專利名稱：探測飛行物體已通過的監(jiān)視空間的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測飛行物體已通過的監(jiān)視空間的(后面稱作監(jiān)視空間通過探測裝置)，特別是在引導(dǎo)飛行物體如飛機和類似飛行器著陸時用的一種監(jiān)視空間通過探測裝置，它探測飛行物體已通過的監(jiān)視空間，并向飛行物體發(fā)送探測到的信息。
在常規(guī)的飛機著陸引導(dǎo)系統(tǒng)中，全球定位系統(tǒng)(此后稱為GPS)接收機被用作一種距離測量系統(tǒng)，如在日本公開的專利申請No.2-287900中所公開的。這種系統(tǒng)使得飛機能夠進行復(fù)雜地進場著陸，例如，利用微波著陸系統(tǒng)(后面稱為MLS)進行分段進場、曲線進場或其它類似的復(fù)雜進場著陸，通過使用從全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機獲得的精密的距離數(shù)據(jù)。
參照

圖1，在日本公開的專利申請No.2-287900中公布的常規(guī)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)中，由天線71接收的MLS信號被MLS接收機72接收處理，并被變換為如角度測量那樣的參量數(shù)據(jù)，換句話說，即方位角和仰角，及地面站天線位置，然后輸送至導(dǎo)航計算機73。
另一方面，由GPS天線77接收的GPS信號被GPS接收機76接收處理，而接收點，即飛機位置得到測量，而飛機到它的著陸點的距離，是在測量的位置數(shù)據(jù)和預(yù)先輸入的在跑道上的著陸點位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出來，計算出的距離被作為距離數(shù)據(jù)送到導(dǎo)航計算機73。
導(dǎo)航計算機73在參量數(shù)據(jù)如測量的方位角值、測量的仰角值、地面發(fā)射機的天線位置、進場路徑的方位角、仰角和由GPS接收機76提供的距離數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出飛機的位置，并計算它的位置與特定進場航跡的偏差。偏差信息被分解成與特定的航跡和與著陸點的距離有關(guān)的水平和垂直成分，并顯示在導(dǎo)航顯示器74上。
水平位置顯示器(HSI)或能夠以地圖形式進行顯示的電子水平顯示器(EHSI)被用作導(dǎo)航顯示器74。在自動駕駛狀態(tài)下，自動駕駛儀75接收來自導(dǎo)航計算機73的偏差數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，并計算飛機自動駕駛控制需要的舵角和控制副翼需要的控制信號。
在日本公開的專利No.5-72317中公布的另一常規(guī)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)中，是用設(shè)置在地面系統(tǒng)中的GPS接收機和計算裝置計算出GPS的位置誤差，而這個位置誤差信息通過現(xiàn)有通訊裝置發(fā)射到飛機內(nèi)的系統(tǒng)中。借助地面系統(tǒng)發(fā)射的位置誤差信息，并通過校正在機內(nèi)系統(tǒng)中的GPS接收機獲得的位置誤差，以使飛機在任何時刻都可獲得準(zhǔn)確的距離信息。
參照圖2，這個常規(guī)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)是由一地面系統(tǒng)80和一機載系統(tǒng)90組成。地面系統(tǒng)80由一個GPS接收機81、一計算裝置82和一微波著陸系統(tǒng)地面站83組成，機載系統(tǒng)90是由一MLS天線91、一微波著陸系統(tǒng)接收機92、一導(dǎo)航計算機93、一導(dǎo)航顯示器94、一自動駕駛儀95、一GPS接收機96和一GPS天線97組成。
在地面的GPS接收機81通過接收來自GPS衛(wèi)星(未畫示說明)的信號獲得地面系統(tǒng)80的位置數(shù)據(jù)。計算裝置82將位置數(shù)據(jù)與預(yù)存的地面系統(tǒng)80的實際位置比較，并將它們之間的差值發(fā)送到地面站83作為位置誤差信息。
此位置誤差信息被用作與緯度、經(jīng)度、高度和類似參數(shù)值相對應(yīng)的誤差信息，并且在MLS地面站83中被轉(zhuǎn)換為一特定格式，作為MLS輔助數(shù)據(jù)碼，然后在MLS域范圍內(nèi)發(fā)射出去。
另一方面，在機載系統(tǒng)90中，MLS接收機92處理從地面系統(tǒng)80發(fā)射并由MLS天線91接收的信號，并輸出收到的方位角偏離基準(zhǔn)方位角的偏差信息和收到的仰角偏離基準(zhǔn)仰角的偏差信息及輔助數(shù)據(jù)。MLS接收機92輸出的偏差數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)被輸入到導(dǎo)航計算機93。而通過GPS天線97由GPS接收機96收到的表示飛機自身位置的位置數(shù)據(jù)也被輸至導(dǎo)航計算機93。導(dǎo)航計算機93修正機載系統(tǒng)90內(nèi)GPS接收機96提供的具有一位置誤差信息的位置數(shù)據(jù)，即，偏差信息和輔助數(shù)據(jù)，并輸出它自身的準(zhǔn)確飛機位置到導(dǎo)航顯示器94。根據(jù)由導(dǎo)航計算機93發(fā)送到自動駕駛儀95的數(shù)據(jù)，進行自動駕駛控制。在上述的已有飛機著陸引導(dǎo)系統(tǒng)中，通過與GPS接收機結(jié)合的MLS系統(tǒng)，使飛機能夠進行復(fù)雜的進場著陸，例如分段進場、曲線進場或其它類似的任務(wù)。與已有的距離測量設(shè)備(DME)或精密距離測量設(shè)備(DME/P)相比，GPS接收機距離測量精度較高且成本較低。
目前“國際民航組織(ICAO)附錄10”的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飛機的降落航跡應(yīng)設(shè)定在跑道端點上空15米到18米的范圍內(nèi)。
而下降航跡的航向?qū)挾缺灰?guī)定為在跑道端點與跑道中心線相垂直方面上的寬度為210米。也就是說，在飛機通過了跑道端點上空的豎直平面寬度15～18米和水平平面寬度210米一空間后，飛機升起它的已經(jīng)向下俯沖的機身并進入作為水平著陸或主起落架著陸的微上仰機頭姿態(tài)。即，開始著陸拉平操作。因此，上述的由所述垂直面寬和所述水平面寬組成的特定空間，對于進入最后著陸姿態(tài)要判斷拉平操作的起始點的飛機來說，是一個很重要的位置，下面將這個特定空間稱作監(jiān)視空間。
在上面所描述的在著陸引導(dǎo)系統(tǒng)中通過使用GPS來控測監(jiān)視空間的情況下，由GPS接收機所獲得的位置精度，在非加密和獲取碼時為幾十米，在使用精度或不同的GPS模式的情況下為幾米。
另一方面，由MLS接收機所獲得的系統(tǒng)誤差在水平方向為±6米，在垂直方向為±0.6米。此外，由MLS接收機獲得的仰角數(shù)據(jù)得到的距離地表面高度的誤差和由GPS接收機獲得的自身離著陸點的距離數(shù)據(jù)變?yōu)閹酌?。因此，在僅使用GPS的情況下，不能得到用于探測飛機通過特定空間所需要的在水平和垂直方向幾厘米或更小的探測精度。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于監(jiān)視通過的監(jiān)視空間的探測裝置，其能夠隨時探測飛行物已通過的特定空間。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于監(jiān)視通過的監(jiān)視空間的探測裝置，它能夠隨時探測飛行物已通過的特定空間，并將通過的空間信息傳遞給飛機。
另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于監(jiān)視通過的監(jiān)視空間的探測裝置，它能夠在探測一飛行物已通過的空間時防止由外部干擾引起的誤操作。
為達到上述的各目的，一種用于監(jiān)視所通過空間的探測裝置包括具有多個光發(fā)射裝置的多個光發(fā)射裝置組，光發(fā)射裝置是在垂直于跑道中心線的方向設(shè)置的，而且各裝置的光發(fā)射角彼此不同；一第一控制器，它用于控制所述的多個光發(fā)射裝置組，以使分別包括在所述多個光發(fā)射裝置組中的彼此具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置，能夠在同一時間發(fā)射光，而使分別包括在所述的多個光發(fā)射裝置組中的彼此具有不同的光發(fā)射角的光發(fā)射裝置，能逐個地發(fā)射光；多個光接收裝置組，它與包括在所述多個光發(fā)射裝置組中的多個光發(fā)射裝置對應(yīng)分別設(shè)置多個光接收裝置，并且當(dāng)飛行物通過一預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視空間時，光接收裝置接收由飛行物反射的由多個所述光發(fā)射裝置發(fā)射光的反射光；一第二控制器，用于控制所述的多個光接收裝置組，以使用于接收與彼此具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置發(fā)射出的光相對應(yīng)反射光的光接收裝置能夠同時工作，而使用于接收與彼此不同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置的發(fā)射光相對應(yīng)的反射光的光接收裝置可以逐一工作；及一用于輸出通過的探測信號的探測器，探測信號在至少一個所述光接收裝置已接收到反射光時，示出所述飛行物已通過所述監(jiān)視空間。
本發(fā)明的上述或其它目的、特征和積極效果通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，將變的非常清楚明了。
圖1是常規(guī)著陸系統(tǒng)的組成圖；圖2是另一常規(guī)著陸系統(tǒng)的組成圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于監(jiān)視通過空間的探測裝置的一個原理示意圖；圖4是本發(fā)明實施例示意圖；圖5是本發(fā)明實施例光發(fā)射裝置組設(shè)置的透視圖。
圖6是本發(fā)明實施例光發(fā)射裝置組設(shè)置的剖面圖；圖7A是表示飛機處于一定高度時，用于探測飛機已通過的監(jiān)視空間的本發(fā)明實施例的探測操作圖；圖7B是表示飛機趨于反方向時，用于探測飛機已通過的監(jiān)視空間的本發(fā)明實施例的探測操作圖；圖7C是表示飛機趨于正方向時用于探測飛機已通過監(jiān)視空間的本發(fā)明實施例的探測操作圖。
圖8是表示圖3中所示脈沖調(diào)制器的組成方框圖9是表示圖3中光接收機的組成方框圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施例，借助監(jiān)視空間通過的探測裝置的設(shè)定的一監(jiān)視空間的實例示圖。
下面將描述本發(fā)明的一最佳實施例。
在這個實施例中，多個光發(fā)射裝置組中的每一組包括具有光發(fā)射角Φ1到Φn的多個光發(fā)射裝置，以便從上限到下限，斷續(xù)或連續(xù)地覆蓋預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視空間，以使飛機進場著陸航跡上致少包括最低進場高度，多個光發(fā)射裝置組是設(shè)置在垂直于跑道中心線的延長線的方向上。當(dāng)與多個光發(fā)射裝置對應(yīng)設(shè)置的多個光接收裝置接收反射光時，這些反射光是在通過監(jiān)視空間上限的飛機機體上的反射光，即是各個具有光發(fā)射角Φ1的多個光發(fā)射裝置發(fā)射的一些脈沖調(diào)制光反射給出的，而且這些光發(fā)射裝置是分別包括在多個光發(fā)射裝置組中的，這時與已收到反射光的光接收裝置對應(yīng)的光接收機的輸出增加。其后，監(jiān)視光學(xué)接收機輸出的一比較器的輸出被反向，一個＂或＂電路根據(jù)不同比較器輸出的或，輸出一探測信號以表示飛機已通過了監(jiān)視空間的上限。
以相同的方式，當(dāng)設(shè)置成與多個光發(fā)射裝置對應(yīng)的多個光接收裝置接收反射光時，這些反射光是由各具有光發(fā)射角Φn的光發(fā)射裝置發(fā)射的一些脈沖調(diào)制光在通過監(jiān)視空間下限的飛機機體上反射給出的，而且這些光發(fā)射裝置是分別包括在多個光發(fā)射裝置組中的，這時與已收到反射光的光接收裝置對應(yīng)的光接收機輸出增加。
其后，監(jiān)視光學(xué)接收機輸出的一比較器輸出被反向，一個或電路取出相應(yīng)比較器輸出的或，輸出一探測信號以表示飛機已通過監(jiān)視空間的下限。
光發(fā)射角Φ1到Φn是預(yù)先以不同值設(shè)定的，這個不同值是通過分割監(jiān)視空間從上限至下限的垂直寬度而獲得的，以使其不會引起飛機探測的遺漏。由于包括在多個光發(fā)射裝置組中的多個光發(fā)射裝置的光發(fā)射角被設(shè)定為光發(fā)射角Φ1至Φn，所以能以一適當(dāng)?shù)乃俣?，從上限到下限，用電學(xué)方法掃描監(jiān)視空間。
而光接收裝置組的設(shè)置是用幾何學(xué)算出的，并且預(yù)先設(shè)定，從而在飛機著陸進場時對于飛機一可接受的偏差不會發(fā)生探測遺漏，進場著陸偏差是在國際民航組織附錄10中規(guī)定的。并采用具有寬光束寬度的光接收裝置，以便于接收來自飛機散射反射的反射光。
此外，控制這些光接收裝置，以便于僅具有一個脈沖調(diào)制器組和一個脈沖接收機組，而包括于其中的脈沖調(diào)制器和脈沖接收機可各自相互配對的操作，以便防止由外部干擾光引起的誤操作。所述的探測結(jié)果，即探測得到的飛機已通過監(jiān)視空間的上限或下限的信息被發(fā)射機隨時發(fā)射到飛機。
因此，如果由水平寬度和垂直寬度分量構(gòu)成的一特定空間，它包括如最低進場高度(判斷高度)、參考基準(zhǔn)點、拉平高度、脫離偏差高度及其它類似數(shù)據(jù)的主要位置，它被設(shè)定為在著陸進場航跡上的一個監(jiān)視空間，以監(jiān)視前面描述的參數(shù)，而且這些特定空間是間斷或連續(xù)地構(gòu)成的，那么是能夠隨時向飛機發(fā)射一監(jiān)視空間通過信息，并由GPS根據(jù)該信息補償三維測量精度，因此，在天氣很差情況下，用GPS方法能夠完成高等級的著陸。這里，參考基準(zhǔn)點指的是位于跑道中心線和臨界線交叉點之上的一特定高度[15米(50英尺)+3米(10英尺)]的點，儀表著陸系統(tǒng)(ILS)著陸航跡的向下延伸的直線部分通過這一點。拉平指的是將著陸時機首已為下傾姿態(tài)的機身拉起的操作，并使機體水平著陸或主起落架觸地時略呈機首向上姿態(tài)。開始這個操作的高度被稱作拉平起始高度。脫離偏差操作指的是在飛機準(zhǔn)備在有側(cè)風(fēng)情況下著陸時，雖然飛機繼續(xù)正常地下降，并保持飛機機首迎著風(fēng)，但在著地之前操縱飛機機首剛好對準(zhǔn)跑道方向的一個駕駛操作。且開始此操作的高度被稱為脫離偏差起始高度。
下面將結(jié)合附圖，詳細地描述本發(fā)明實施例的用于監(jiān)視通過空間的探測裝置。
參照圖3到圖6，這個實施例的用于監(jiān)視空間通過的探測裝置是由一脈沖發(fā)生器1、一包括多個門電路2a--2n的轉(zhuǎn)換開關(guān)2、一包括多個脈沖調(diào)制器3a--3n的脈沖調(diào)制器3，一包括多個光發(fā)射裝置組4a--4n的光發(fā)射機4，一包括多個光接收裝置組5a--5n的光接收機5，一包括多個光學(xué)接收機6a--6n的光學(xué)接收機6，一包括多個或門電路7a--7n的探測器7，一門掃描控制器8，及一包括發(fā)射機9和開線10的發(fā)射機所構(gòu)成。
如圖3中所示，一監(jiān)視空間E有一由分割線AB限定的上限和由分割線CD限定的下限。且監(jiān)視空間E的大小是由水平寬度W和垂直寬度HO限定的。
當(dāng)發(fā)射機4的光發(fā)射裝置組4a至4n被設(shè)置在垂直于跑道中心線延長線的方向上，并且是被設(shè)置在預(yù)先計算出的位置上，以使它們在監(jiān)視空間E的上限A-B(分割線AB)至下限C-D(分割線CD)間的范圍內(nèi)，能夠具有Φ1--Φn的光發(fā)射角。如圖3所示，多個光發(fā)射裝置4a-i(i＝1，2，…，m-1，m)被設(shè)置在預(yù)先計算出的位置，以使它們能夠具有針對監(jiān)視空間E的上限A-B的一光發(fā)射角Φ1，如圖4所示，多個光發(fā)射裝置4n-i被設(shè)置在預(yù)先計算出的位置上，以使它們能夠具有針對監(jiān)視空間E的下限C-D的光發(fā)射角Φn。如圖5和圖6中所示，光發(fā)射機4的光發(fā)射裝置組4--i有一光發(fā)射陣列模塊結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射裝置4a-i至4n-1是以陣列的形式設(shè)置的。也就是說，光發(fā)射裝置4a-i被預(yù)先設(shè)置為使它的光軸可以形成一光發(fā)射角Φ1，而光發(fā)射裝置4n-i被預(yù)先設(shè)置為使它的光軸可以形成一光發(fā)射角Φn。光發(fā)射角Φ1是為了用電子學(xué)方法掃描監(jiān)視空間E的上限A-B而設(shè)定的一個角度，而光發(fā)射角Φn是為了用電子學(xué)方法掃描監(jiān)視空間E的下限C-D而設(shè)定的一個角度。一模塊結(jié)構(gòu)的光發(fā)射裝置組4-i垂直于跑道11的中心線，并以適當(dāng)?shù)拈g隔設(shè)置在地表面上。例如，光發(fā)射裝置組4-i是埋置在跑道11的端點部，也就是臨界線內(nèi)。
雖然在所要求的理想狀態(tài)下，在多個光發(fā)射裝置組4-i中設(shè)置的光發(fā)射裝置4a-i間Y軸方向的間隔d1是0，但是實際上這個間隔是在監(jiān)視空間E中將要探測的最小飛機的翼展寬度WS的1/10左右。多個光發(fā)射裝置4a-i之間的間隔d1通過下式表示d1＝H1×tanΦ1這里H1是監(jiān)視空間E的最大高度，也就是高度的上限。
同樣的道理，雖然在理想的所需要的狀態(tài)下，在多光發(fā)射裝置組4-i中設(shè)置的光發(fā)射裝置4n-i間Y軸方向的間隔dn是0，但是實際上這個間隔是在監(jiān)視空間E中將要探測的最小飛機的翼展寬度WS的1/10左右。多個光發(fā)射裝置4n-i之間的間隔dn通過下式表示dn＝Hn×tanΦn這里Hn是監(jiān)視空間E的最小高度，也就是高度的下限。
雖然在理想的所需要狀態(tài)下，在光發(fā)射裝置組4-i中光發(fā)射裝置之間，例如在光發(fā)射組4-1中的光發(fā)射裝置4a-1和4b-1之間、光發(fā)射裝置4b-1和4c-1之間…，或4(n-1)-1和4n-1之間，在Y軸向的間隔Δd是0，實際上這間隔將是在監(jiān)視空間E中將被探測的最小飛機垂直寬度TS的1/10左右。
脈沖調(diào)制器3的多個脈沖調(diào)制器3a-3n執(zhí)行一個自動控制，以便使光發(fā)射機4的輸出能夠保持恒定并產(chǎn)生同步脈沖101a-101n。多個脈沖調(diào)制器3a-3n分別由多個脈沖調(diào)制器3a-i-3n-i組成，脈沖調(diào)制器3a-i-3n-i對應(yīng)于相應(yīng)的的光發(fā)射裝置4a-i-4n-i，脈沖調(diào)制器3a-i-3n-i分別產(chǎn)生同步脈沖101a-i-101n-i。
轉(zhuǎn)換開關(guān)2的多個門電路2a-2n對分別與門電路對應(yīng)的脈沖調(diào)制器3a-3n的輸入信號進行通—斷控制。多個門電路2a-2n是由分別對應(yīng)于光發(fā)射裝置4a-i-4n-i的門電路2a-i-2n-i構(gòu)成。
脈沖發(fā)生器1將頻率各不相同的脈沖輸入信號100a--100n分別加至轉(zhuǎn)換開關(guān)2的多個門電路2a-2n。門戶掃描控制器8將門掃描控制信號104a-104n分別輸出到轉(zhuǎn)換開關(guān)2的多個門電路2a-2n，以便自光發(fā)射機4的光發(fā)射裝置4a-i-4n-i向監(jiān)視空間E的上限A-B至下限C-D范圍內(nèi)的空間，以適當(dāng)?shù)乃俣扔秒娮訉W(xué)方法掃描輸出。
在預(yù)先考慮飛機12的可接收的偏差±Φ1的情況下，光接收機5的多個光接收裝置組5a-5n被安置在垂直于跑道11中心線的延長線上的方向上，以便于有效地接收通過監(jiān)視空間E的飛機的分散反射光103a-103n。多個光接收裝置組5a-5n分別是由分別對應(yīng)于光發(fā)射裝置4a-i-4n-i的光接收裝置5a-i-5n-i組成。
光接收機6的多個光接收機6a-6n，通過對多個光接收裝置5a-5n輸出進行的電流—電壓變換，然后進行放大、濾波分離、整流、整形和變換后信號的比較，獲得數(shù)字輸出。多個光接收機6a-6n是分別由分別對應(yīng)于光接收裝置5a-i-5n-i的光接收機6a-i-6n-i組成。
在多個光接收機6a-6n的輸出中至少一個已被改變時，探測器7的多個或門電路7a-7n向發(fā)射機9輸出用于顯示飛機12已通過監(jiān)視空間E的探測信號105a-105n。
在分別來自多個或門電路7a-7n的探測信號105a-105n的基礎(chǔ)上，發(fā)射機9通過天線10向飛機12發(fā)射監(jiān)視空間E通過信息。
下面描述使用圖3-圖6所示實施例的裝置的用于監(jiān)視空間通過的探測方法。
首先，脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生頻率各不相同的脈沖輸入信號100a-100n，并分別輸出脈沖輸入信號100a-100n到多個門電路2a-2n。多個門電路2a-2n受來自門掃描控制器8的門掃描控制信號104a-104n的控制，以便于根據(jù)預(yù)先以飛機12的尺寸計算出的適當(dāng)分級間隔，自監(jiān)視空間E的上限A-B到它的下限C-D掃描監(jiān)視空間E。也就是說，多個門電路2a-2n受來自門掃描控制器8的門掃描控制信號104a-104n的控制，以致于以適當(dāng)?shù)姆旨夐g隔向多脈沖調(diào)制器3a-3n分別輸出來自脈沖產(chǎn)生器1的脈沖輸入信號100a-100n。
多個脈沖調(diào)制器3a-3n以適當(dāng)?shù)姆旨夐g隔，用自多個門電路2a-2n輸入的來自脈沖發(fā)生器1的脈沖輸入信號，脈沖驅(qū)動與它們對應(yīng)的多個光發(fā)射裝置組4a--4n，并向?qū)?yīng)的光接收機6a-6n發(fā)送同步脈沖101a-101n。因此，在多個光發(fā)射裝置4a-4n中的相互間具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置分別被控制，以使它們在同一時間發(fā)射光，而在多個不同光發(fā)射裝置組4a-4n中的具有彼此不同的光發(fā)射角的光發(fā)射裝置，分別被控制從而逐一地發(fā)射光。
由外部干擾光引起的誤操作，能夠通過控制脈沖調(diào)制器和光接收機，以使通過彼此相互配對的一個脈沖調(diào)制器和光學(xué)接收機的操作來加以防止，例如，僅有一對脈沖調(diào)制器3a和光學(xué)接收機6a，一對脈沖調(diào)制器3b和光學(xué)接收機6b，…，和一對脈沖調(diào)制器3n和光學(xué)接收機6n可以被操作。
多個脈沖調(diào)制器3a-3n的輸出被以適當(dāng)?shù)膾呙杷俣群瓦m當(dāng)?shù)膾呙璺侄?，通過光發(fā)射裝置組4a-4n發(fā)射到自上限A-B至下限C-D范圍的監(jiān)視空間E。
多個光發(fā)射裝置組4a-4n和多個光接收裝置組5a-5n被設(shè)置在垂直于跑道11的中心線延長線方向上，并被設(shè)置在預(yù)先計算出的位置，以使光發(fā)射裝置組4a-4n的光發(fā)射角和在飛機12上的入射角和反射角可以分別是Φ1…Φn。例如，如圖3所示，當(dāng)飛機12來到監(jiān)視空間E的上限A-B，來自光發(fā)射裝置4a的脈沖調(diào)制光102a中的一調(diào)制光，即脈沖調(diào)制光102a-1-102a-m中的一調(diào)制光在飛機12上反射，并由相應(yīng)的光接收裝置組5a接收反射光103a。這個光接收裝置組5a的輸出被輸入到相應(yīng)的光學(xué)接收機6a。以同樣的方式，例如如圖4所示，當(dāng)飛機12來到監(jiān)視空間E的下限C-D，來自光發(fā)射裝置組4n的脈沖調(diào)制光102n中的一調(diào)制光，即脈沖調(diào)制光102n-1-102n-m中的一調(diào)制光在飛機上反射，并由相應(yīng)的光接收裝置組5n接收反射光103n。這個光接收裝置5n的輸出被輸入到相應(yīng)的光學(xué)接收機6n。在這種方法中，多個光學(xué)接收機6a-6n的輸出被輸入到或門電路7a-7n，并能夠得到表示飛機12已通過監(jiān)視空間的探測信號105a-105n。
下面將參照圖7A-7C描述這個實施例的用于監(jiān)視空間通過的探測裝置的監(jiān)視空間通過的探測操作和飛機可接收的偏差間的關(guān)系。
參照圖7A，當(dāng)飛機12處于某一高度的情況下，光發(fā)射裝置4a-1發(fā)射的光發(fā)射角為Φ1的脈沖調(diào)制光102a-1是以入射角Φ1射到飛機12上，并以反射角Φ1被飛機12反射，來自飛機12的反射光103a被光接收裝置5a-1接收，這個光接收裝置5a-1靠近離飛機12的垂直軸線和跑道11交叉點一段距離11的一點。
參照圖7B，在飛機12以一反向的角Δ調(diào)制光1傾斜情況下，自光發(fā)射裝置4a-1發(fā)射的光發(fā)射角Φ1的脈沖調(diào)制光是以入射角Φ1+ΔΦ1射到飛機12上，并以反射角Φ1+Φ1被飛機12反射。來自飛機12的反射光103a被光接收裝置5a-1接收，這個光接收裝置5a-1靠近離飛機12垂直軸線和跑道11交叉點距離為H1×tan(Φ1+2ΔΦ1)的一點。
參照圖7C，在飛機12以一正向的角ΔΦ1傾斜情況下，自光發(fā)射裝置4a-1發(fā)射的光發(fā)射角Φ1的脈沖調(diào)制光是以入射角Φ1-ΔΦ1射到飛機12上，并以反射角Φ1-ΔΦ11被飛機12反射。來自飛機12的反射光103a被光接收裝置5a-1接收，這個光接收裝置5a-1靠近離飛機12垂直軸線和跑道11交叉點距離為H1×tan(Φ1-2ΔΦ1)的一點。
關(guān)于飛機12的可接受的傾斜角，在國際民航組織附錄10的標(biāo)準(zhǔn)和飛行監(jiān)督規(guī)程中規(guī)定為在±20度范圍內(nèi)。
下面參照圖8對本實施例用于監(jiān)視空間通過的探測裝置中的脈沖調(diào)制器加以說明。
參照圖8，脈沖調(diào)制器3a-1包括一開關(guān)電路30a-1，一內(nèi)裝的光接收裝置31a-1，一緩沖器32a-1，一峰值保持電路33a-1，一基準(zhǔn)電壓34a-1，一差分放大器35a-1和一光發(fā)射裝置驅(qū)動電路36a-1。
由脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生的脈沖輸入信號100a通過門電路2a-1輸入到用于光發(fā)射裝置4a-1的開關(guān)電路30a-1，光發(fā)射裝置4a-1由激光二極管或類似器件構(gòu)成。開關(guān)電路30a-1根據(jù)輸入的脈沖輸入信號100a接通或斷開光反射裝置4a-1。當(dāng)光發(fā)射裝置4a-1在接通狀態(tài)時，內(nèi)置光接收裝置31a-1將自光發(fā)射裝置4a-1輸出的一為光信號的信號光電地轉(zhuǎn)換為一電信號之后，峰值保持電路33a-1通過緩沖器32a-1獲得的峰值電平。
差分放大器35a-1以峰值保持電路33a-1保持的峰值電平和預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓34a-1作為輸入，并輸出它們的差分輸出作為光發(fā)射裝置驅(qū)動電路36a-1的一輸入信號。
由于具有上面所述的電路組成，當(dāng)光發(fā)射裝置組4a-4n接通時，系統(tǒng)總是受到一反饋，使光發(fā)射裝置組4a-4n發(fā)射的光穩(wěn)定在一水平。其它脈沖調(diào)制器3a-2-3a-m，…，3n-1---3n-m也有和所述脈沖調(diào)制器3a-1相同的結(jié)構(gòu)，并以與脈沖調(diào)制器3a-1相同的方法工作。
下面參照圖9對這個實施例的監(jiān)視空間通過探測裝置中的光學(xué)接收機加以說明。
參照圖9，光學(xué)接收機6a-1包括一放大器61a-1，一帶通濾波器62a-1，一門電路63a-1，一整流器64a-1，一整形電路65a-1和一比較器66a-1。
光學(xué)接收機6a-1進行光接收裝置5a-1輸出的電流一電壓轉(zhuǎn)換，用放大器61a-1將轉(zhuǎn)換后的信號放大到一個需要的電平，然后由帶通濾波器62a-1對放大的信號進行頻率分離。門63a-1與自脈沖調(diào)制器3a-1輸入的同步脈沖信號101a-1同步地輸出頻率分離過的信號到整流器64a-1。
自門63a-1輸出的信號經(jīng)整流器64a-1全波整流，整形電路65a-1整形，然后由比較器66a-1變換為數(shù)字輸出106a-1。
其它的光學(xué)接收機6a-1-6a-m，…，6n-1-6n-m也有和所述的光學(xué)接收機6a-1相同的結(jié)構(gòu)，并以與所述的光學(xué)接收機6a-1相同的方式工作。
下面結(jié)合圖10，對本發(fā)明另一實施例的用于監(jiān)視空間通過的探測裝置，尤其是用于監(jiān)視空間的實例加以說明。
參照圖10，在最后的著陸通道上示出了飛機輪子的下滑軌跡22和理想軌道23。在下滑軌跡22上示出了按照已有的ILS或微波著陸系統(tǒng)用于進場和著陸所需的判斷高度范疇I(＝60米)20a，一判定高度范疇II(＝30米)20b，及一基準(zhǔn)點(＝15米+3-0米)20C。
這里，判斷高度指的是在進行一精確進場著陸時用儀表飛行所能降到的最低高度，即為繼續(xù)最終著陸得到必需指令所需要的最低高度。判斷高度范疇I指的最低高度等于或高于60米(200英尺)，判斷高度范疇II指的最低高度等于或高于30米，并低于60米。
在判斷高度范疇I的情況下，飛行員必須在離跑道11有60米或高于60米的高度上用肉眼識別跑道11，如果飛行員不能用肉眼識別它，飛行員就要放棄著陸。在判斷高度范疇II的情況下，飛行員必須在離跑道11有30米或高于30米，并低于60米的一高度上用肉眼識別跑道11，如果飛行員不能用肉眼識別它，飛行員放棄著陸。
理論的理想軌跡23示出了已有噴氣式飛機的儀表著陸軌跡，在軌跡23上示出了一拉平判定高度(＝22.5米)20d，一拉平開始高度(＝9米)20e，一脫離偏斜開始高度(＝6米)20f，及一主起落架著陸點20g。
按這個實施例的用于監(jiān)視空間通過的探測裝置分別為上述的高度設(shè)定監(jiān)視空間28a-28f，并為那些監(jiān)視空間28a-28f分別設(shè)置上面所描述的用于監(jiān)視空間通過的探測裝置。標(biāo)注號27表示跑道11中心線的延長線。
這里，在判斷高度范疇I監(jiān)視空間28a的水平寬度被設(shè)定為在已有的ILS中指向標(biāo)規(guī)定的航向?qū)挾?4，而在參考點20C監(jiān)視空間28C的垂直寬度設(shè)定在15米+3至-0米。
監(jiān)視空間28C的水平寬度26是210米(700英尺)。與另一拉平操縱有關(guān)的監(jiān)視空間28d和28f的水平寬度被設(shè)定為與航向?qū)挾?4相匹配，而監(jiān)視空間28d和28f的垂直寬度被設(shè)定在一合適寬度。
雖然在圖10中例子給出的是在最后著陸航跡中，在主要位置上間斷設(shè)置的監(jiān)視空間28a-28f，如果在最后著陸航跡中，在包括主要位置的連續(xù)位置上連續(xù)地設(shè)置監(jiān)視空間，那么也能夠連續(xù)地監(jiān)視飛機12通過監(jiān)視空間。
在這樣一個方法中，多個光發(fā)射裝置組4a-4n和分別對應(yīng)于多個光發(fā)射裝置組4a-4n的多個光接收裝置組5a-5n被設(shè)置在預(yù)先計算出的與跑道11中心線21的延長線27垂直方向上，以使多個光發(fā)射裝置組4a-4n的光發(fā)射角和飛機12的光入射角及飛機12的反射角，能夠分別為Φ1-Φn。分別對應(yīng)于多個光接收裝置組5a-5n的多個光學(xué)接收機6a-6n是以多個光接收裝置5a-5n的輸出作為輸入，并向分別對應(yīng)于多個光學(xué)接收機6a-6n的或門電路7a-7n輸出數(shù)字信號。
當(dāng)多個光學(xué)接收機6a-6n的輸出中至少一個被改變時，表示飛機12已通過一監(jiān)視空間的探測信號105a-105n自分別對應(yīng)于光接收機裝置組5a-5n的多個或門電路7a-7n輸出到發(fā)射機9。發(fā)射機9向飛機12發(fā)射以這些探測信號105a-105n為基礎(chǔ)的監(jiān)視空間通過信息，能夠間斷或連續(xù)地形成監(jiān)視空間28a-28f，監(jiān)視空間28a-28f包括在進場著陸航跡中的主要位置，如最低進場著陸高度(判斷高度判斷高度范疇I20a和判斷高度范疇II20b)、基準(zhǔn)點20C、拉平高度和脫離偏斜高度，能夠隨時探測飛機12通過的監(jiān)視空間28a-28f，并能夠向飛機關(guān)12發(fā)射通過信息。
由于能夠間斷或連續(xù)地形成包括在進場著陸航跡中的主要位置的監(jiān)視空間28a-28f，能夠隨時向飛機發(fā)射監(jiān)視空間通過信息，所以由GPS根據(jù)那個信息補償三維測量精度，在天氣差的情況下，用GPS能完成高等級的著陸。
在此情況下，由于相互配對的多個光發(fā)射裝置組4a-4n和多個光接收裝置組5a-5n是分別相互被同步驅(qū)動的，在具有光發(fā)射角Φ1-Φn范圍內(nèi)相同光發(fā)射角的多個光發(fā)射裝置4a-i-4n-i中的每一對，使用與其它各對不同頻率的脈沖調(diào)制光，所以它們受外界干據(jù)光的影響很小。
由于探測了自多個光發(fā)射裝置組4a-4n發(fā)射的脈沖調(diào)制光102a-102n在飛機12上反射給出的反射光103a-103n，這個探測是以是否有一輸入信號進入多個光接收裝置組5a-5n為基礎(chǔ)，多個光接收裝置組5a-5n是設(shè)置在垂直于跑道11中心線21的延長線27的方向上，以使它們中的每個可以與多個光發(fā)射裝置組4a-4n中的一個對稱并可以配對，所以垂直結(jié)構(gòu)是不必要的，而且它可以輕易地滿足著陸地區(qū)、著陸表面、過渡面和類似的在國際民航附錄10中規(guī)定情況的不同要求。
另外，對飛機著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，通過使用與GPS結(jié)合的本發(fā)明的監(jiān)視空間通過探測裝置，能夠用GPS根據(jù)這通過信息補償三維測量的精度，并能在壞天氣下，由GPS完成高等級著陸。
權(quán)利要求
1.一種用于探測飛行物體已通過監(jiān)視空間的裝置，它包括多個光發(fā)射裝置組，光發(fā)射裝置組包括多個在與跑道中心線垂直方面上設(shè)置的光發(fā)射裝置，且它們的光發(fā)射角各不相同；一第一控制器，用于控制所述的多個光發(fā)射裝置組，以使分別包括在所述多個光發(fā)射裝置組中的具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置，能夠在同一時間發(fā)射光，而分別包括在所述多個光發(fā)射組中的具有不同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置能夠逐一地發(fā)射光；多個光接收裝置組，光接收裝置組包括多個光接收裝置，多個光接收裝置分別設(shè)置在與分別包括在多個光發(fā)射組所述光發(fā)射裝置相對應(yīng)位置，并接收自所述多個光發(fā)射裝置發(fā)射的光在通過一預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視空間的飛行物體上的反射光；一第二控制器，用于控制所述的多個光接收裝置組，以使接收對應(yīng)于來自具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置發(fā)射光的反射光光接收裝置能夠被同時操作，而接收對應(yīng)于來自具有不同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置發(fā)射光的反射光光接收裝置可以逐一操作；及一用于輸出通過探測信號的探測器，探測信號在至少一個所述多個光接收裝置已接收到反射光時，示出所述飛行物體已通過的所述監(jiān)視空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括用于向所述飛行物體發(fā)射所述探測器輸出的所述通過探測信號的一發(fā)射機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括在各所述多個光接收裝置組中的各所述光接收裝置設(shè)置在這樣的位置，當(dāng)所述飛行物體通過在所述監(jiān)視空間內(nèi)一特別位置時，在這個位置上它僅能接收自對應(yīng)于所述的光接收裝置的一個光發(fā)射裝置發(fā)射的光在所述飛行物體上反射得到的反射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一控制器控制所述多個光發(fā)射裝置，以便從所述監(jiān)視空間上限高度到下限高度垂直地掃描所述監(jiān)視空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于當(dāng)用所述多個光發(fā)射裝置從上限到下限掃描所述監(jiān)視空間時，對應(yīng)于用所述第一控制器對所述光發(fā)射裝置的控制，所述第二控制器控制所述多個光接收裝置，以便于接收來自所述飛行物體通過所述監(jiān)視空間時的反射光。
6.根據(jù)權(quán)利要示1所述的裝置，其特征在于所述的監(jiān)視空間是預(yù)先間斷設(shè)置的，以使在所述飛行物體的進場著陸航跡上至少包括最低進場高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的監(jiān)視空間是預(yù)先連續(xù)設(shè)置的，以使在所述下行物體的進場著陸航跡上至少包括最低進場高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，裝置，其特征在于設(shè)置所述的監(jiān)視空間，以便在所述的飛行物體的進場著陸航跡上包括最低進場高度、一基準(zhǔn)點、一拉面開始高度和一脫離傾斜開始高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的多個光發(fā)射裝置是以一預(yù)定的間隔設(shè)置在地面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于分別包括在所述多個光發(fā)射裝置中的相互間具有相同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置是以可探測最小飛行物體在光發(fā)射裝置設(shè)置的方向上寬度的1/10左右的間隔設(shè)置的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的包括在一個所述的光發(fā)射裝置組中的彼此相鄰設(shè)置的光發(fā)射裝置是以可探測最小飛行物在垂直于地面的方向上寬度的1/10左右的間隔設(shè)置的。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的第一控制器包括一用于輸出脈沖信號的脈沖發(fā)生器；多個脈沖調(diào)制器，設(shè)置為分別對應(yīng)于多個光發(fā)射裝置，并驅(qū)動所述對應(yīng)的光發(fā)射裝置；多個轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，設(shè)置為分別對應(yīng)于所述多個脈沖調(diào)制器，并以預(yù)先設(shè)定的分級間隔向所述對應(yīng)的脈沖調(diào)制器輸送所述脈沖信號，以使所述多個光發(fā)射裝置可以自上限高度到下限高度掃描所述監(jiān)視空間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述的各脈沖調(diào)制器包括一開關(guān)電路，它在所述轉(zhuǎn)換開關(guān)電路輸出的脈沖信號的基礎(chǔ)上，開關(guān)控制所述相應(yīng)的光發(fā)射裝置；一反饋控制電路，它用所述光發(fā)射裝置輸出的發(fā)射光作為一輸入光學(xué)信號，并在這光學(xué)信號信號電平的基礎(chǔ)上控制所述光學(xué)發(fā)射裝置的輸出電平。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述第二控制器包括多個光學(xué)接收機，它們分別對應(yīng)于所述多個脈沖調(diào)制器設(shè)置，并與所述脈沖調(diào)制器輸出的脈沖信號同步地進行所述相應(yīng)光接收裝置的輸出的電流—電壓轉(zhuǎn)換，然后輸出數(shù)字信號；一或門電路，用于根據(jù)來自所述多個光學(xué)接收機中的至少一個輸出來探測飛行物體已通過所述監(jiān)視空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)接收機包括一個放大器，它進行來自所述相應(yīng)光接收裝置輸出的電流—電壓轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換后的信號電平放大到一需要的電平；一從頻率上分離所述放大器放大后的信號的帶通濾波器；一門電路，用于與所述相應(yīng)脈沖調(diào)制器輸出的脈沖信號同步地輸出來自所述帶通濾波器輸出的信號；一用于全波整流所述門電路輸出信號的整流電路；一用于所述整流電路全波整流后信號的整形的波形整形電路；一轉(zhuǎn)換電路，用于將整形后信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號并將它輸出。
全文摘要
探測飛行物已通過監(jiān)視空間的裝置，包括垂直于跑道中心線方向設(shè)置的多個光發(fā)射裝置組；第一控制裝置，用于控制具有相同或不同光發(fā)射角的光發(fā)射裝置按設(shè)置發(fā)射光；多個包括與多個光發(fā)射裝置對應(yīng)的多個接收裝置的光接收裝置組；第二控制器，用于控制多個光接收裝置組，以使光接收裝置按照不同的情況接收相應(yīng)光發(fā)射裝置發(fā)射光的反射光；探測器，在至少一個光接收裝置收到飛行物反射光時，輸出表示通過監(jiān)視空間的通過探測信號。
文檔編號G01S17/00GK1160210SQ97100049
公開日1997年9月24日 申請日期1997年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月8日
發(fā)明者植村敏美 申請人:日本電氣株式會社