ИНТЕГРИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИНДИКАТОР

Изобретение относится к области бортовых многофункциональных индикаторов, в частности к внутрикабинным приборам электронной индикации параметров летательного аппарата, бортового оборудования, радиолокационной обстановки.

Известен многофункциональный индикатор, описанный в патенте РФ №2181093. Данный индикатор выполнен на жидкокристаллическом экране и включает блок управления режимами работы, магистраль информационного обмена, вычислительные модули базы исходных данных, управления устройствами экрана, формирования индикационных кадров, ввода-вывода управления информационным обменом, формирования перевернутых индикационных кадров, синтезирования бортовых приборов, синтезирования многофункционального пульта управления, формирования изображений, совмещенных с аэронавигационной картой местности, формирования комбинированных изображений.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности в представлении информации на экране индикатора.

Наиболее близким аналогом является авиационный многофункциональный индикатор, описанный в патенте РФ №2287459.

Индикатор содержит жидкокристаллический экран, блок управления режимами работы, взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена вычислительные модули базы исходных данных, ввода-вывода-управления информационным обменом, блок управления режимами работы соединен с устройством ввода-вывода-управления информационным обменом, устройство сглаживания изображений, подключенное входами-выходами к магистрали информационного обмена, адаптер информации о рельефе земной поверхности, адаптер телевизионной информации, адаптер радиолокационной метеоинформации, устройство совмещения и наложения изображений, которое своими входами-выходами дополнительно соединено с жидкокристаллическим экраном, блоком датчиков и органов управления, блоком исполнительных устройств, а видеомагистралью с графическим процессором и магистралью видеоинформации фонового изображения с адаптерами информации о рельефе земной поверхности, телевизионной информации, радиолокационной метеоинформации, причем, устройство сглаживания изображений соединено с устройством графического процессора.

Данный индикатор обладает расширенными функциональными возможностями по сравнению с предыдущим аналогом. Однако в нем не предусмотрена возможность автономного измерения, вычисления аэрометрических параметров летательного аппарата и его пространственной ориентации.

Задачей изобретения является создание интегрированного авиационного многофункционального индикатора, обладающего кроме традиционных функций дополнительными функциями систем СВС и БИНС.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей индикатора.

Функциональные возможности заявляемого индикатора расширены путем введения в него дополнительных устройств автономного измерения и вычисления (непосредственно в индикаторе) аэрометрических параметров летательного аппарата, его пространственной ориентации, текущего местонахождения, отклонения летательного аппарата от линии заданного пути и отображения этих параметров на экране ЖКИ.

Достигается указанный результат тем, что авиационный многофункциональный индикатор, содержащий жидкокристаллический экран, блок датчиков параметров жидкокристаллического экрана, блок исполнительных устройств, устройство графического процессора, устройство сглаживания изображения, блок исходных данных, устройство адаптера ввода-вывода и управления информационным обменом, адаптер радиолокационной метеоинформации, адаптер радиолокационной информации земной поверхности, адаптер телевизионной информации, магистраль командно-информационного обмена, магистраль обмена видеоинформацией фонового изображения, дополнительно содержит устройство измерения аэродинамических параметров УИАП, устройство пространственной ориентации (гировертикаль) УПО и устройство определения текущего местоположения УОТМ.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого индикатора, на которой обозначены:

1 - жидкокристаллический экран ЖКЭ,

2 - блок датчиков параметров ЖКЭ и органов управления БД,

3 - блок исполнительных устройств БИУ,

4 - устройство графического процессора УГП,

5 - блок управления режимами работы БУР,

6 - адаптер ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ,

7 - блок исходных данных БИД,

8 - устройство сглаживания изображений УСИ,

9 - магистраль командно-информационного обмена МКИО,

10 - адаптер радиолокационной метеоинформации АРМ,

11 - адаптер информации о рельефе земной поверхности АРЗ,

12 - адаптер телевизионной информации АТИ,

13 - магистраль видеоинформации фонового изображения МВФИ,

14 - устройство измерения аэродинамических параметров УИАП,

15 - устройство пространственной ориентации (гировертикаль) УПО,

16 - устройство определения текущего местоположения УОТМ.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства измерения аэродинамических параметров УИАП 14 и его связь с адаптером ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ 6 (фиг 1.), где обозначено:

Р_п - полное давление потока;

Р_д - статическое давление;

Т_п - температура полного торможения потока;

6 - адаптер ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ;

14 - устройство измерения аэродинамических параметров УИАП,

17 - датчик полного давления ДД р_п;

18 - датчик статического давления ДД р_ст;

19 - устройство обработки и преобразования сигналов УОПС.

ЖКЭ 1 реализован на полноцветной активно-матричной жидкокристаллической панели.

Блок датчиков параметров жидкокристаллического экрана и органов управления БД 2 состоит из фотодатчиков внешней освещенности, термодатчиков ЖКЭ 1, термодатчиков устройства подсвета, термодатчиков внутреннего объема индикатора, регуляторов яркости подсвета и яркости фонового изображения.

Блок исполнительных устройств БИУ 3 состоит из устройства светодиодного подсвета, нагревателя ЖКЭ 1, электровентиляторов принудительного охлаждения.

Устройство графического процессора УГП 4 является вычислительным блоком, построенным на основе видеографического процессора и устройства совмещения и наложения изображений, и связано входами-выходами 1 с магистралью МКИО 9, входами 2 с магистралью МВФИ 13, входами 3 с блоком исходных данных БИД 7, входами-выходами 4 с устройством сглаживания изображения УСИ 8, предназначенным для формирования массива графических видеоданных в формате ЖКЭ 1 и позволяющим осуществлять формирование наложенных изображений, например, метеоизображение с курсом или телевизионную информацию с графической, а также совмещение изображений от различных источников информации и позиционирование фрагментов изображения на экране для реализации режима мультиэкрана, наложение одного изображения на другое в полупрозрачном режиме, а также построение линии заданного пути на основании данных аэронавигационной базы данных.

Блок управления режимами работы БУР 5 представляет собой многофункциональный пульт управления из расположенных по периметру ЖКЭ-1 кнопок, энкодеров, предназначенных для ввода параметров и четырехпозиционного переключателя (джойстика). В состав БУР 5 входит устройство опроса органов управления, устройство обработки положения органов управления и контроллер канала передачи данных.

Адаптер ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ 6 является вычислительным блоком, построенным на основе процессора, и включает в свой состав контроллеры входных и выходных каналов связи с бортовой аппаратурой и сопрягаемой наземной аппаратурой. Процессор осуществляет первичную обработку информации, поступающей по последовательным каналам связи с сопрягаемой бортовой и наземной аппаратурой, выделение параметрической информации для передачи в графический процессор. Связанный входами-выходами 1 с МКИО 9 процессор осуществляет конфигурирование устройств, входящих в состав многофункционального индикатора, производит тестирование и начальную установку аппаратных средств, определяет режим функционирования индикатора, устанавливает масштаб и координаты изображения на экране в вычислительных устройствах АРМ, АРЗ, АТИ. Кроме того, связанный входами-выходами 4 с УИАП 14, входами-выходами 5 с УПО 15 и входами-выходами 2 с УОТМ 16 адаптер производит накопление, фильтрацию и обработку первичной параметрической информации, а также вычисление производных величин и передачу сформированных данных по МКИО 9.

Блок исходных данных БИД 7 представляет собой перепрограммируемое устройство памяти, включающее контроллер канала, состоящее из двух функциональных узлов: первого функционального узла, предназначенного для хранения изображений примитивов (дуг, шкал, символов, изображений приборов и т.д.), и второго функционального узла, представляющего собой аэронавигационную базу данных, содержащую необходимую информацию для реализации всех основных участков маршрута полета, предусмотренных ARINC-424.

Устройство сглаживания изображений УСИ 8 представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, предназначенных для улучшения динамических свойств при отображении подвижных объектов.

Магистраль командно-информационного обмена МКИО 9 - магистраль типа PCI.

Адаптер радиолокационной метеоинформации АРМ 10, адаптер информации о рельефе земной поверхности АРЗ 11, адаптер телевизионной информации АТИ 12 представляют собой вычислительные блоки, связанные входами-выходами 1 с магистралью командно-информационного обмена МКИО 9 и входами-выходами 2 с магистралью видеоинформации фонового изображения МВФИ 13. Эти адаптеры формируют массивы видеоданных фонового изображения в формате ЖКЭ 1. По командам с адаптера ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ 6 адаптеры способны реконфигурироваться (при изменении источника сигнала), масштабировать изображение, изменять яркость фонового изображения по отношению к графическому изображению.

Магистраль видеоинформации фонового изображения МВФИ 13 - цифровая магистраль обмена видеоинформацией.

Устройство измерения аэродинамических параметров УИАП 14 представляет собой устройство, содержащее датчики полного и статического давления, соединенные трубопроводами соответственно с бортовыми зондами полного и статического давления, с электронным устройством обработки и преобразования сигналов (измеренных давлений), построенном на основе микроконтроллера.

Устройство пространственной ориентации (гировертикаль) УПО 15 построено на основе микромеханических, гирометрических и акселерометрических инерциальных датчиков и включает устройство обработки и вычисления пространственного положения (углы крена и тангажа), построенное на основе процессора.

Устройство определения текущего местоположения УОТМ 16 построено на основе модуля приема спутниковой информации системы ГЛОНАСС/GPS, обеспечивающей определение текущих значений координат (широта, долгота, высота), вектора скорости и текущего времени.

Заложенные в индикаторе функциональные устройства позволяют ему выполнять кроме традиционных функций многофункционального индикатора дополнительные функции измерительных систем СВС и БИНС, т.е. функции интегрированной пилотажно-навигационной системы (ИПНС).

Работа интегрированного многофункционального индикатора начинается с инициализации аппаратных средств, по окончании инициализации индикатор переходит в режим тестирования встроенными средствами контроля. Результаты контроля по МКИО 9 выдаются в АВВУ 6. При отрицательных результатах контроля индикатор формирует информацию об отказе в каналы связи с бортовым оборудованием. При положительных результатах контроля блоки, входящие в состав индикатора, переводятся в рабочий режим, задаваемый по МКИО 9. В зависимости от набора разовых команд и информации в линиях связи АВВУ 6 выбирает программу функционирования индикатора и устанавливает режимы функционирования узлов и блоков.

В процессе полета сигналы от встроенных в устройство измерения аэродинамических параметров УИАП 14 датчиков полного и статического давлений 17 и 18 и с датчика температуры полного торможения потока (не входит в состав индикатора) поступают в устройство обработки и преобразования сигналов УОПС 19 (фиг.2). Устройство УОПС обрабатывает эти сигналы, вычисляет полное Р_п и статическое Р_ст давления и температуру торможения потока (Т_п), а также корректирует сигналы с датчиков давлений в зависимости от температуры полного торможения. Скорректированные сигналы давлений (Р_п, Р_ст) и сигнал Т_п из УОПС по кодовой линии связи (канал RS-232) поступают на адаптер ввода-вывода-управления информационным обменом АВВУ 6, на основе полученных сигналов с блока УОПС 19 вычислитель адаптера вычисляет по известным зависимостям основные пилотажные параметры: приборную скорость V_пр, истинную скорость V_ист, абсолютную высоту Н_абс, относительную высоту Н_отн, вертикальную скорость V_в, температуру наружного воздуха Т_ст и число М.

Вычислитель АВВУ 6 также проводит фильтрацию, обработку, накопление информации, поступающей по последовательным каналам связи от УИАП 14 и УПО 15, производит преобразование вычисленных данных о скорости, барометрической высоте, вертикальной скорости, температуре наружного воздуха и числе М, вычисленного пространственного положения летательного аппарата (углы крена и тангажа) по осям X, Y, Z и гироскопического курса в форму, удобную для индикации, и выдает их по магистрали информационного обмена МКИО 9 в устройство графического процессора 4.

Данные СНС из УОТМ 16, бортового (или встроенного в индикатор) магнитного зонда и радиосредств поступают на АВВУ 6, вычислитель которого преобразует полученные сигналы в нужную форму и передает их в устройство УПО 15. УПО 15 содержит вычислительные средства, с помощью которых осуществляется корректировка пространственного положения ЛА с учетом полученных данных от СНС. Сигналы скорректированных параметров пространственного положения из УПО 15 поступают в устройство ввода-вывода АВВУ 6, вычислитель которого преобразует полученные сигналы и сигналы вычисленных пилотажных параметров (V_пр, V_ист, Н_абс, H_отн, V_в, Т_ст, число М) в форму, удобную для индикации, и выдает их по магистрали информационного обмена МКИО 9 в графический процессор 4.

При исполнении индикатора со встроенным в него магнитным зондом работа в части коррекции курса осуществляется по информации со встроенного магнитного зонда, данные с которого поступают в устройство ввода-вывода АВВУ 6 и далее в модуль УПО 15, где осуществляется процесс коррекции курса (гиромагнитный курс). Сигналы скорректированного гиромагнитного курса по магнитным данным со встроенного в систему магнитного зонда (также как и при коррекции курса от бортового магнитного зонда) поступают обратно в устройство ввода-вывода АВВУ 6, вычислитель которого преобразует скорректированные сигналы в нужную форму и передает их по магистрали информационного обмена МКИО 9 и далее в графический процессор 4. Сигналы с СНС и магнитного зонда используются в заявляемом индикаторе для коррекции соответственно основных пилотажно-навигационных параметров ЛА, измеренных и вычисленных датчиками, размещенными в автономных устройствах измерения аэродинамических параметров УИАП 14 и пространственной ориентации УПО 15. При этом преимущество отдается сигналам от работающей спутниковой навигационной системы СНС. При пропадании сигнала от СНС используются выходные данные устройства измерения аэродинамических параметров УИАП 14, а вычисленный гироскопический курс корректируется с использованием информации от магнитного зонда (гиромагнитный курс), причем магнитный зонд может быть как внешним по отношению к индикатору (бортовой магнитный зонд), так и встроенным в него. В блоке АТИ 12 производится установка количества принимаемых линий и стандарт принимаемой информации, так же устанавливается предварительный формат изображения и базовая точка на экране индикатора. В блоках АРЗ 11 и АРМ 10 производится установка режима отображения информации (сектор, полукруг и др.), базовая точка отображения информации на экране индикатора и формат фонового изображения. После окончания установок АВВУ 6 переходит в режим приема информации от бортового оборудования, проводит первичную обработку полученной информации, передает по МКИО 9 в УГП 4 параметрическую информацию. УГП 4 на основании полученной информации от АВВУ 6 формирует в видео ОЗУ информацию, эквивалентную изображению на экране индикатора. С целью исключения динамического дрейфа перемещающихся фрагментов изображения и облегчения восприятия наклонных линий в состав индикатора введено устройство сглаживания изображения УСИ 8.

Адаптеры АТИ 12, АРЗ 11, АРМ 10, получая информацию по собственным линиям связи, производят обработку получаемой информации и выдают информацию по МВФИ 13 в устройство накопления фоновой информации, входящее в состав графического процессора УГП 4. УГП 4 выбирает алгоритм управления блоком исполнительных устройств БИУ 3 на основании информации, полученной от БД 2, кроме этого, по командам от АВВУ 6, получаемым по МКИО 9, формирует из информации, получаемой по МВФИ 13 и МКИО 9, изображение на экране индикатора в требуемом виде, реализует режим мультиоконного изображения, когда на экран индикатора одновременно выводится информация от различных источников, т.е. осуществляет наложение изображений, формирование полупрозрачного режима отображения при наложении изображений.

Управление режимами индикатора может осуществляться как по линиям связи с бортовым оборудованием, так и от устройства ввода параметров и управления режимами БУР 5. При помощи БУР 5 осуществляется также ввод параметров, например, заданной скорости, давление у земли и др. Информация о состоянии БУР 5 через АВВУ 6 выдается по линиям связи в сопрягаемое с ним бортовое оборудование.

Кроме того, при подключении к наземной аппаратуре АВВУ 6 через адаптер ввода аэронавигационной базы данных, входящий в состав АВВУ 6, производит обновление аэронавигационной базы данных, хранящейся во втором функциональном узле БИД 7, обновление которой производится в соответствии с циклом AIRAC каждые 28 дней.

Индикатор имеет возможность взаимодействия с радиосистемой ближней и дальней навигации и осуществлять радионавигацию, при этом на экране ЖК-индикатора индицируется:

- направление на маяки,

- дальность до маяков.

Индикатор также имеет возможность взаимодействовать с приводными радиомаяками и осуществлять заход на посадку по глиссаде.

Кроме того, система позволяет осуществлять пилотирование ЛА по заданному маршруту с использованием планируемых промежуточных пунктов маршрута ППМ.

Наличие в заявляемом интегрированном многофункциональном индикаторе устройств измерения аэродинамических параметров УИАП 14 и пространственной ориентации (гировертикаль) УПО 15 позволяет автономно осуществлять измерение, вычислять по известным зависимостям приборную скорость, истинную скорость, барометрическую высоту, вертикальную скорость, число М, углы крена, тангажа, магнитного курса и их индикацию, что расширяет функциональные возможности индикатора, а также позволяет значительно снизить массу бортового оборудования летательного аппарата. Кроме того, при наличии на борту л.а. систем СВС и БИНС в качестве штатного оборудования, заявляемый индикатор способен принимать и индицировать информацию с указанных систем, при этом встроенные в индикатор пилотажно-навигационные устройства выступают в качестве резервных, что в конечном итоге повышает надежность пилотирования летательного аппарата.

Источники информации

1. Патент РФ №2181093 «Авиационный многофункциональный индикатор», B64D 45/00, G01C 21/00, 2002.

2. Патент РФ №2287459 «Авиационный многофункциональный индикатор», B64D 45/00, G01C 21/00, 2006.