用于直升飞机的接近警报系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201210537489.7 | 申请日 | 2012-12-13 | 公开(公告)号 | CN103185884A | 公开(公告)日 | 2013-07-03 |
| 申请人 | 尤洛考普特德国有限公司; | 发明人 | W·克赖特梅尔-斯特克; T·万得尔斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于直升飞机（22）的接近警报系统，该接近警报系统包括至少两个雷达单元（1-3）、较佳地是三个雷达单元（1-3），这些雷达单元设置成传输 微波 并且接收所述微波从障碍物（10）的反射。至少两个雷达单元（1-3）固定在直升飞机（22）的主旋翼头部（20）附近，用以 水 平地扫描直升飞机（22）周围的整个360°环境，所有的所述至少两个雷达单元（1-3）都基本上以相同的 频率 操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于直升飞机的接近警报系统，所述接近警报系统包括顶板结构、主旋翼、主旋翼头部、标准外壳以及至少两个雷达单元，所述至少两个雷达单元设置成传输微波并接收所述微波从障碍物的反射；其中，所述至少两个雷达单元在所述直升飞机的主旋翼头部附近结合到所述直升飞机顶部的整流罩上或者固定地安装在固定于所述直升飞机的顶板结构的主旋翼头部下方的所述标准外壳中，用以对所述直升飞机周围的整个360°环境进行水平扫描，所有的所述至少两个雷达单元基本上以相同的基频操作或者交替地以不同的基频操作。 |
||||||
| 说明书全文 | 用于直升飞机的接近警报系统技术领域背景技术[0002] 需要一种直升飞机障碍探测和旋翼撞击警报系统。 [0003] 文献DE4328573A1披露了一种全天候的观测系统，该观测系统将来自带有导航的、基于ROSAR的雷达传感器的信息与飞行控制信息组合起来，从而为飞行员提供综合的视野。在该情形中，雷达利用转动臂的转动运动，转动臂在该情形中呈安装在旋翼轴线上方的绞盘（星轮）的形式，并且转动臂由空气动力学成形本体（天线罩）保护而不受空气动力的影响。雷达发射器以及雷达接收器定位在旋翼头部上。 [0004] 文献WO2011136707A1披露了一种直升飞机障碍探测和信息系统，该系统设置成发出激光并接收从障碍物反射的激光，用以探测并告知直升飞机的飞行员直升飞机附近的障碍物。该系统包括障碍探测传感器单元，该障碍探测传感器单元设置成安装在直升飞机的旋翼头部上，使得所述障碍探测传感器单元设置成随着所述旋翼头部转动。该系统还包括信息单元。发出的激光设置成覆盖旋翼头部轴线周围的扇形容积，该扇形容积具有限定为围绕所述旋翼头部轴线的扇形平面中的径向部分（R1、R2）以及垂直于所述扇形平面的角形部分的覆盖范围。通信装置设置成在所述传感器单元和所述信息单元之间进行通信。 [0005] 文献DE102006053354A1披露了一种具有雷达传感器（RS0、RSm、RS(m+1)、RSn）的系统，将信号传输至探测和评估单元，在此这些信号代表距离信息。探测和评估单元在处理该信息并且将该信息与预设警报阈值进行比较之后将这些信号显示在驾驶舱显示器上。这些传感器利用短距离和长距离波长来分别对直升飞机内部、后方和侧方的球域以及直升飞机前方的球域进行扫描。显示在驾驶舱显示器上的、有关障碍物的信息受到多个扇形区中距离的限制。通过飞行器之间用于识别和区分的信号来确定覆盖区域。 [0006] 文献DE 10 015 164 A1披露了一种利用传感器在直升飞机中操作具有激光雷达的直升飞机雷达。传感器数据与记录在机载固有数据库中的数据合并，因此飞行路径和降落位置显示在虚拟驾驶舱显示器中。该方法包括利用传感器在直升飞机中操作具有激光雷达的直升飞机雷达。传感器数据与记录在机载固有数据库中的数据合并，因此飞行路径和降落位置显示在虚拟驾驶舱显示器中。 [0007] 文献WO2007/024635 A2披露了一种障碍回避系统，该系统包括输入控制装置、传感器套件以及通信反馈回路。输入控制装置较佳地可操作来产生第一力，同时传感器套件构造成探测附近的障碍物，且通信反馈回路与输入控制装置和传感器套件进行通信，使得所述通信反馈回路可操作以响应于附近障碍物的探测而产生指令信号。较佳地，障碍物回避系统结合诸如旋翼飞行器之类设备而使用。 发明内容[0009] 本发明的目的是提供一种用于直升飞机的改进接近警报系统，既用于具有单个主旋翼的直升飞机又用于具有双/串联主旋翼的直升飞机。 [0011] 根据本发明，用于直升飞机的接近警报系统包括顶板结构、主旋翼、主旋翼头部、标准外壳以及至少两个、较佳三个雷达单元，这些雷达单元设置成传输微波并且接收所述微波从障碍物的反射。至少对于本发明接近警报系统的雷达单元来说，标准外壳是雷达透射的。用于本发明的接近警报系统的雷达单元的数量并不受限。至少两个雷达单元靠近直升飞机的主旋翼头部固定，用以水平地扫描直升飞机周围的整个360°环境。所有这些雷达单元都基本上以相同的频率操作。本发明允许以360°水平覆盖来探测障碍物，因此监测直升飞机周围的整个区域。利用雷达信号而非激光信号提高了穿透雾、雨、降雪以及灰暗/大暴风雪条件的可能性。本发明接近警报系统提供了有关某些射束方向的障碍物以及这些障碍物距离的结果。本发明的接近警报系统提供了用于解决雷达单元的盲区的技术。本发明的接近警报系统与本领域已知的任何接近警报系统相比较没那么复杂，因为本发明的接近警报系统使用了实际辐射孔，本发明的接近警报系统可不必评估天线的精确路线。 [0012] 根据本发明的又一有利方面，每个传感器的竖直射束宽度限制为最大值40°，以降低如果直升飞机接近地面而由于地面反射产生的错误报警率。 [0013] 根据本发明的又一有利方面，雷达单元都沿水平方向电子地扫描，以避免使系统中的各部件运动。 [0014] 根据本发明的又一有利方面，计算装置设置在每个雷达单元内部，且还设有至少一个信息处理单元、过滤装置以及至少一个显示仪器。因此，能滤除与直升飞机相关的任何反射，用以分析并组合来自不同雷达单元的信息，并且用于准备对于显示仪器的控制，该显示仪器执行向飞行员报警。 [0015] 根据本发明的又一有利方面，所述至少一个显示仪器包括产生听觉和/或触觉/触知警报的产生装置。 [0016] 根据本发明的又一有利方面，所有所述雷达单元都设置在通过主旋翼头部的立管顶部上一个平面中或直接在主旋翼头部正下方。此种靠近直升飞机结构上主旋翼头部的有利设置为已由所提出系统保护的旋翼转盘区域提供优选的覆盖。 [0017] 根据本发明的又一有利方面，每个所述雷达单元都具有限定的水平扫描区域，且所有扫描区域的总和总共超过360°，以使得雷达单元的设置以及信息的评估会尽可能降低由于诸如尾桁之类直升飞机部件导致的信号遮蔽而产生的任何盲点。 [0018] 根据本发明的又一有利方面，对于安全界限来说，本发明接近警报系统的范围是旋翼直径的至少两倍。 [0019] 根据本发明的又一有利方面，所述雷达单元将与识别出的任何障碍物的范围和方向相关的细节提供给信息处理单元。 [0020] 根据本发明的又一有利方面，所述雷达单元与旋翼同步，使得在旋翼对于雷达射束不可见的同时进行所有扫描。所述同步允许避免雷达扫描受到运动旋翼的信号干扰。如果雷达扫描独立于旋翼的转动，则雷达单元在任一位置处的扫描中会产生“看到”旋翼桨叶的风险。因此，会产生较高的错误报警率，而本发明可避免此种高错误报警率。 [0021] 根据本发明的又一有利方面，在三个雷达单元中，一个雷达单元观察前方，而另两个雷达单元分别观察直升飞机左侧和右侧或左后方和右后方。 [0022] 根据本发明又一有利方面，所述雷达单元结合到直升飞机顶部上的整流罩中或者固定地安装在诸如天线罩盖的标准外壳内，所述外壳具有向一侧开口的环面形状，以易于将雷达单元安装在整流罩上或者从整流罩拆除雷达单元。该外壳易于无需将直升飞机的主旋翼头部（多个）或旋翼桨叶移除就固定在直升飞机上。因此，能有利地将接近警报系统的任何盲区/盲点的区域降低到最小。 [0023] 根据本发明的又一有利方面，所述雷达单元包括电子扫描的雷达天线和用于信号处理的雷达电子仪器，并且还包括接口电子仪器，该接口电子仪器用于准备好用来传输至信息处理单元的信息，通过有线或无线电通信的无线传输方式来执行所述信息传输。 [0024] 根据本发明的又一有利方面，所述观察后方的雷达单元的扫描区域是交迭的。此种交迭用于信息组合并因此减少本发明接近警报系统的任何盲区/盲点。 [0025] 根据本发明的又一有利方面，所述雷达单元在70GHz和80GHz之间的频率范围内操作。所述频率范围足够高来减小部件尺寸，并且对诸如雾、雨、降雪以及灰暗/大暴风雪之类环境危害仍具有良好的穿透性。 [0026] 本发明提供若干优点，例如： [0027] 360°的水平覆盖范围，因此监测直升飞机周围的区域。 [0028] 具有电子扫描天线的雷达单元不包含机械部件，因此增大系统的可靠性并减少维修工作， [0029] 使用雷达信号而非激光信号提高了穿透雾、雨、降雪以及灰暗/大暴风雪状况的可能性， [0030] 固定安装在主旋翼头部（多个）正下方使得利用接近警报系统对直升飞机周围进行状态评估而无需转动旋翼，而例如对于根据WO 2011/136707A1的系统则必须转动旋翼，以及 [0032] 下面将参考示出本发明示例的附图更详细地描述本发明的较佳示例。 [0033] 图1示意地示出根据本发明的接近警报系统， [0034] 图2a、2b示意地示出具有根据本发明的接近警报系统第一实施例的直升飞机的侧视图和俯视图， [0035] 图3a、3b示意地示出具有根据本发明的接近警报系统又一实施例的直升飞机的侧视图和俯视图， [0036] 图4a、4b示意地示出具有根据本发明的接近警报系统的传感器外壳的俯视图，[0037] 图5示意地示出根据本发明的接近警报系统的一个方面的视图，[0038] 图6a、6b示意地示出根据本发明的接近警报系统的外壳的实施例，[0039] 图7示意地示出具有根据本发明的接近警报系统的直升飞机的正视图，以及[0040] 图8示意地示出具有根据本发明的接近警报系统的直升飞机的俯视图。 具体实施方式[0041] 参见图1，接近警报系统包括六个基本部件，即右侧雷达单元1、前方雷达单元2以及左侧雷达单元3。所述雷达单元1-3中的每个在水平方向发出各自的雷达射束4-6，用以成角度隔开的侧面11、12之间的任何障碍物10的预定区域7-9进行扫描。所述雷达单元1-3中的每个都连接于处理器13，该处理器13用于所述雷达单元1-3中每个的雷达/旋翼同步。来自所述雷达单元1-3中每个的信号馈送至过滤器14并且由此馈送至信息处理单元16的分析单元15。信息处理单元16将数据馈送至显示仪器17。 [0042] 雷达单元1-3分别固定，且相关联的雷达射束4-6在它们的相对应扫描区域内部电子地引导，而不会使天线或其它部件产生任何机械运动。 [0043] 由一个或多个雷达单元1-3探测到的、从障碍物10的任何反射都传输至相关联的雷达电子仪器并利用这些雷达电子仪器进行计算，以及将探测到的任何反射都传输至信息处理单元16，包括关于射束方向以及障碍物距离的数据。可通过有线传输或无线电通信的无线传输来执行从雷达单元1-3向信息处理单元16的传输。 [0044] 信息处理单元16具体提供两个功能（不仅限于此）： [0045] 1.将例如由于尾桁、不同的天线或机翼部件的直升飞机部件产生的所有障碍信息滤除。 [0046] 2.对所产生的信息进行分析并且准备好传输至显示仪器的信息。 [0047] 显示仪器17将来自信息处理单元16的任何警报信息转换成视觉信息以及可选的听觉和/或触觉/触知信息。仅仅在直升飞机的预定接近范围内识别到障碍物10的情形下，经由显示仪器17向飞行员发出警报。 [0048] 用于雷达/旋翼同步的处理器13在旋翼的转动过程中感测到参考点，以使雷达单元1-3的扫描与旋翼桨叶转动之间的任何间隔同步。用于雷达/旋翼同步的处理器13向雷达单元1-3提供用于启动扫描过程的定时信号。在下一个旋翼桨叶会与雷达射束干涉之前完成扫描。 [0049] 根据图2a、2b，相对应的特征利用图1所示的附图标记来指代。靠近所述直升飞机22的整流罩21上的主旋翼头部20，三个雷达单元1-3直接结合到直升飞机22的结构中。 前方雷达单元2的天线（未示出）指向直升飞机22的前方。雷达单元1和3的天线（未示出）相对于前方雷达单元2的天线分别指向正负120°。因此，左侧雷达单元3扫描后半区域9，而右侧雷达单元1扫描后半方区域7。 [0050] 在每个雷达单元1-3扫描至少120°的区域7-9的情形下，接近警报系统围绕直升飞机22水平地覆盖360°。每个雷达单元1-3具有垂直射束宽度23、24，即至少4°直至高达40°的竖直射束宽度。 [0051] 根据图3a-4b，相对应的特征利用图1-2b所示的附图标记来表示。靠近旋翼头部20，所有雷达单元1-3利用任何敷设电缆（未示出）结合到环状的特定外壳25中。外壳25能在旋翼头部20下方固定在直升飞机22的顶板结构上（未示出），或者如图3所示，外壳25能安装在旋翼头部20顶部的非转动立管28上。立管28通过旋翼头部20的孔以及齿轮箱引导并与直升飞机22的结构固定连结。 [0052] 外壳25构造有用于传感器外壳25的接头26和闭合件27。闭合的外壳25使雷达单元1-3成一整体。外壳20打开后可拆除雷达单元1-3。 [0053] 根据图5，相对应的特征利用图1-4b所示的附图标记来表示。在相对应的扫描区域7可进行扫描、即旋翼桨叶29、30中的任何一个不会遮蔽相关扫描区域7时，通过从用于旋翼/雷达同步的处理器13发送至例如雷达单元1的同步信号来影响例如水平扫描雷达射束4与围绕旋翼桨叶29、30中任何一个的旋翼头部20的转动52的同步。只要旋翼桨叶29、30位于水平扫描雷达射束4的当前扫描角53外部，则所述旋翼桨叶29、30不会遮蔽相关扫描区域7。或者，可通过“忽略”旋翼半径范围内的所有障碍物来省去同步。因此，根据该替代方案的任何障碍识别会仅仅在离雷达单元1-3约50％旋翼直径的距离处开始，例如在大约5m距离处开始。 [0054] 根据图6a、6b，相对应的特征利用图1-5所示的附图标记来表示。雷达单元1-3中的任何一个包括电子扫描雷达天线33、雷达电子仪器34、接口电子仪器35以及雷达透射天线罩盖36，该雷达电子仪器34具有信号处理部分（未示出），接口电子仪器35用于准备雷达数据来传输至信息处理单元16，而雷达透射天线罩盖36用于保护天线33抵抗外界碰撞。天线罩盖36可具有弧形形状（图6a）或平面形状来罩住天线33（图6b）。 [0056] 根据图7，相对应的特征利用图1-6b所示的附图标记来表示。雷达单元1-3的各自水平扫描区域7-9的设置考虑到旋翼桨叶29-32相对于旋翼头部20的垂直向上弯曲部39和垂直向下弯曲部40的最大弯曲程度。为了有助于至少在一个旋翼直径的距离处评估任何旋翼撞击风险，上部旋翼平面37以及下部旋翼平面38应位于雷达单元1-3的垂直射束宽度23、34内部。 [0057] 根据图8，相对应的特征利用图1-7b所示的附图标记来表示。两个相邻雷达单元1、3的扫描区域7、9适当交迭能够减小接近警报系统的任何盲区41、42、43，其中两个相邻雷达单元1、3都具有超过120°的扫描幅度。左侧和右侧雷达传感器1和3在尾部旋翼的尾翼44和壳体45处都提供不同的盲区。右侧雷达传感器1在尾翼44处产生盲区46、47，而在尾部旋翼的壳体45处产生盲区48。左侧雷达传感器3在尾翼44处产生盲区49、50，而在尾部旋翼的壳体45处产生盲区51。雷达传感器1和3的交迭扫描区域7、9的组合与由于单个雷达传感器1和3产生的盲区46-51相比产生较小的盲点区域41、42、43。 [0058] 附图标记列表 [0059] 1 右侧雷达单元 [0060] 2 前方雷达单元 [0061] 3 左侧雷达单元 [0062] 4-6 雷达射束 [0063] 7-9 扫描区域 [0064] 10 障碍物 [0065] 11-12 侧面 [0066] 13 处理器 [0067] 14 过滤器 [0068] 15 分析单元 [0069] 16 信息处理单元 [0070] 17 显示仪器 [0071] 20 旋翼头部 [0072] 21 整流罩 [0073] 22 直升飞机 [0074] 23-24 垂直射束宽度 [0075] 25 外壳 [0076] 26 接头 [0077] 27 闭合件 [0078] 28 非转动立管 [0079] 29-32 旋翼桨叶 [0080] 33 雷达天线 [0081] 34 雷达电子仪器 [0082] 35 接口电子仪器 [0083] 36 天线罩盖 [0084] 37 上部旋翼平面 [0085] 38 下部旋翼平面 [0086] 39 向上弯曲部 [0087] 40 向下弯曲部 [0088] 41-43 盲区 [0089] 44 尾翼 [0090] 45 壳体 [0091] 46-51 盲区 [0092] 52 旋翼转动方向 [0093] 53 当前扫描角 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈