Пристрій для попередження зіткнень літальних апаратів

Изобретение о т н о с и т с я к а в т о м а тическим системам для предупреждения столкновений на воздушном т р а н с п о р т е и может быть использовано для повышения б е з о п а с н о с т и п о л е т о в . Целью и з о б ретения я в л я е т с я повышение информативности у с т р о й с т в а з а с ч е т выдачи э к и пажу информации о взаимном расположении и движении летательных а п п а р а т о в (ЛА) внутри контролируемой зоны. Высотомер 13 измеряет высоту п о л е т а JIA и в с о о т в е т с т в и и с ней через моду лятор 6 управляет частотой генератора 4. Колебания, генерируемые генератором 4, излучаются в один из четырех интервалов времени, выбираемых по случайному закону распределителем 1 импульсов. Длительность излучаемого с частотой генератора 4 импульса определяется номером интервала, выбираемого распределителем 1» На конфликтующем Л разкоимпульс принимается анА тенной 10 и через блок 11 привода антенны н приемник 12 поступает в блок временной и частотной селекции. Если частота принятого импульса совпадает с высотой полета конфликтующего ЛА, а его длительность соответствует текущему интервалу времени, то Л считаА і ется потенциально опасным. В блоке 14 селекции измеряется относительная скорость Л и расстояние до него, А после чего в случае приближения потенциально опасного Л включается А соответствующая звуковая сигнализация. 1 з . п . ф~лы, 8 ил. С СП к р/о(п$етчику Сс СО 9-90 1549373 Изобретение относится к автоматическим системам для предупреждения столкновений на воздушном транспорте И может быть использовано для повышения безопасности полетов. Целью изобретения является повышение информативности устройства за счет выдачи экипажу информации о взаимном расположении и движении летательных 10 аппаратов (ЛА) внутри зоны, контролируемой устройством. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 функциональная схема распределителя 15 импульсов; н а фиг. 3 - функциональная схема модулятора; на фиг. 4 - функциональная схема блока временной и частотной селекции; на фиг. 5 - функциональная схема блока селекции ЛА 20 по дальности и скорости движения и блока звуковой сигнализации; на фиг.6-8 - временные диаграммы,поясняю- щие работу устройства. Устройство содержит распределитель 25 1 импульсов, блок 2 временной и частотной селекции, генератор 3 опорной «астоты, генератор 4 несущей частоты, манипулятор 5, модулятор 6, блок 7 отображения информации, усилитель 8, 30 передающую антенну 9, приемную антенну 10, блок 11 привода антенны, приемник 12, высотомер 13, блок 14 селекции ЛА по дальности и скорости сближения, блок 15 звуковой сигнали35 зации, формирователь 16 случайной последовательности импульсов, дешифратор 17, счетчик 18, ключи 19-23, мультивибраторы 24-27, элемент ИЛИ 28, мультивибратор 29, дешифратор 30, мультивибраторы 31 - 34, элемент ИЛИ 40 35, элемент И 36, одновибратор 37, делитель 38 частоты, формирователь 39 импульсов, счетчик 40, ключ 41, генератор 42 синусоидальных колебаний, элемент 43 задержки, смеситель 44, ам- 45 плитудный детектор 45, элемент 46 задержки, элемент И 47, генератор 48 счетных импульсов, элемент 49 сравнения, счетчики 50 и 51, элементы И 52 и 53, частотные детекторы 54 и 55, 50 компаратор 56, мультивибратор 57, элемент 58 задержки, триггер 59, мультивибраторы 60 и 61, элемент 62 задержки, элемент И-НЕ 63, элемент И 64, элемент И-НЕ 65, элемент И 66, 55 элементы ИЛИ 67 и 68, элемент И-НЕ 69, элемент И 70, элемент НЕ 71, элемент И 72, элемент ИЛИ 73, элементы И 4 74 и 7 5 , пороговый элемент 76, смеситель 77, мультивибратор 78, ключ 79, элемент 80 задержки, частотный детектор 8 1 , элемент И 82, мультивибраторы 83 и 84, звуковой генератор 85, источник 86 з в у к а , элемент НЕ 87, элемент И 88, мультивибратор 89, э л е мент 90 согласования. Распределитель 1 импульсов предназначен для формирования четырех высокостабильных временных интервалов, . начало каждого из которых жестко привязано к оси времени на всех ЛА, с присвоением отличительного признака каждому из них и обеспечением передачи информационного сигнале в одном из временных интервалов цикла, выбираемого по случайному закону. Блок 2 временной и частотной с е лекции предназначен для выделения импульсов, передаваемых с ЛА, находящихся в конфликтной по высоте и дальности зоне с данным ЛА. Блок 14 предназначен для селекции сигналов принятых с ЛА и формирования управляющих импульсов для изображения на экране блока 7 отображения информ мации летательных аппаратов с цветовым отличием, зависящим от скорости сближения и расстояния до них. Устройство работает следующим образом. Генератор 3 опорной частоты формирует высокостабильные колебания, синхронизирующие колебания генератора 4 несущей частоты и распределителя 1 импульсов (фиг. 2 ) . Формирователь 16 случайной последовательности импульсов распределителя 1 импульсов вырабатывает импульсы (фиг, 6 , 6 ) , частота следования которых изменяется по случайному закону. В момент времени tf , соответствующий появлению переднего фронта импульса четвертого временного интервала цикла (фиг. 6 , в ) , на одном из выходов дешифратора 17 фиксируется состояние счетчика 18, при этом ключ 19 размыкается, а ключи 20-23 замыкаются. Счет импульсов прекращается и на одном из выходов дешифратора 17 в зависимости от состояния счетчика 18 формируется импуль с, з anyекающий с оо тве т с тв ующий мультивибратор, например мультивибратор 24. Длительность импульсов , вырабатываемых мультивибраторами 2427 различна. Так, мультивибратор 24 вырабатывает импульс (фиг. 6 , з ) , дли 5 1549373 ты (фиг. 1) во второй части импульса которого t . — t 4 меньше велительность каждого временного интервала (фиг.6,, на некоторую постоянную чины 1 4 — t н , о , п , р ) , В свою очередь частота т ;овеличину с , т . е . меньше длительности лебаний генератора 42 синусоидальных одного временного интервала формиколебаний (фиг. 3) пропорцией? зьна рователя 39 импульсов на &t. Мультивысоте полета данного ЛА. Информация вибратор 25 - меньше на &t длительо высоте полета поступает с выхода ности двух (фиг. 6, и ) , мультивибравысотомера 13 (фиг. 1 ) . Поэтому на тор 26 - меньше на Д,Ь длительности трех (фиг. 6,к) и мультивибратор 2 7 - 10 выходе манипулятора к формируется радиоимпульс, первая часть которого меньше длительности четырех временне модулирована ( t H на фиг, 7 ) , втоных интервалов (фиг. 6,л) на время рая - модулирована частотой {tM на &t. Через элемент ИЛИ 28 задним фронф и г . 7 ) , зависящей от высоты полета. том одного из импульсов (фиг. 6 , 3 , и , к , л ) запускается мультивибратор 29, 8 целом длительность импульса несет инвыполняющий функции формирователя имформаДию об отличительном признаке пульса (фиг. 6 , м ) , разрешающего переномера временного интервала, в котодачу в соответствующем временном инром происходит его формирование. Татервале. Поскольку состояние счетчиким образом, поскольку появление разка 1 8 в каждый момент времени опреде- 20 решающего импульса (фиг. 6,,м) на выляется случайным образом, то и выбор ходе мультивибратора (фиг. 2) происмоментов запусков мультивибраторов ходит в одном из временных интервалов 24-27, а следовательно и мультивибрацикла по случайному закону» то и петора 29, происходит по случайному з а редача информационного импульса прокону в каждом временном цикле. Для 25 исходит в одном из временных интерваприсвоения отличительного признака лов цикла, выбираемых по случайному , каждому временному интервалу импульзакону. Одновременно импульс с выхосы с выходов дешифратора 30 поочередда элемента ИЛИ 35 распределителя 1 но запускают мультивибраторы 31-34, импульсов (фиг. 1) запускает развертвырабатывающие импульсы различной ку дальности блока 7 отображения индлительности ( ф и г . 6 , н , о , п , р ) t в кото- 30 формации и поступает на первый вход рых заложена информация о номере вреблока 2 временной и частотной селекменного интервала. Эти импульсы через ции. элемент ИЛИ 35 поочередно поступают на элемент И 36, на второй вход котоИмпульс на выходе манипулятора 5 рого подается разрешающий импульс с 35 усиливается в усилителе 8 и передаетвыхода мультивибратора 29 ( ф и г . 6 , м ) , ся с помощью ненаправленной антенны длительность которого выбирается н е 9 (фиг. 1 ) . сколько больше максимальной длительНа конфликтующем с данным ЛА возности импульса, вырабатываемого мульдушном судне переданный импульс притивибратором 34. 40 нимается направленной антенной 10 и через блок 11 привода антенны и приемник 12 поступает на второй вход При наличии на первом входе э л е блока 2 временной и частотной селекмента И 36 импульса (фиг, 6,м) с выции, С другого выхода блока 11 привохода элемента ИЛИ 35 через элемент И 36 на манипулятор 5 (фиг. О поступа- 45 да антенны информации об угловом положении антенны постоянно поступает ет импульс (фиг. 6 , с ) , длительность в блок 7 отображения информации и упкоторого соответствует номеру в р е равляет в нем азимутальной развертменного интервала, в котором он сфоркой. мирован. Передним фронтом импульс 50 (фиг. 6,с) запускает одновибратор 37, В блоке 2 временной и частотной который вырабатывает импульс „ селекции сигнал с выхода приемника 12 (фиг. 6,т) длительностью, равной пов виде радиоимпульса, начальная часть ловине самого короткого импульса которого заполнена немодулированной (фиг. 6 , н ) . Импульс (фиг. 6,т) упчастотой, а остальная часть модулироравляет работой ключа 41 модулятора 6 55 вана частотой, зависящей от высоты (фиг. 3) ,который подключает генератор 42 полета ЛА, передавшего радиоимпульс, синусоидальных колебаний к реактивному поступает на входы элемента 43 з а элементу генератора 4 несущей частодержки ( ф и г . 4 ) , смесителя 44 и амплиі 7 8 1549373 тудного детектора 45. При этом длительность принятого радиоимпульса определяет номер временного интервала, в котором производилась передача. С выхода амплитудного детектора 45 сигнал в'виде прямоугольного импульса поступает на элемент 46 задержки, элемент И 47, к другому входу которого подаются'счетные импульсы от гене- .„ Ратора 48, а также соответствующий вход элемента 49 сравнения и вход обнуления счетчика 50. Счетчик 50, сброс которого осуществляется передним фронтом импульса с выхода ампли- , тудного детектора 45, фиксирует число счетных импульсов, поступивших с выхода элемента И 47, за время, равное длительности принятого видеоимпульса. 20 Следовательно, состояние счетчика 50 зависит от номера временного интервала, в котором происходила передача информационного сигнала ЛЭ, находящегося в зоне приема. Состояние счетчи- 25 ка 51, сброс которого производится передним фронтом импульса элемента ИЛИ 35 распределителя 1 импульсов, определяется номером временного интервала, в котором происходит прием -р э сигнала. Временные интервалы формируются на всех ЛА строго синхронно, а длительность временного интервала выбирается из расчета приема сигнала на границе конфликтной зоны. Выделяя из принятых сигналов только те, которые переданы и приняты в одном и том же временном интервале, определяют наличие конфликтной ситуации. При этом равным длительностям импульсов, поступающих на элементы И 47 и 52, соответствуют одинаковые состояния счетчиков 50 и 51, а это свидетельствует о том, что эти импульсы сформированы в одном временном интервале и, &t. следовательно, ЛА, передающий сигнал, находится по удалению в радиусе действия устройства, задержки служит для задержки видеоимпульса с выхода амплитудного детектора 45 на время, необходимое на операцию сравнения кодов счетчиков 50 и 51 и выработку управляющего импульса элементом 49. Состояние по второму входу элемента И 53 зависит от частоты модуляции, а следовательно, и высоты полета относительного конфликтующего ЛА. Для выделения частоты модуляции принятого радионм- . пульса используются элемент 43 задержки и смеситель 44. Их использование обусловлено тем, что на частоту заполнения радиоимпульса значительное влияние оказывает доплеровский сдвиг частоты, так как относительные скорости между ЛА могут достичь двух и более тыс. километров в час, а несущая частота составляет около 10 ГГц. Частота заполнения первой части принятого радиоимпульса равна f =f + f где f - частота принятого сигнала в немодулированнои части импульса; fo - частота передатчика; fa. ~ Доплеровский сдвиг частоты (+ при сближении). Вторая часть принятого радиоимпульса (модулированная) имеет частоту где fM - частота модуляции, з а в и с я щая от высоты полета. Такой сигнал поступает на входы смесителя 44 и элемента 43 задержки, величина задержки которого равна длительности первой части импульса ( t ( ) на фиг. 7 ) . На выходе смесителя 44 получим частоту Выходной сигнал, частота которого зависит от высоты полета ЛА, передавшего информацию, поступает на частотный детектор 54. Величина постоянного напряжения частотного детектора 54 на выходе определяется значением частоты В этом случае элемент 49 сравне-ffM входного сигнала, а следовательно, ния при поступлении заднего фронта и высотой полета ЛА, передавшего раимпульса с выхода амплитудного детек- 50 диоимпульс, Аналогичным образом протора 45 вырабатывает управляющий имисходит преобразование частоты сигнапульс, поступающий на вход элемента л а , поступающего с генератора 42 И 53, который при наличии такого им(фиг. 3) синусоидальных колебаний собпульса на своем втором входе разрешаственного ЛА, с помощью частотного 55 детектора 55. Постоянные напряжения, ет передачу видеоимпульса с выхода соответствующие высотам полета ЛА, с ам плитудн о го де те кто ра 45 че ре з элевыходов чгстотных детекторов 54 и 55 мент 46 задержки на соответствующий подаются на соответствующие входы комвход блока 14. При этом элемент 46 10 1549373 паратора 56 напряжения, который запуской 1 (фиг. 8,в), на выходе элеменкает мультивибратор 57, формирующий та И 66 - уровень логического "О1 управляющий импульс для элемента И 53. (фиг. 8 , г ) , через элементы 67 6 8 , 7 1 , Это происходит только в том случае, 72,73,74 формируется управля-^дий имесли ЛА, передавший радиоимпульс, пульс (фиг. 8,е) и через элементы 69, находится в конфликтной зоне по высо70 ~ импульс (фиг,8*д) для высветки те полета относительно защищаемого. метки желтым цветом. При опасном расстоянии между ЛА ка выходе эпеменТаким образом, наличие конфликтной той 64,66 - уровни логической И 1 " ситуации по удалению определяется в 10 (фиг. 8 в , г ) , через элементы 67,^8, блоке 2 временной и частотной селек( 73,75 и 74 формируется управляющий ции путем сравнения принятого и собкмпульс (фиг. 8,е) для высветки метственного импульсов, соответствующих ки красным цветом, на выходе элемента определенным временным интервалам. И 70 Дфитч 8,д) при этом - уровень Определение относительной высоты полета ЛА, находящегося в зоне приема, 15 логического " 0 " . происходит путем сравнения частоты Аналогично вырабатываются управмодуляции принятого сигнала с собстляющие №4пульсы при скорости сближевенным, поступающим от модулятора 6, ния меньше средней, Средней и больше При наличии конфликтной ситуации по средней для высветки мотки зеленым, 20 удалению и высоте сигнал с элемента желтым и красными цветами соответстИ 53 поступает на вход блока 14 венно. (фиг, 1 ) , который в зависимости от При этом логические уровни в завиудаления и скорости сближения форсимости от скорости сближения формимирует управляющие импульсы для оторует пороговый элемент 76. Смеситель бражения на экране блока 7 отображе77 выделяет доплеровский сдвиг частония информации ЛА с цветовым различиты немодулированнои части радиоимем, звуковой сигнализации в блоке 15 пульса относительно частоты генераИ передачРй информации об опасном тора 4 (фиг. 1 ) . Мультивибратор 78 сближении службе управления движения формирует импульс, равный длительнос30 с помощью радиоответчика. ти немодулированнои части радиоимпульса, и обеспечивает открытие ключа С выхода распределителя 1 импуль79 на это время. Через элемент 80 сов в каждом временном интервале в задержки выделенная доплеровская часблоке 14 селекции ЛА (фиг, 5) на элетота поступает на частотный детектор мент 58 задержки поступают импульсы 8 1 , напряжение на выходе которого за(фиг. 8 , а ) , которые переводят тригвисит от частоты и поступает на порогер 59 в состояние логической " I м говый элемент 76. Элементы 58,62 и 80 на прямом выходе. Одновременно запусзадержки задерживают соответствующие каются мультивибраторы 60 и 61 , формисигналы для одновременного их поступрующие импульсы, длительность которых ления на элементы И 70 и 74 с элесоответствует опасному и конфликтному мента И 53 блока 2 и с элементов 69 расстояниям, и 73. С выхода блока 2 временной и частоти ой селе кции че ре з элемен т з аде ржЕсли метка высвечивается зеленым ки поступают импульсы (фиг. 8,6),, цветом, то звуковая сигнализация не переводящие триггер 59 в состояние лоработает, если желтым - то в блоке 15 гического "О" на прямом выходе. При звуковой сигнализации через элемент этом, если расстояние между ЛА больше іИ 82, мультивибратор 83, обеспечиконфликтного на выходах (фиг. 8 , в , г ) , вающий заданную длительность сигнала, через элементы II—НЕ 63, И 64, И-НЕ 65 мультивибратор 84, обеспечивающий и И 66 формируются уровни логического прерывистый сигнал, звуковой генера" О " , которые через элементы ИЛИ 67 тор 85 и источник 86 звука экипаж и 68, И-НЕ 69 и И 70 при наличии предупреждается прерывистым звуковым разрешающего импульса (фиг. 8,ж) с сигналом. блока 2 формируют управляющий импульс Если меїтка высвечивается красным (фиг. 8,д) для высветки на индикатоцветом, то через элементы 87,88 ре блока 7 метки зеленым цветом. мультивибратор 89, звукозой генераЕсли расстояние конфликтное, ка вытор 85 через источник 86 звука экиходе элемента И 64 - уровень логичеспаж предупреждается непрерывным зву 11 1549373 ! 2 1. Устройство для предупреждения столкновений летательных аппаратов, содержащее высотомер, выход которого 15 соединен с информационным входом модулятора, первый выход которого подключен к входу управления генератора несущей частоты, первый выход которо-і го соединен с информационным входом 20 манипулятора, выход которого через усилитель подключен к входу передающей антенны, генератор опорной частоты, выход которого соединен с входом синхронизации генератора несущей час25 тоты и входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен с входом управления манипулятора, второй - с входом управления модулятора, третий - с первым входом блока отображения информации и с первым входом блока временной и частотной селекции, второй выход модулятора соединен с вторым входом блока временной и частотной селекции, приемная антенна со дами блока селекции летательных аппаратов по дальности и скорости сближения, третий выход распределителя импульсов соединен с четвертым входом блока селекции летательных аппаратов по дальности и скорости сближения, второй выход генератора несущей частоты подключен к пятому входу блока с е лекции летательных аппаратов по дальности и скорости сближения. 2. Устройство по п. ^ о т л и ч а ю щ е е ся тем, что блок с е лекции летательных аппаратов по дальности и скорости сближения содержит три элемента задержки, т р и г г е р , три мультивибратора, три элемента И-НЕ, семь элементов И, три элемента ИЛИ, элемент НЕ, пороговый элемент, частотный детектор, ключ и смеситель, первый и второй входы смесителя являются соответственно первыми и пятым входами блока, выход смесителя соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого подключен к входу частотного д е т е к т о р а , выход которого соединен с входом порогового элемента, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход к о торого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к первому входу третьего единена с блоком привода антенны, п е р - " вый выход которого через приемник подключен к третьему-входу блока вре менной и частотной селекции, второй выход блока привода антенны соединен 40 с вторым входом блока отображения ин формации, о т л и ч а ю щ е е ся тем, ч т о , с целью повышения информативности устройства, в него введены блок селекции летательных аппаратов по дальности и скорости сближения и блок звуковой сигнализации, выход приемника подключен к первому входу блока селекции летательных аппаратов по дальности и скорости движения, первый и второй выходы которого под- 50 ключены соответственно к третьему и четвертому входам блока отображения информации и первому и второму входам блока звуковой сигнализации, выход которого является выходом устройства, 55 первый и второй выходы блока временной и частотной селекции соединены соответственно с вторым и третьим элемента И, выход которого является первым выходом блока, входы первого мультивибратора и второго элемента задержки объединены и являются вторым входом блока, выход первого мультивибратора соединен с управляющим входом ключа, выход второго элемента задержки подключен к входу обнуления т р и г г е р а , выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И-НЕ, выход второго элемента И-НЕ подключен к, первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым вкодом первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И-НЕ подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, к второму входу первого элемента И и входу элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого под ковым сигналом о наличии опасной ситуации. При этом через схему 90 со- . гласования с бортовым радиоответчиком передается информация службе управления движением об опасной ситуации, ЛА находящиеся в опасной ситуации будут отмечены метками, характерными для нее. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 10 14 1549373 ключей к первому входу третьего э л е мента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого является вторым выходом блока, второй выход порогового элемента соединен с вторьм входом второго элемента ИЛИ, вход третьего элемента задержки является четвертым входом блока, выход третьего элемен10 та задержки соединен с входом у с т а новки в единичное состояние триггера и входами второго и третьего мульіивибратороп, выход второго мультНвнбратора подключен к второму вхс; г з т о рого элемента И-НЕ и второму ^ходу четвертого элемента И, выход третьего мультивибратора соединен с вторым входом третьего элемента И-НЕ и вторым входом пятого элемента И, вторые входы третьего и шестого элементов И объединены и являются третьим входом блока. U 38 от генератора Щ а Щ 55 "1 1,1 Л ^ к мвнипуЛЯ тору о к ключу I/ моаулятфаВ Фиг. 2 От распределителя 1 Кгенерато От ёысо /потере? 13 кдлокц Фиг.З 1549373 От модулятора В 55 56 Яблоку иг 53 сигналим ции т ж) П Л'блоку М 50 ШЛИ т. В) ттт 51 51 От распределите^ 1 Фиг 4 Фиг S 1549373 -to « * • » _ «an г** •*— —— с» 1549373 P P Г 8) П •mm Редактор Н.Суханова Составитель С.Мягков Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец Заказ 493/ДСП Тираж 180 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г . Ужгород, ул. Гагарина, 101