CN101295021A - 激光引导飞机着陆***及使用方法 - Google Patents

Abstract

激光引导飞机着陆***及使用方法是用于航空界飞机安全着陆的助航***由激光器(1)、雷达(2)、综合控制器(3)、计算机(4)组成。激光器(1)分别安装在跑道头(5)二端以外350米以内的跑道中心延长线左右0.25米(10)内。激光束发射仰角，根据机场条件在0.5至3度，激光束发射方向沿着跑道中心延长线的方向(11′)，对于飞机处于进近着陆过程中，激光束形成激光前向下滑航道。激光前向下滑航道始终在飞机保护区域的下限，即障碍物评价W面以下。飞机在进近、着陆过程中由仪表飞行，过渡到目视飞行的设备，在仪表飞行尚未进入目视飞行时，提前给飞行员提供一个直观的前向激光下滑航，引导飞机沿着激光下滑航道继续前进。当飞机进入决断高度转入目视飞行着陆过程时，特别是在复杂气象条件下，遇到气象陷阱时，继续引导飞机沿着激光下滑航道前进，以达到安全着陆。它有利于减轻飞行员心理与工作负担，增强安全着陆的信心，从而减少或避免复飞、返航频率，对保证飞行安全和提高航班的正常率，起到了重要的作用。

Description

激光引导飞机着陆***及使用方法

所属技术领域

本发明涉及飞机在进近、着陆过程中，飞机到达近台上空附近的决断高度以前，由仪表飞行过渡到目视飞行的设备，是用于航空界保证飞机安全着陆的引导***。

背景技术

本项目的主要发明人，于1995年11月8日发明的“激光助航***及其使用方法”主要在机场主降跑道头以外的跑道边界灯延长线上，并距跑道头一定距离两侧分别安装两台激光器，激光束沿跑道边界灯延长线向飞机下滑着陆的反方向发射二束激光束。在实际飞行中，两根激光线间距太大，当飞机距离某一根激光线较近时，另一根激光线不宜发现，所以，往往出现飞行员只看到一条激光线的情况，由于五边较短，在夜航或复杂气象条件下，对飞行员五边航迹及飞机位置的判断和保持不利。

发明内容

为了避免现有的沿跑道边界灯延长线向飞机下滑着陆的反方向发射二束激光束间距太大，当飞机距离某一根激光线较近时，另一根激光线不宜发现，对飞行员五边航迹及飞机位置的判断和保持不利。本发明是将激光器安装在跑道二端中心延长线上，激光器安装在跑道中心延长线上，与进近灯光保持一致，更符合使用进近灯光的***得到了较大程度的提高。

本发明的目的是：重大飞行事故，大多数是在飞机处于进近着陆过程中发生的，特别是遇到复杂气象条件下形成的气象陷阱，即水平能见度符合机场运行最低标准，但是，机长在进近着陆过程中，实际上看到的斜视能见度很差，不能在决断高度上及时发现和对准机场跑道时，容易造成重大飞行事故。激光引导飞机着陆***主要是在仪表飞行尚未进入目视飞行时，提前给飞行员提供一个直观的前向激光下滑航，引导飞机沿着激光下滑航道继续前进。当飞机进入决断高度转入目视飞行着陆过程时，特别是在复杂气象条件下，遇到气象陷阱时，继续引导飞机沿着激光下滑航道前进，以达到安全着陆。增加了机场保障飞行安全的设施，提高了机场安全保障条件，有利于减轻飞行员心理与工作负担，增强安全着陆的信心，从而减少或避免复飞、返航频率，对保证飞行安全和提高航班的正常率，起到了重要的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：激光器布局在跑道中心延长线上，形成的激光前向下滑航道的依据如下：

1.激光束具有很好的方向性和单色性，很高的激光能量集中在很小的发散度以内，它在大气中的传输具有独特的特点，根据电磁波的Mie散射理论，大气中的气溶胶和雾等散射粒子具有高度不对称的散射相函数。前向散射相函数远远大于后向散射相函数，对于较大的雾粒子可大于5个数量级。激光引导飞机着陆***正是利用了激光在大气中传输的特性，并按照国际民航组织有关飞行、航管、机场净空等法规和规章制度，在机场跑道端合理布局激光引导飞机着陆***，组成激光前向下滑航道。

2.由于激光器安装在跑道中心延长线上，激光束与飞机的航迹所形成的夹角更小，更容易使飞行员发现激光前向下滑航道。同时与飞行员使用进近灯光的习惯保持一致。

3.飞机在进近着陆过程中主要是在跑道中心延长线上的空域活动，因此，在跑道中心延长线上安装激光器，已解决了关键性技术如下：

保护飞行员眼睛安全的方法。

合理选择激光器的技术参数指标的方法。

以上二个方法主要涉及到柯什密得(Koschmieder)定律、阿拉德(Allard)定律和激光在大气传输中的基本理论以及能见度的基本理论等。

本发明由激光器和控制***组成。激光器(1)分别安装在跑道头(5)二端以外350米以内的跑道中心延长线左右0.25米以内，安装一台或数台激光器。激光束发射仰角，根据机场条件在0.5至3度，激光束发射方向沿着跑道中心延长线的方向，对于飞机处于进近着陆过程中，激光束形成激光前向下滑航道。激光前向下滑航道始终在飞机保护区域的下限，即障碍物评价W面以下。所说的控制***由雷达(2)、综合控制器(3)以及计算机(4)组成，控制***安装在机场灯光站内或相关位置。

目前，激光器种类繁多，均可选用。但对于白昼视觉来说，眼睛的相对光视效能随入射光的波长不同而变化。就可见光谱中的每个波长中，对于白昼视觉它对应于555nm，这一波长的光视效能达最大值。对于夜间视觉来说，这种视觉可认为是微光视觉(引起视网膜杆而不是中央凹的障碍的视觉)，其最大光效率所对应的波长为507nm。从激光的波长和激光器的稳定性、可靠性、连续工作的时间等综合因素，选用了氩离子激光器或半导体激光器。激光器的激光束穿透能力：在光照度视觉阈E_T＝8×10^-7L_x，气象光学视程(MOR)＝1000米条件下，可见激光束在大气中传输的最大距离比当时MOR大6倍以上。

本发明的使用方法如下：当飞机在进近着陆过程中，雷达显示屏上显示出飞机的位置及动态，当飞机进入雷达预设区时，雷达发出信号给控制***，然后激光器开始工作，并发出激光束在空中形成激光前向下滑航道。飞行员在当时能见度2至7倍的距离看见激光前向下滑航道，飞机沿着激光前向下滑航道的方向飞行就对准了机场跑道中心线。同时飞机始终在激光前向下滑航道的上方保持30米以上距离较为直观的飞行，保证了飞机安全着陆。飞机落地后，激光器处于待机状态，这样往复循环，直至机场夜航航班结束，激光器停止工作。

经地面试验、低于机场运行最低标准的飞行试验和航班实际飞行证明，激光引导飞机着陆***具有以下积极效果：

(1)可以提高能见度2至7倍。在复杂气象条件下，飞行员首先发现激光下滑航道，然后才发现进近灯光和跑道灯光，提前给飞行员提供一个直观的激光前向下滑航，引导飞机沿着下滑航道继续前进，就对准了跑道中心线，便可安全着陆。

(2)保证飞行安全，提高航班正常率。激光前向下滑航道不但可预先提供跑道中心线位置，同时可以提供一个参考下滑坡度，比机场进近灯光距离着陆过程中的飞机更近，飞机始终在激光下滑航道上方保持30米以上的高度，有利于飞行员的操纵和判断，飞行员通过跑道中心延长线上的激光下滑航道对飞行航迹和飞机位置的判断较为直观，特别是在飞机偏离的情况下，和激光线形成夹角时，只要修正飞行，对准激光线就对准了跑道中心线，减轻飞行员心理与工作负担，增强安全着陆的信心，从而减少或避免复飞、返航频率，对保证飞行安全和提高航班的正常率，起到了重要的作用，具有重大的社会效益和经济效益。

(3)解决气象陷阱带来的危害。当飞机进入决断高度转入目视飞行着陆过程时，特别是在复杂气象条件下，遇到气象陷阱时，即水平能见度符合机场运行最低标准，但是，机长在进近着陆过程中，实际上看到的斜视能见度很差，不能在决断高度上及时发现和对准机场跑道时，就容易发生飞行事故或复飞、返航。此时，使用激光引导飞机着陆***，就可以达到安全着陆。

(4)代替900米进近灯光作用。当新建、改建、扩建机场时，如机场跑道端外遇到海洋、江河、山区等复杂地形时，要修建900米进近灯光代价很大。此时，采用激光引导飞机着陆***与机场简易灯光配合，可以起到900米进近灯光的作用，减少了基本建设的投资。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的框图。

图2是本实施例的激光前向下滑航道图。

图3是本实施例的激光前向下滑航道与飞机下滑航道相互关系图。

由图1看出本发明由激光器(1)、雷达(2)、综合控制器(3)、计算机(4)组成。实施例中激光器为氩离子激光器或半导体激光器，激光束穿透能力，在光照度视觉阈E_T＝8×10^-7L_x，气象光学视程(MOR)＝1000米条件下，可见激光束在大气中传输的最大距离比当时MOR大2至7倍。激光器(1)分别安装在跑道头(5)二端以外350米以内的跑道中心延长线左右0.25米(10)内。激光束发射仰角，根据机场条件在0.5至3度，激光束发射方向沿着跑道中心延长线的方向(11′)，对于飞机处于进近着陆过程中，激光束形成激光前向下滑航道。激光下滑航道始终在飞机保护区域的下限，即障碍物评价W面以下。综合控制器(3)、计算机(4)安放在灯光站(20)内，雷达(2)的天线放在在灯光站屋顶上。

图2激光前向下滑航道图中，上图是侧视图，下图是俯视图，11′是激光器发出的激光束6表示飞机着陆的下滑航道。

图3激光前向下滑航道与飞机下滑航道相互关系图中，激光在大气传输的强度随着距离增大而衰减，当强度衰减到国际民航组织附件14第5.3.1.2.节规定当激光辐射照度在5×10^-8W/cm²以下为无激光光束区。气象能见度(MOR)等于5000米，背景亮度≤50cd/m²，照度视觉阈E_T＝10^-6L_x条件下。激光线长度为8554米，它的高度为313米，这时飞机相应高度为479米。飞机下滑航道始终在激光下滑航道的上方，飞机沿着激光前向下滑航道上方飞行就对准了跑道，即给飞机提供了一个对准跑道的方向。飞机在激光下滑航道上方166米高度上飞行，当飞机到达超远台(9)上空时，飞机距离激光线的高度为153米。当飞机到达远台(8)上空时，飞机距离激光线的高度为89米。当飞机到达近台(7)上空时，飞机距离激光线的高度为42米，飞机距离激光线最小高度为31米。

实施例的工作流程是：启动计算机(4)打开激光器(1)电源启动供电220V，约100至150秒激光器(1)处于待命状态(有弱激光束)，雷达电源启动供直流电24V，雷达(2)显示屏显示倒计时90秒，当倒计时为零时，延时1至2秒给雷达供高压，同时雷达开始工作，预设定区域处于待命状态，当飞机在进近着陆过程中，雷达显示屏显示出飞机的位置及动态，当飞机进入雷达预设区时，雷达发出信号给控制***(3)，控制***接受信号在2秒钟内激光器发射出强激光束，激光束在空中形成激光前向下滑航道，飞机沿着激光前向下滑航道方向飞行，就对准了机场跑道中心线，同时飞机始终在激光前向下滑航道的上方保持30米以上高度飞行。当飞机离开预设区域后延时300秒，由强激光束转为弱激光束，此时，***处于待命状态，这样往复循环，直到夜航结束，关闭计算机。

Claims (4)

1.一种用于航空界飞机安全着陆的助航***。由激光器(1)、雷达(2)、综合控制器(3)、计算机(4)组成。激光器(1)分别安装在跑道头(5)二端以外350米以内的跑道中心延长线左右0.25米(10)内。激光束发射仰角，根据机场条件在0.5至3度，激光束发射方向沿着跑道中心延长线的方向(11)，对于飞机处于进近着陆过程中，激光束形成前向激光下滑航道。前向激光下滑航道始终在飞机保护区域的下限，即障碍物评价W面以下。

2.按照权利要求1的激光引导飞机着陆***，其特征在于所说的激光器为氩离子激光器，波长为(514、488nm)，激光发散角≤0.4毫弧度。

3.按照权利要求2氩离子激光器的激光束穿透能力：在光照度视觉阈ET＝8×10-7LX，气象光学视程(MOR)＝1000米条件下，可见激光束在大气中传输的最大距离比当时MOR大6倍以上。

4.按照权利要求1至3的激光引导飞机着陆***的使用方法如下：启动计算机(4)打开激光器(1)电源启动供电220V，约100至150秒激光器(1)处于待命状态(有弱激光束)，雷达电源启动供直流电24V，雷达(2)显示屏显示倒计时90秒，当倒计时为零时，延时1至2秒给雷达供高压，同时雷达开始工作，预设定区域处于待命状态，当飞机在进近着陆过程中，雷达显示屏显示出飞机的位置及动态，当飞机进入雷达预设区时，雷达发出信号给控制***(3)，控制***接受信号在2秒钟内激光器发射出强激光束，激光束在空中形成激光前向下滑航道，飞机沿着激光前向下滑航道方向飞行，就对准了机场跑道中心线，同时飞机始终在激光前向下滑航道的上方保持30米以上高度飞行。当飞机离开预设区域后延时300秒，由强激光束转为弱激光束，此时，***处于待命状态，这样往复循环，直到夜航结束，关闭计算机。

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