(31)、(32)、(40)等由激光器(60)、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(61)、透鏡(62)和光欄(63)組成，由激光器(60)發(fā)出的激光通過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(61)被擴(kuò)束，然后通過透鏡(62)及光欄(63)使得一條細(xì)束的激光擴(kuò)展成寬束，從而形成一個(gè)扇形照射區(qū)域。
見附圖4b，激光系統(tǒng)(31)、(32)、(40)等由激光器(60)、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(61)、反射鏡(64)和反射鏡支撐架(圖中未示出)組成，所述支撐架可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述反射鏡(64)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡，使光束在空間掃描，形成一個(gè)30°的扇形照射區(qū)域。
權(quán)利要求
1.指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)，由放置于地面上的幾組激光系統(tǒng)(31)、(32)等組成，其特征是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)所發(fā)出的激光或其中的一部分激光，分別在過跑道兩側(cè)線(21)、(22)或過平行于跑道兩側(cè)但距跑道側(cè)線(21)、(22)有適當(dāng)距離的直線、且垂直于跑道平面的兩個(gè)平面(71)、(73)內(nèi)各自形成一個(gè)照射區(qū)域，使飛機(jī)在起飛或降落時(shí)在飛機(jī)兩側(cè)各有一個(gè)被激光照射的豎直平面(71)、(73)，且使霧層或云層上有兩條由所述激光的散射光引起的直線狀光帶，該二光帶分別對應(yīng)于所述跑道的兩側(cè)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)，其特征是有另一組激光系統(tǒng)(40)在過跑道中軸線(23)且垂直于跑道面的平面(72)內(nèi)形成一個(gè)扇形照射區(qū)域，使飛機(jī)在起飛或降落時(shí)在其前方有一個(gè)被激光照射的豎直平面(72)；也有另外一組激光，可以是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)中的部分激光，在下滑面(74)或爬升面內(nèi)形成一個(gè)照射區(qū)域，使飛機(jī)在下降或從地面升起時(shí)，在飛機(jī)的下方有一個(gè)被激光照射的傾斜平面，所述下滑面(74)或上升面分別指過飛機(jī)的下滑軌跡線的直線部分(51)或上升軌跡線的直線部分且與跑道平面的交線垂直于跑道的中心軸的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)，其特征是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)、(40)等包括激光器(60)、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(61)、透鏡(62)和光欄(63)等組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指引飛機(jī)起降的激光信號系統(tǒng)，其特征是所述激光系統(tǒng)(31)、(32)、(40)等包括激光器(60)、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(61)、反射鏡(64)和反射鏡支撐架等組件，所述支撐架可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述反射鏡(64)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)場信號系統(tǒng),特別是指引飛行員辨認(rèn)跑道的激光信號系統(tǒng)。由放置于機(jī)場跑道或其附近的幾組激光系統(tǒng)組成。所述激光分別射向特定的區(qū)域,在霧(或雨、雪、云)上表面形成“激光光帶”,在霧(或雨、雪、云)中形成“激光幕墻”,從而指示飛行員準(zhǔn)確判斷機(jī)場跑道的位置,以實(shí)現(xiàn)在大霧、大雨等不利天氣條件下的起飛和降落。也可作為其他導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)。
文檔編號B64D45/08GK1173449SQ9710983
公開日1998年2月18日 申請日期1997年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月29日
發(fā)明者宋世鵬, 焦樹良, 江耀純, 張薇 申請人:深圳奧沃國際科技發(fā)展有限公司