Popis simulinkovského bloku pro výpočet NED pozice a signálů ILS

ILS & VOR
SRL – Systémy řízení letu
Ing. Martin Hromčík, Ph.D., [email protected]; Ing. Pavel Hospodář, [email protected]
České vysoké učení technické v Praze, fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
1.
Popis simulinkového bloku ILS
Hlavní funkce bloku ILS je výpočet signálů pro krytí a vedení letadla před přistáním. Blok také
počítá společné vlastnosti, které poskytují více informací o pozici letadla, respektující pozici VPD a
umístění radiomajáků GS a LOC.
Rovnice
Proud v ILS indikátorech v kokpitu letadla [µA] :
iGS = S GS ⋅ ε GS
i LOC = S LOC ⋅ ΓLOC
Úhlová odchylka mezi jmenovitým úhlem a pozicí letadla [rad]:
ε GS = γ GS + arctan
ΓLOC = arcsin
Hf
RGS
d LOC
R LOC
X a Y souřadnice letadla, respektující pozici VPD [m]:
x f = (xe − x RW ) cos ψ RW + ( ye − y RW ) sinψ RW
y f = −(xe − x RW ) sinψ RW + ( ye − y RW ) cos ψ RW
Výška letadla nad prahem VDP [m]:
H f = H − H RW
Tečná vzdálenost letadla od sestupového paprsku [m]:
(
)
d GS = RGS tan γ GS + H f cos γ GS
Vzdálenost letadla od antény GS a LOC [m]:
RGS =
RLOC =
(xGS − x f )2 + (y GS − y f )2
(
y f + x LOC − x f
2
)2
Dva flagy, které určují, zda glideslope a localizer-signály mohou vysílány s postačující
přesností. GS a LOC signál je platný, pokud je hodnota flagu 1. Když je hodnota nulová tak
se letadlo nachází mimo oblast dosahu radiomajáku.
1
Vstupy
u ils = [x e
H]
T
ye
Výstupy
[
= [ε
=[x
]
y ils = i gs
iloc
y ils
Γloc
]
yf
Hf
y ils
gs
f
souřadnice letadla a výška
T
proud v ILS indikátorech v kokpitu letadla
T
úhlová odchylka mezi jmenovitým úhlem a pozicí letadla
d gs
Rgs
Rloc
]
T
vzdálenost letadla při závěrečném přiblížení
y ils = [ GS _ flag LOC _ flag ]
T
1
uils =
[xe,ye,H]'
flagy definující platnost ILS signálů
u[1]*cos_psiRW+u[2]*sin_psiRW
xf
-u[1]*sin_psiRW+u[2]*cos_psiRW
Demux
Mux
[xf y f Hf ]'
Mux
yf
4
Hf
yils3
RWpos cnst
RW
Workspace
sqrt((xgs-u[1])^2 + (-ygs+u[2])^2)
Rgs
Mux
gamgs + atan(u[3]/u[4])
Mux
2
epsilon gs
yils2
(u[4]*tan_gamgs + u[3]) * cos_gamgs
dgs
sqrt(u[2]^2 + (xloc - u[1])^2)
Rloc
Sgs
igs
+/- 150 e-6A
Mux
asin(u[2]/u[4])
Sloc
Gamma loc
Mux
Mux
1
iloc
yils1
+/- 150 e-6A
asin((u[2]-ygs)/u[4])
Gamma gs
Mux
ILS coverage
test (LOC & GS)
3
ILStest
yils4
vnitřní schéma simulinkového bloku ILS
Parametry
Uživatel musí definovat následující parametry dvojklikem na blok ILS:
Kurz vzletové a přistávací dráhy ψ RW
Vzdálenost xRW, yRW a HRW od os RW s respektováním zemských souřadnic
Vzdálenost xLOC od prahu VPD k anténě LOC, měřená v ose dráhy
Vzdálenost xGS od prahu VPD k anténě GS, měřená v ose dráhy
Vzdálenost yGS od středu dráhy k anténě GS
Jmenovitý úhel sestupu antény GS γ GS
2
2.
Popis simulinkového bloku VOR
Hlavní funkce bloku VOR je výpočet signálu, které letadlo přijímá pokud se nachází v dosahu
VOR radiomajáku. Blok také počítá vlastnosti, které poskytují více informací o pozici letadla,
respektující pozici letadla a umístění radiomajáku VOR.
Rovnice
Kurzová odchylka [rad]:
 y − yVOR
QDR = arctan  e
 x e − xVOR



Úhlová odchylka od trati [rad]:
ΓVOR = CD − QDR
Vzd8lenost letadla od radiomajáku [m]:
RVOR =
(xe − xVOR )2 + ( ye − yVOR )2
Příznak, zda se letadlo nachází v zóně, kde již není správný signál od VORu:
 H − H VOR
 RVOR
ξ = arctan 

 ≤ 90° − (40° : 60°)

Dosah radiomajáku pro danou výšku [m]:
(
Range = 1000 * − 2,3570 ⋅ 10− 60 ⋅ (H − HVOR ) + 5,7087 ⋅ 10− 2 ⋅ (H − HVOR ) + 80,8612
2
)
Vstupy
u ils = [x e
ye
H]
T
souřadnice letadla a výška
kurz letu
Ψ
Výstupy
y VOR = ΓVOR
úhlová odchylka od trati
y VOR = RVOR
pozemní vzdálenost letadla od radiomajáku
y ils = [ přřízna kužele ticha
přřízna dosahu]
T
y VOR = TO / FROM
příznaky dosahu
příznak definující let TO/FROM
Parametry
Uživatel musí definovat X, Y a H pozici majáku VOR a radiál letu.
3
1
2
psi
uVOR
1
uvor=
[xe ye H]'
abs(u[1]) > (pi/2)
Gamma_VOR
QDR
CD
QDR
4
yvor 4
1 = to, 0 = from
1
yvor 1
+/- 10 deg
CD (const.)
tan
Trigonometric
Function
Product
sqrt((u[1]-xVOR)^2+(u[2]-yVOR)^2)
Mux
R_VOR
2
yvor 2
R _VOR
Convert
c.o.s. flag
uVOR
Data Type
Conversion
Cone of silence flag
1000*(-2.3570*10^(-6)*(u[3]-HVOR)^2 + 5.7087*10^(-2)*(u[3]-HVOR) + 80.8612)
VOR-Range approximation
Mux
u[2]>u[1]
Convert
Range-flag
Data Type
Conversion 1
vnitřní schéma simulinkového blokuVOR
4
Mux
3
yvor 3
3.
Výpočet souřadnic NED systému
Simulinkový blok NED system počítá pozici letadla v metrech od počáteční hodnoty. Tyto
vzdálenosti se pak používají pro výpočet ILS/VOR signálů a pro popis pohybu letadla.
Rovnice
Lineární rychlosti pohybu [m/s]:
x& = v ⋅ cos(θ − α ) ⋅ cos(ψ − β )
y& = v ⋅ cos(θ − α ) ⋅ sin (ψ − β )
h& = v ⋅ cos(θ − α )
Poloha letadla vůči počáteční pozici [m]:
x(t ) = ∫ v (t ) ⋅ cos(θ (t ) − α (t )) ⋅ cos(ψ (t ) − β (t )).dt
y (t ) = ∫ v (t ) ⋅ cos(θ (t ) − α (t )) ⋅ sin (ψ (t ) − β (t )).dt
h(t ) = ∫ v (t ) ⋅ cos(θ (t ) − α (t )).dt
Vstupy
u NED = [v θ α ψ
β ]T
letadlové veličiny (rychlost, podélný sklon, úhel náběhu,
kurz, úhel vybočení)
Výstupy
y NED = [vN
vE
vD ]
rychlosti situované: sever; východ; klesání
y NED = [xN
yE
H]
pozice letadla
T
T
Parametry
Uživatel musí definovat následující parametry dvojklikem na blok NED:
Počáteční rychlost v0
Počáteční pozici [xN yE H0]
v0
1
v
2
cos
pitch
3
alpha
Product
sin
1
Vel_NED
4
1
s
cos
yaw
5
beta
Product1
sin
Product3
Simulinkové schéma bloku NED
5
2
NED