专利名称：激光助航系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及飞机着陆的装置，特别是一种用于民用航空飞机安全着陆的助航系统。
发生机毁人亡事故大多数都是飞机进入机场着陆过程中，特别在复杂的天气条件下，能见度接近机长标准时，情况尤为突出。目前一些机场跑道头安装探照灯光作为机场跑道的标志，在复杂天气条件下，探照灯光照射在雾中出现白茫茫一片散射光屏，反而使飞行员看不清跑道，容易造成事故。激光在大气中的穿透能力比普通灯光强几个数量级，这是人们想到用激光导航的根据。
苏联提出过“激光引导飞机着陆系统”，其指导思想是想取代现有民航的导航设施，主要构想是在飞机上安装激光接收装置的仪表，在近台、远台、上空分别布局各三套激光器的交叉激光束。这样，在飞行着陆过程中，激光光束有可能直接照射到飞行员眼晴。这是不可取的。
美国航空母舰上装备“激光助降系统”，它是水平方向和下滑角分别布局五种不同颜色的激光，中间一条颜色的激光代表跑道中心线和正确的下滑角度。在民航机场都已配置有超远台、远台、近台，当飞机逐步通过这些台上空时，从高度表上就已经可以精确知道飞机的下滑角度，而且民航机场已有900米以上的进近灯光代表跑道中心线的延长线，所以在水平方向设置五种颜色的激光就没有必要了。
本发明的目的是配合民用机场上现有的无线电导航台、全向信标、盲降设备等地面设施的使用，主要是在复杂气象条件下，增加一项保证飞行安全和提高航班正常率的安全措施和手段，提供一种“激光下滑航道”的激光助航系统。
本发明由激光器系统和控制装置组成，激光器系统包括发出可见光激光束的分别安装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处的两台激光器，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，发射角等于或略低于飞机着陆规定的下滑角度，根据机场具体情况选定，例如1.2°～3°之间选择。所说的控制装置由雷达控制仪、能见度激光探测仪和控制器组成，能见度激光探测仪放在任何一台激光器附近，而且其激光发射方向与激光器光束的方向相同，以便激光器发出的激光束初始强度与能见度激光探测仪所测的斜视能见度相匹配，斜视能见度差时，激光初始强度大，斜视能见度越好时，激光初始强度越弱。
氦氖激光器(632.8nm)、氩离子激光器(514，5nm、488nm)、氦镉激光器(632.8nm)、倍频YAG激光器(532.8nm)、铜蒸气激光器以及脉冲红宝石激光器(694.3nm)都是可见激光，均可入选。但人眼睛对波长为555纳米的光视效能达到最大值，因此选择激光波长为532纳米的倍频YAG激光器更有利于提高人眼睛对很弱激光束的分辨率，有利于增加安全光段的长度。激光束发散角＜0.5毫弧度均可工作，最佳值为≤0.1毫弧度。若为倍频脉冲YAG激光器时，其激光脉冲重复频率≥15次/秒为宜，光束明显柔和而不刺眼，给人看上去有一种舒服的感觉。
本发明的使用方法如下当飞机在着陆过程中进入五边时，雷达控制仪的荧光屏上已能清楚地着到飞机飞行的轨迹，当飞机进入五边且距离机场跑道头8至4.5公里时，雷达控制仪发出信号，通过控制器使两台激光器电源同时开始工作，1秒种内激光器发出激光束，二条激光束在空中构成“激光下滑航道“，飞行员看到“激光下滑航道”，即可调整飞机处于“激光下滑航道”的中间上方，即使飞机处于对准机场跑道的中心线，飞机始终在“激光下滑航道”的中间上方沿下滑光线飞行，引导飞机安全着陆，飞机着陆后，控制器的延时继电器根据事先设定的延时自动切断激光电源，激光器自动停止工作。
在控制器控制激光器开机的同时，能见度激光探测仪亦已开始工作，测出气象斜视能见度，并通过控制器控制激光器发出具有适当强度的激光束，能见度越差，激光强度越大，能见度越好，激光强度越小。其目的是使飞行员既能看清二束激光组成的“激光下滑航道“，又避免飞行员在调整飞机处于“激光下滑航道”中间上方的某个瞬间，激光束直射飞行员眼睛而造成某种伤害。而且在控制器的控制下，激光束强度还随飞机距离跑道头的距离缩短而逐渐减弱。这一方面可保证飞行员在着陆过程中始终在激光强度安全值5×10-7焦耳/平方厘米至10-11焦耳/平方厘米的安全光段飞行，另一方面也可节省能源。
综上所述，与已有技术相比，本发明的优点有系统相对简单得多；飞行员在着陆飞行过程中始终处于安全光段飞行；能够使飞机着陆更安全；为民航提供了一种提高航班正常率，减少飞机复飞、返航、备降等强有力的手段和措施。
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是实施例的激光下滑航道图。
由图可见本发明由雷达控制仪1、能见度激光探测仪2、激光器3、激光器4、控制器6组成。实施例中激光器3和4为掺钕钇铝石榴石(Nd；YAG)倍频脉冲激光器，脉冲重复频率≥15次/秒，激光脉冲能量≥100毫焦耳，光束发散角≤0.3毫弧度，单脉冲宽度10毫微秒，激光波长为532纳米，由上海激光电源厂提供，分别安装在跑道头5以外的跑道边界灯7的延长线上距跑道头5约300米两侧的激光房10、20内，激光束沿跑道边界灯7延长线向飞机下滑着陆的反方向发射33’、44’激光束，该激光束的仰角等于或略低于民航飞机着陆规定的下滑角度。能见度激光探测仪(VCHII型激光探测仪)2、雷达控制仪1、控制器6和激光器3安放在激光房10内，雷达控制仪1的天线放在激光房10顶上。能见度激光探测仪2的激光发射方向与激光器3光束发射的方向相同，所说的控制器6是由上海激光电源厂提供的MC1型控制器，该控制器功能有；1、当雷达控制仪1发现飞机处于五边并距跑道头6公里时，自动打开激光器3和4的电源，激光器立即开始工作。
2、根据能见度激光探测仪2所测的斜视能见度数据，控制激光器3和激光器4发出的适当强度的初始激光，当能见度较好时，激光强度为“弱”挡，当能见度较差时，激光强度为“强”挡。
3、刚开机时，激光器发出的激光强度为最强，然后控制激光强度随时间衰减，当飞机落地时的激光强度约为开机时激光强度的1/2。
4、该控制器有一延时继电器，延时时间即为激光器工作时间，延时时间可调节，一般设置延时时间为3-5分钟。因此激光器开机后3-5分钟后自动关机。
5、该控制器还有一对线路直通航管中心塔台的控制盒8，控制盒8面板上有两个按钮开关，塔台工作人员可使用按钮并通过控制器6控制激光器3、4的开与关，达到人控的目的。面板上还有两个指示灯分别指示两束激光输出的状况，即有激光输出。指示灯亮。塔台工作人员可以监视激光器的工作。
图2激光下滑航道图中，上图是侧视图，下图是顶视图，33’、44’是激光器3和激光器4发出的激光束，9表示飞机着陆的下滑航线。
实施例的工作过程是；当雷达控制仪1发现飞机进入五边并距跑头6公里时，控制器6接受雷达控制仪1的信号和能见度激光探测仪2所测的气象斜视能见度数据，打开激光器3和激光器4的电源，1秒钟内即发出适当强度的激光33’，44’构成“激光下滑航道”，飞行员看见“激光下滑航道”，即时调整飞机处于“激光下滑航道”的中间上方，始终沿“激光下滑航道”飞行，即可安全着陆，飞机着陆后，控制器6的延时继电器根据设定的延时，自动切断激光电源，激光器3、4自动停止工作。
经试航证明，该助航系统配合民用机场现有的无线电导航台，全向信标、盲降设备等地面设施的使用，在复杂气象条件下，或夜间为飞机安全着陆提供了一项安全保证手段，因为激光能量集中、射程远，对飞行员从仪表飞行转入目视飞行着陆时使用，该助航系统能使飞行员在当时气象能见度二倍以上的距离上发现“激光下滑航道”，而且“激光下滑航道”是有角度的，较之水平布局的引进灯光，距离降落的飞机更近，容易被飞行员发现，对提高飞行安全和航班正常率，减少飞机复飞、返航、备降等都有重要作用，具有较高的社会效益和经济效益。
权利要求
1.一种民航飞机着陆的激光助航系统，由激光器系统和控制装置组成，其特征在于所说的激光器系统包括发出可见激光束的两台激光器(3、4)，分别安装在机场主降跑道头(5)以外的跑道边界灯(7)延长线上并距跑道头一定距离两侧，激光束沿跑道边界灯(7)延长线方位，向飞机下滑着陆的反方向发射，发射角度等于或略低于飞机着陆规定的下滑角度，所说的控制装置由雷达控制仪(1)、能见度激光探测仪(2)和控制器(6)组成，能见度激光探测仪(2)放置在激光器(3、4)附近，其激光发射方向与激光器的激光束方向相同。
2.按照权利要求1的激光助航系统，其特征在于所说的激光器(3、4)为倍频NdYAG激光器，波长为532纳米，激光发散角≤0.4毫弧度。
3.按照权利要求2的激光助航系统，其特征在于所说的激光器为脉冲倍频NdYAG激光束，激光脉冲重复频率应≥15次/秒。
4.按照权利要求1的激光助航系统，其特征在于所说的激光器(3、4)依据能见度激光探测仪(2)提供的气象斜视能见度由控制器(6)控制发射出适当强度的初始激光束，该激光束随开机时间不断减弱。
5.按照权利要求1至4的激光助航系统的使用方法如下当飞机在着陆过程中进入五边时，雷达控制仪(1)荧光屏上清楚地看到飞机的航迹，当飞机进入五边并距离机场跑道头5约8至4.5公里时，雷达控制仪(1)发出信号，控制器(6)接受雷达控制仪(1)的信号和能见度激光探测仪(2)的气象斜视能见度信息并控制激光器(3、4)的电源开始工作，1秒内激光器(3、4)发出适当强度的初始激光束，两条可见激光束在空中组成“激光下滑航道”，飞行员看到“激光下滑航道”，即可调整飞机处于“激光下滑航道”的中间上方，飞机沿“激光下滑航道”飞行，即可安全着陆，飞机着陆后，控制器(6)的延时继电器根据设定的延时自动切断激光电源，激光器(3、4)自动停止工作。
全文摘要
民用飞机安全着陆的激光助航系统由发出可见激光束的分别安装在机场跑道头5以外的跑道边界灯7延长线上并距跑道头一定距离的两侧的激光器3、4、雷达控制仪1能见度激光探测仪2和控制器6组成，该系统能使飞行员在当时气象能见度二倍以上的距离上发现“激光下滑航道”，能使飞机着陆更安全，对提高航班正常率、减少飞机复飞、返航、备降等都有重要作用。
文档编号B64D45/00GK1124349SQ9511333
公开日1996年6月12日 申请日期1995年11月8日 优先权日1995年11月8日
发明者李树蓬, 严邦洪, 金明海, 纪人胜, 申春生, 杨颂伟, 宗瑜, 程延文, 关英儒 申请人:中国民用航空华东管理局