1.本发明涉及一种飞机远距离辅助返航着降系统，属于无人机返航着降技术领域。
背景技术：2.飞行器返航或着降需要依赖导航设备，目前普遍采用北斗和gps。但是，北斗和gps发射的是电磁波，如果卫星受到干扰，或者卫星被关闭，飞行器就无法返航着降。
3.仪表着陆系统(盲降系统)在地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条虚拟路径，飞机通过机载接收设备，确定自身与该路径的相对位置。
4.光学助降系统利用可见的非相干光，不同颜色的光表示不同高度的接近路径，飞行员可判断接近路径是高了，还是低了。
5.雷达着降系统，地面或舰基雷达系统解算出飞机的偏差，通过高速数据链将信息回传至机载设备，飞行控制器实时解算相对值位置，同步更新引导率与控制策略，最终实现半自主或自主降落。
6.这三种系统的不足是导航距离近，不提供三维位置值、无法对着降平台的移动进行补偿，信号易被探测截获，保密性差，易受电磁干扰，战时不适合使用。
7.中国专利公布号为cn 106143932 a的专利公开了一种基于激光驾束的无人机回收系统，叙述了飞机在空间编码的激光束中飞行，利用空间编码测量飞机在激光束中的两维偏差，实行飞机助降。该系统不提供三维位置坐标，也不提供绝对坐标，导引距离近，只能着降，不适合远距离导航。
8.中国专利公布号为cn 110488870 a的专利公开了无人机着舰引导装置、方法和系统，通过漫反射装置将激光信号，向空中广播，飞机将漫反射板作为着降参考点实行着降。该系统不提供三维位置坐标，也不提供绝对坐标，而且漫反射信号较弱，导引距离近，只能着降，不适合远距离导航。
9.现有的大部分飞机返航着降系统都采用射频电波，受干扰就不可使用；公开专利的激光着降系统只适用于近距离着降，不适用于远距离返航。下面将叙述克服上述不足的飞机辅助返航着降系统。
技术实现要素：10.本发明的目的是针对上述现有技术缺陷，提供一种不依赖于射频电磁波的、无需预设参照物的、能提供飞机绝对位置坐标的飞机远距离辅助返航着降系统。
11.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种飞机远距离辅助返航着降系统，包括着降基站和机载导航系统，所述着降基站安置在地面、移动平台或舰船上，机载导航系统安装在待返航飞机上，其特征是，所述着降基站包括激光导引装置、定位定向组件和安装机架；
12.所述激光导引装置用于发射导引激光束，导引激光束用于在空中建立虚拟的航道，同时，导引激光束中至少一条是通信激光束或测距激光束，测距激光束用于测量待返航
飞机的距离，通信激光束将待返航飞机和着降基站的位置信息发送给机载导航系统，待返航飞机以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机和着降基站的位置信息返航；
13.所述定位定向组件用于测量着降基站本身的及待返航飞机的相对位置坐标和绝对位置坐标；
14.所述安装机架用于调节激光束的姿态；
15.所述机载导航系统包括激光接收机和飞控系统；
16.所述激光接收机用于接收着降基站发射的导引激光信号和通信激光信号；
17.所述飞控系统包括飞控传感器和飞行控制器，飞控系统采集激光接收机和飞控传感器的信号，经综合处理后，通过飞行控制器控制待返航飞机飞行。
18.激光导引装置发射导引光束，导引光束用于导引待返航飞机返航，导引光束可以是一束或多束。通常待返航飞机活动的区域比较大，导引光束必须布满整个飞机活动空域。在待返航飞机距离较近时，可以采用一束导引光束，此时，为了将待返航飞机罩住，导引光束束散角必须足够大；在待返航飞机距离较远时，为了覆盖大的空域范围，采用多个导引光束。无论是近距离一个导引光束，还是远距离多个导引光束，能量密度都不高，不能用于测量待返航飞机的距离。于是需增加激光测距装置。激光测距装置的激光束足够小，能量密度高，可测量远距离飞机的距离；当待返航飞机距离比较近，也可采用激光导引装置的导引光束对待返航飞机测距，可以节省成本。
19.优选的，所述着降基站还包括激光测距装置、光束指向同步装置；所述激光测距装置用于发射测距激光束和通信激光束，或者测距激光束兼具通信激光束功能，测距激光束用于测量待返航飞机的距离，通信激光束将待返航飞机和着降基站的位置信息发给机载导航系统，待返航飞机以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机和着降基站的位置信息返航；所述光束指向同步装置用于感知测距激光束指向性与导引激光束指向性之间的关系，并根据这种关系，调节导引激光束发射方向和测距激光束的方向，让导引激光束中心区域和测距激光束始终跟踪待返航飞机。为了增大激光测距装置的测程，可在待返航飞机上安装激光回射器，以提高激光回波强度。
20.激光导引装置和激光测距装置在导引飞机返航时，利用激光束作为空中航路，同时利用激光导引装置或激光测距装置的通信激光束，将着降基站和飞机的位置信息，包括距离信息发送给飞机，待返航飞机既将激光导引光束作为航向基准，又将接收到的着降基站的精确信息作为精确返航和精准着降的依据，实现远距离导航不迷路，近距离着降不偏离着降点。
21.激光导引装置发射的光束束散角大，激光测距装置发射的光束束散角小，两种光束采用不同的光学系统，细光束包含在粗光束中。飞机在粗光束中飞行，处在粗光束中的位置不可能预先确定，不能将测距激光束方向与导引激光束方向预先调成一致。因此，激光测距装置的细光束需要在粗光束中，通过偏转方式捕获飞机回波。导引激光束与测距激光束指向的终点是待返航飞机，那么，测距激光束指向性必须与导引激光束的指向性保持一定的关系。采用光束指向同步装置可将测距激光束指向性与导引激光束指向性之间的关系随时测出来，知道导引激光束与测距激光束的之间的指向关系和飞机的距离后，可以调节导引激光束发射方向，让飞机处在导引激光束中心区域飞行，光束指向同步装置一方面维持导引激光束中心区域对着飞机，另一方面随飞机距离不同，调节测距激光束跟踪飞机。
22.定位定向组件用于测定着降基站的坐标，以及待返航飞机的视线角，并结合待返航飞机的距离值，确定待返航飞机的坐标。着降基站和待返航飞机的坐标可以是相对坐标，也可以是绝对坐标。采用绝对坐标，可以引导多架飞机同时或接续返航着降，或者导引飞机着降到指定的着降平台上。
23.优选的，所述激光导引装置包括激光驱动电源、激光发射器、光束调束装置和多光束产生装置；所述激光驱动电源用于驱动激光发射器发射导引激光束、测距激光束和通信激光束；所述激光发射器用于产生导引激光束、测距激光束和通信激光束的激光信号源；所述光束调束装置用于将激光发射器的原始激光束准直成要求尺寸的束散角和整形成要求形状的光斑；所述多光束产生装置用于将在光束调束装置中调节好的激光束变换成时空分布的光束群，多个激光束按照一维或二维阵列部分重叠排列。
24.激光发射器发射的光束首先经光束调束装置，调节激光束的束散角和光束截面形状，光束截面形状包括圆形、矩形、三角形或椭圆形，光束调节好后，进入多光束产生装置。多光束产生装置将一束光变成多束光，变成多束光的方法为两种：一种是光学分光方法，用二元光学或棱镜将一束光分成几束光；另一种方法，用反射镜偏转，激光发射驱动与反射镜偏转角度同步，分时在不同的空间发射激光束。多根光束循环发射，在空间形成一个光束群，由于激光束发射频率较高，光束之间的间隙时间很小，小间隔时间飞机飞行的距离很短，光束又相互部分重叠，可认为多根光束几乎同时分布在空间。
25.视待返航飞机活动空域的大小，待返航飞机同时返航着降数量的多寡，飞机速度高低，以及待返航飞机距离的远近，多光束产生装置可以产生两束光束，也可以产生数十、数百、数千数万根光束；空域大，光束多；飞机多，光束多；飞机速度高，光束多；飞机距离远，光束多。视待返航飞机活动的空域形状，待返航飞机在空域的分布状态，返航着降分布的密度，多光束的排列方式可以是圆形、正方形、长方形、三角形、棱形和椭圆形。通常，待返航飞机方位向活动范围大，高低向活动范围小，所以，多光束的排列方式是长方形和椭圆形居多。
26.采用激光输出能量大的激光导引装置，可产生多根光束；采用激光输出能量小的激光导引装置，产生多根光束后，能量密度降低，不利于远距离导航。为了增强激光能量密度，可以采用多个激光发射器，产生多根光束。
27.如果采用多个导引激光束，一旦激光测距装置测量到待返航飞机的距离，就可以判断飞机的位置，将无待返航飞机的导引激光束停止发射。
28.优选的，所述多光束产生装置为光束偏转装置或光束分光装置。
29.优选的，所述定位定向组件为定北仪、电子罗盘或北斗卫星导航系统。
30.优选的，所述安装机架上设有机壳，所述激光导引装置、激光测距装置、光束指向同步装置、定位定向组件均安装在机壳中。
31.优选的，所述激光接收机包括若干个激光接收器，每个激光接收器均包括接收光学系统、激光探测器、放大电路和处理电路，若干个激光接收器的光轴方向按合成孔径要求一维或二维布置。
32.优选的，所述激光接收器包括若干个激光接收器，若干激光接收器共用一套激光探测器、放大电路和处理电路，每个激光接收器均包括接收光学系统，接收光学系统包括光纤导光器，每个激光接收器的接收光学系统通过光纤导光器与共用的一套激光探测器、放
大电路和处理电路连接，每个接收光学系统的光纤导光器长度按预先设定的规则进行编码。
33.优选的，所述着降基站为若干个，当着降基站为两个或两个以上时，至少一个着降基站安装在中继飞机上，一架或多架安装有着降基站的中继飞机通过接力方式导引待返航飞机返航；多架安装有着降基站的中继飞机同时导引一架待返航飞机返航或同时导引多架待返航飞机返航。
34.优选的，所述着降基站为两个，相互间距离为确定值，其中一个着降基站与另一个着降基站到待返航的距离分别为r1和r2，则r1和r2可由下式计算：
[0035][0036]
r2＝k-r1[0037][0038]
式中r1为其中一个着降基站到待返航飞机的距离；r2为另一个着降基站到待返航飞机的距离；w为两个着降基站之间的距离；γ为两个着降基站激光导引光束光轴之间在待返航飞机处的夹角。
[0039]
激光导引装置、激光测距装置发射的测距激光束和通信激光束进行调制和编码，调制方式有频率调制、脉宽调制、相位调制、偏振调制、幅度调制和时间调制；通信内容包括：着降基站的识别号、坐标信息、气候信息、导引光束视线角、待返航飞机距离值和坐标值、导引激光束编号、偏转方式和同步时间、敌我识别信息、着降调度信息、着降时间窗口、着降航路高度和风险规避信息；需要加密时，通信信息进行编码。
[0040]
激光调制的目的是防止杂光干扰，或敌方的主动干扰，编码的目的是承载通信信息，不同的信息，编不同的码。对导引激光束编码，编码内容表达导引光束的角度、基站编号等；对测距激光束编码，为了抗干扰；既调制又编码，既具备抗干扰的功能，又具备承载信息的功能。
[0041]
所述若干个着降基站中的激光导引装置或激光测距装置一起工作，采用如下方法避免干扰：1)采用不同的激光波长；2)采用不同的编码方式；3)采用不同的发射频率；4)分时发射；
[0042]
5)采用不同的偏振态；6)规划分配各着降基站的管理空域范围。
[0043]
所述的飞机远距离辅助返航着降系统，多个激光接收机器同时接收一个或多个导引激光束，待返航飞机返航路线的判断方法包括：
[0044]
1)多光束的路线判断方法：设多个导引激光束的对称线为返航参考路线，某激光接收器接收到的导引激光束信号幅度高于临近激光接收器接收到的导引激光束信号幅度，则飞机此时的飞行路线偏离信号幅度高的激光接收器的方向；偏离角的大小可根据两个或多个激光接收器接收到的导引激光束信号幅度之比判断；1比1为没有偏离，0比1或1比0为完全偏离，比值在0＜r＜1为部分偏离，则飞机偏离两个导引激光束中心的角度δ可由下式计算：
[0045][0046]
式中：δ为飞机偏离角度；θ为导引激光束束散角；k为两个激光接收器接收到大信号幅度与小信号幅度之比；
[0047]
2)单光束的路线判断方法：假设单个导引激光束的中心为位置为返航参考路线，
[0048]
偏离角的大小可根据两个或多个激光接收器接收到的导引激光信号幅度之比判断，1比1为没有偏离，比值r在0＜r＜1范围为部分偏离，则待返航飞机航向偏离导引进光束中心的角度δ可由下式计算：
[0049][0050]
所述的飞机远距离辅助返航着降系统，待返航飞机可通过控制飞机按减小c的方向返航：
[0051][0052]
式中：δ为飞机偏离导引激光束中心的角度。
[0053]
多架待返航飞机同时返航的方法：在地面、飞机或车船上设置多个着降基站，每个着降基站负责一架待返航飞机的返航；或者在地面、飞机或车船上设置一个着降基站，通过激光导引装置的光束分配装置，分时分配出用于远距离返航的激光束和用于近距离返航的激光束；光束调束装置与多光束产生装置同步将近距离激光束调节成大束散角光束，远距离激光束调节成小束散角光束；通过激光导引光束，控制近距离待返航飞机比远距离待返航飞机在不同的航线上返航。
[0054]
待返航飞机出征过程循环记录相对导航基站的坐标参数，一旦失去与着降基站的联系，待返航飞机根据最后一次的失联的坐标参数，自主回到失联的位置，开始返航。
[0055]
本发明具有以下有益效果：(1)本发明不用全球卫星定位系统，无需地面或机载雷达，无需预设地面导航参照物；随时随地可快速架设，实现飞机的辅助导航着降，特别适合于战时或抗震救灾时无人机在军舰或临时跑道上返航助降。
[0056]
(2)本发明中待返航飞机原有的飞控系统只需增加几百克重的激光接收机，就可实现返航着降，特别适合于大载荷的有人机，更适合于轻小型无人机的返航着降；着降基站的构成简单，外形小巧，重量轻，可便携，特别适合于无人机在陌生地区的返航着降。
[0057]
(3)本发明中采用激光进行辅助导航，激光脉冲峰值功率高，导航距离远；激光脉冲的时间和空间分辨率高，测量待返航飞机位置的精度高。
[0058]
(4)本发明中着降基站为测量主体，固定在着降平台上或着降平台附近，具有定位定向组件，可通过激光束的测距性能和高度指向性，测定飞机的绝对坐标，可避免恶意误导；在多机导航时，做到有序协调，避免意外误撞。
[0059]
(5)本发明具有相对位置导航与绝对位置导航功能，相对位置导航组成简单，成本低，适用于单机导航或小型无人机导航；绝对位置导航精度高，适用于多机导航或有人机导航；
[0060]
(6)本发明中激光束散角和光斑形状可调，意味着辅助导航的空域可调；束散角
大，多光束，航路范围大，适合单架或多架飞机同时返航与着降；
[0061]
(7)本发明的激光束的相干性，不易被敌方恶意干扰与截获，保密性强，而且无多径效应，无着降盲区，适合飞机高、低空返航着降。
[0062]
(8)本发明中待返航飞机通过激光接收机测量飞机在导引激光束中的位置，同时接收着降基站发来的距离信息导航，飞机在导引激光束中的位置自己判断，不依赖于着降基站，实时性强，自主性强，还有激光导引装置只发射几根光束，过程时间少，比传统的激光雷达构成简单，成本低，体积小，重量轻，而传统的激光雷达成像是大空域成像，浪费资源，需要的时间长。
附图说明
[0063]
图1是本发明的飞机远距离辅助返航着降系统组成示意图。
[0064]
图2是本发明中激光导引装置组成框图。
[0065]
图3是本发明中激光接收器组成的激光接收机的外形结构示意图。
[0066]
图4是本发明中激光接收器的组成框图。
[0067]
图5是本发明中机壳内部装置组成框图。
[0068]
图6是两个着降基站组成的飞机辅助返航着降系统示意图。
[0069]
图7是两束导引激光束返航方法示意图。
[0070]
图8是单束导引激光束返航方法示意图。
[0071]
图9是一种多个着降基站中继的配置示意图。
[0072]
图10是另一种多个着降基站中继的配置示意图。
[0073]
图11是多架待返航飞机同时返航的示意图。
[0074]
图中：1机壳、2激光接收机、3待返航飞机、4激光导引装置、5安装机架、6多光束产生装置、7光束调束装置、8激光发射器、9激光驱动电源、10激光接收器、11激光测距装置、12接收光学系统、13激光探测器、14放大电路、15处理电路、16定位定向组件、17光束指向同步装置。
具体实施方式
[0075]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处描述的实施例仅仅是为了解释本发明，而不是限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0076]
本发明如图1-11所示，结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。凡是与本发明思路或构成一致的其他系统，都属于本发明的范围。
[0077]
传统的飞机导航系统采用全球卫星导航系统，或雷达，或视觉传感器，易受干扰或需要预设参照物，本发明针对没有全球导航卫星信号，也没有参照物的未知陌生环境的导航着降，着降平台为航空母舰、舰船、高速公路、沙漠或山区的临时机场，以及移动的汽车或火车。
[0078]
本发明的飞机远距离辅助返航着降系统，根据不同的应用场合、返航距离远近、成
本高低、飞机速度、着降飞机多寡、着降精度等要求，可配制成不同的系统；譬如简易配置的飞机辅助返航着降系统适合于较近距离或较慢速度的飞机着降，成本低；标准配置的飞机辅助返航着降系统适合于中距离、速度适中的飞机导航着降，导航精准度高。高端配置的飞机辅助返航着降系统适合于远距离、速度高的飞机的导航着降，导航精准度高。
[0079]
实施例1
[0080]
一种飞机远距离辅助返航着降系统，包括着降基站和机载导航系统，所述着降基站安置在地面、移动平台或舰船上，机载导航系统安装在待返航飞机3上；所述着降基站包括激光导引装置4、定位定向组件16和安装机架5；
[0081]
所述激光导引装置4用于发射导引激光束，导引激光束中至少一条是通信激光束或测距激光束，测距激光束用于测量待返航飞机3的距离，通信激光束将待返航飞机3和着降基站的位置信息进行处理发送给机载导航系统，导引激光束在空中建立虚拟的航道，待返航飞机3以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机3和着降基站的位置信息返航；所述定位定向组件16为定北仪、电子罗盘或北斗卫星导航系统，用于测量着降基站本身的及待返航飞机3的相对坐标和绝对坐标；定位定向组件16和激光导引装置4均安装在机壳1中；所述安装机架5用于调节激光束的姿态；
[0082]
所述机载导航系统包括激光接收机2和飞控系统；所述激光接收机2用于接收着降基站发射的导引激光信号和通信激光信号；所述飞控系统包括飞控传感器和飞行控制器，飞控系统采集激光接收机2和飞控传感器的信号，经综合处理后，通过飞行控制器控制待返航飞机3飞行；待返航飞机3为固定翼飞机和旋翼飞机，无人机和有人飞机。
[0083]
如图2所示，所述激光导引装置4包括激光驱动电源9、激光发射器8、光束调束装置7和多光束产生装置6；所述激光驱动电源9用于驱动激光发射器8发射调制的和编码的导引激光束；所述激光发射器8用于产生导引激光束、测距激光束和通信激光束的激光信号源；所述光束调束装置7用于将激光发射器8的原始激光束准直成要求尺寸的束散角和整形成要求形状的光斑；所述多光束产生装置6用于将在光束调束装置7中调节好的激光束变换成时空分布的光束群。
[0084]
进一步，所述的多光束产生装置6是一种光束偏转装置，将激光发射器8发射的导引激光束、测距激光束和通信激光束变换成按时间和空间序列的两束或多于两束的激光束；多光束产生装置6也可是一种光束分光装置，将激光发射器8发射的激光束变换成按空间序列的两束或多于两束的激光束；多个激光束按照一维或两维阵列部分重叠排列。
[0085]
激光导引装置4发射导引激光束，导引激光束可以使一束或多束，导引激光束束散角大，光束粗，能量不集中，当飞机距离远时，无法对待返航飞机3进行测距，此时可以利用两个或多个着降基站进行测距，图6为两个着降基站组成的飞机远距离辅助返航着降系统。两个着降基站测距的方法为：将两个或多个着降基站设置在两处或多处，假设着降基站甲和着降基站乙之间的距离为w，着降基站甲和着降基站乙到待返航飞机3的距离分别为r1和r2，则r1和r2可由下式计算：
[0086]
采用余弦定理和正弦定理，着降基站甲和着降基站乙与飞机的视线角α和β，着降基站之间距离w已知，γ＝180-α-β，
[0087]
正弦定理
[0088]
由两式得
[0089]
三角公式：
[0090]
代入(1)得
[0091][0092]
余弦定理w2＝r
22
+r
12
+2r2r1cosγ
[0093]
r2＝k-r1代入下式得：
[0094]
w2＝(k-r1)2+r
12-2(k-r1)r1cosγ
[0095]
w2＝k
2-2kr1+r
12
+r
12-2kr1cosγ+2r
12
cosγ
[0096]
w2＝k
2-2kr1(1+cosγ)+2r
12
(1+cosγ)
[0097]
w2＝k2+2(1+cosγ)(r
12-kr1)
[0098][0099][0100][0101][0102][0103][0104]
r2＝k-r1ꢀꢀ
(2)
[0105]
三式联列，可求出r1和r2。
[0106]
式中：r1为着降基站甲到待返航飞机的距离；r2为着降基站乙到待返航飞机的距离；w为两个着降基站之间的距离；γ为两个着降基站激光导引光束光轴之间在待返航飞机处的夹角。
[0107]
进一步，所述激光接收机2包括若干个激光接收器10，每个激光接收器10均包括接收光学系统12、激光探测器13、放大电路14和处理电路15，若干个激光接收器10的光轴方向按合成孔径要求一维或二维布置。
[0108]
进一步，所述激光接收器2包括若干个激光接收器10，若干激光接收器10共用一套激光探测器13、放大电路14和处理电路15，每个激光接收器10均包括接收光学系统12，接收光学系统12包括光纤导光器，每个激光接收器10的接收光学系统12通过光纤导光器与共用的一套激光探测器13、放大电路14和处理电路15连接，每个接收光学系统12的光纤导光器长度按预先设定的规则进行编码。
[0109]
图2中，激光导引装置4发射的导引激光束和通信激光束进行调制和编码，调制方式有频率调制、脉宽调制、相位调制、偏振调制、幅度调制和时间调制；通信内容包括：着降基站的识别号、坐标信息、气候信息、导引光束视线角、待返航飞机距离值和坐标值、导引光束编号、偏转方式和同步时间、敌我识别信息、着降调度信息、着降时间窗口、着降航路高度和风险规避信息；需要加密时，通信信息进行编码。
[0110]
实施例2
[0111]
一种飞机远距离辅助返航着降系统，包括着降基站和机载导航系统，所述着降基站安置在地面、移动平台或舰船上，机载导航系统安装在待返航飞机3上；如图5所示，所述着降基站包括激光导引装置4、激光测距装置11、光束指向同步装置17、定位定向组件16和安装机架5；
[0112]
所述激光导引装置4用于发射导引激光束，导引激光束中至少一条是通信激光束，通信激光束将待返航飞机3和着降基站的位置信息发送给机载导航系统，导引激光束在空中建立虚拟的航道，待返航飞机3以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机3和着降基站的位置信息返航；
[0113]
所述激光测距装置11用于发射测距激光束，还发射通信激光束，或者测距激光束兼具通信激光束功能，测距激光束用于测量待返航飞机3距离，通信激光束将待返航飞机3和着降基站的位置信息发送给机载导航系统，导引激光束在空中建立虚拟的航道，待返航飞机3以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机3和着降基站的位置信息返航；所述光束指向同步装置17用于感知测距激光束指向性与导引激光束指向性之间的关系，并根据这种关系，调节导引激光束发射方向和测距激光束的方向，让导引激光束中心区域和测距激光束始终跟踪飞机；所述定位定向组件16为定北仪、电子罗盘或北斗卫星导航系统，用于测量着降基站本身的及待返航飞机3的相对坐标和绝对坐标；定位定向组件16、激光导引装置4、激光测距装置11和光束指向同步装置17均安装在机壳1中；所述安装机架5用于调节激光束的姿态；
[0114]
激光导引装置4和激光测距装置11可选择一种装置发射测距激光束，或通信激光束，通常情况激光测距装置11发射测距激光束，对待返航飞机3进行测距，激光导引装置4发射的导引激光束兼备通信激光束功能，用于对待返航飞机3的通信。为了增大激光测距装置的测程，可在待返航飞机上安装激光回射器，以提高激光回波强度。
[0115]
所述机载导航系统包括激光接收机2和飞控系统；所述激光接收机2用于接收着降基站发射的导引激光信号和通信激光信号；所述飞控系统包括飞控传感器和飞行控制器，飞控系统采集激光接收机2和飞控传感器的信号，经综合处理后，通过飞行控制器控制待返航飞机3飞行；待返航飞机3为固定翼飞机和旋翼飞机，无人机和有人飞机。
[0116]
如图2所示，所述激光导引装置4包括激光驱动电源9、激光发射器8、光束调束装置7和多光束产生装置6；所述激光驱动电源9用于驱动激光发射器8发射调制的和编码的导引激光束；所述激光发射器8用于产生导引激光束、测距激光束和通信激光束的激光信号源；所述光束调束装置7用于将激光发射器8的原始激光束准直成要求尺寸的束散角和整形成要求形状的光斑；所述多光束产生装置6用于将在光束调束装置7中调节好的激光束变换成时空分布的光束群
[0117]
进一步，所述的多光束产生装置6是一种光束偏转装置，将激光发射器8发射的导
引激光束通过偏转方式，在空间循环形成两束或多于两束的激光束；多个激光束按照一维或两维阵列部分重叠排列。
[0118]
进一步，所述激光接收机2包括若干个激光接收器10，每个激光接收器10均包括接收光学系统12、激光探测器13、放大电路14和处理电路15，若干个激光接收器10的光轴方向按合成孔径要求一维或二维布置。
[0119]
进一步，所述激光接收器2包括若干个激光接收器10，若干激光接收器10共用一套激光探测器13、放大电路14和处理电路15，每个激光接收器10均包括接收光学系统12，接收光学系统12包括光纤导光器，每个激光接收器10的接收光学系统12通过光纤导光器与共用的一套激光探测器13、放大电路14和处理电路15连接，每个接收光学系统12的光纤导光器长度按预先设定的规则进行编码。
[0120]
图2中，激光导航装置4发射的导引激光束和通信激光束进行调制和编码，调制方式有频率调制、脉宽调制、相位调制、偏振调制、幅度调制和时间调制；通信内容包括：着降基站的识别号、坐标信息、气候信息、导引光束视线角、待返航飞机距离值和坐标值、导引光束编号、扫描方式和同步时间、敌我识别信息、着降调度信息、着降时间窗口、着降航路高度和风险规避信息；需要加密时，通信信息进行编码。
[0121]
无论实施例1还是实施例2的飞机远距离辅助返航着降系统，如果待返航飞机3离着降基站距离比较远，接收不到导引激光束时，那么待返航飞机3根据最后一次失联的坐标参数，自主回到失联的位置，开始返航。待返航飞机3出征过程循环记录相对着降基站的坐标参数，以备失去与着降基站联系时使用。
[0122]
无论实施例1还是实施例2的飞机远距离辅助返航着降系统，如果待返航飞机3离着降基站距离比较远，接收不到着降基站发送的位置信息时，可沿着导引激光束自主导航。
[0123]
图7为两束导引激光束返航方法示意图，自主导航方法为：定义两根导引光束的对称中线为返航参考路线。如果某激光接收器接收到的导引激光束信号幅度高于另一个激光接收器接收到的导引激光束信号幅度，则飞机此时的飞行路线偏离信号幅度高的激光接收器的方向；偏离角的大小可根据两个或多个激光接收器接收到的信号幅度之比判断；1比1为没有偏离，0比1或1比0为完全偏离，比值在0＜r＜1为部分偏离，则飞机偏离两个导引光束中心的角度δ可由下式计算：
[0124][0125]
式中：δ为飞机偏离角度；θ为导引光束束散角；k为两个激光接收器接收到大信号幅度与小信号幅度之比。
[0126]
图8为单束导引激光束返航方法示意图，自主导航方法为：定义单个导引激光束的中心为位置为返航参考路线，则飞机偏离返航参考路线的角度按激光接收器接收的幅度大小之比判断，1比1为没有偏离，比值r在0＜r＜1范围为部分偏离，则待返航飞机航向偏离导引光束中心的角度δ可由下式计算：
[0127][0128]
多导引激光束与多激光接收器的航线判断方法，按上述方法类推。
[0129]
已知飞机偏离角度δ，那么待返航飞机返航的方法可通过控制飞机按减小c的方向
返航：
[0130][0131]
式中：δ为飞机偏离导引激光束中心的角度。
[0132]
所述的飞机远距离辅助返航着降系统，多个着降基站上的激光导引装置或激光测距装置一起工作，采用如下的方法抗干扰：1)采用不同的激光波长；2)采用不同的编码方式；3)采用不同的发射频率；4)分时发射；5)采用不同的偏振态；6)规划分配各基站的管理空域范围。
[0133]
图9和图10为飞机远距离辅助返航着降系统多个着降基站中继的示意图，一个着降基站被安置在地面、移动平台或车船上，至少一个着降装置被安置在一架中继飞机上，一架或多架安装有着降基站的飞机通过接力方式，导引待返航飞机3返航；多架安装有着降基站的飞机可同时导引一架待返航飞机3返航，也可同时导引多架待返航飞机3返航。
[0134]
多架待返航飞机同时返航着降，可在地面或车船上设置多个着降基站，每个着降基站负责一架待返航飞机的返航。
[0135]
图11为多架待返航飞机同时返航的示意图，在地面、移动平台或车船上设置一个着降基站，通过激光导引装置4的多光束产生装置6，分时分配出用于远距离返航的激光束和用于近距离返航的激光束；光束调束装置7与多光束产生装置6同步将近距离激光束调节成大束散角光束，远距离激光束调节成小束散角光束；通过激光通信光束，控制近距离待返航飞机比远距离待返航飞机高一个偏置角度的航线上返航。
[0136]
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种飞机远距离辅助返航着降系统，包括着降基站和机载导航系统，所述着降基站安置在地面、移动平台或舰船上，机载导航系统安装在待返航飞机(3)上，其特征是，所述着降基站包括激光导引装置(4)、定位定向组件(16)和安装机架(5)；所述激光导引装置(4)用于发射导引激光束，导引激光束用于在空中建立虚拟的航道，同时，导引激光束中至少一条是通信激光束或测距激光束，测距激光束用于测量待返航飞机(3)的距离，通信激光束将待返航飞机(3)和着降基站的位置信息发送给机载导航系统，待返航飞机(3)以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机(3)和着降基站的位置信息返航；所述定位定向组件(16)用于测量着降基站本身的及待返航飞机(3)的相对位置坐标和绝对位置坐标；所述安装机架(5)用于调节激光束的姿态；所述机载导航系统包括激光接收机(2)和飞控系统；所述激光接收机(2)用于接收着降基站发射的导引激光信号和通信激光信号；所述飞控系统包括飞控传感器和飞行控制器，飞控系统采集激光接收机(2)和飞控传感器的信号，经综合处理后，通过飞行控制器控制待返航飞机(3)飞行。2.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述着降基站还包括激光测距装置(11)、光束指向同步装置(17)；所述激光测距装置(11)用于发射测距激光束和通信激光束，或者测距激光束兼具通信激光束功能，测距激光束用于测量待返航飞机(3)的距离，通信激光束将待返航飞机(3)和着降基站的位置信息发送给机载导航系统，待返航飞机(3)以导引激光束为参考，结合接收到的待返航飞机(3)和着降基站的位置信息返航。所述光束指向同步装置(17)用于感知测距激光束指向性与导引激光束指向性之间的关系，并根据这种关系，调节导引激光束发射方向和测距激光束的方向，让导引激光束中心区域和测距激光束始终跟踪待返航飞机(3)。3.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述激光导引装置(4)包括激光驱动电源(9)、激光发射器(8)、光束调束装置(7)和多光束产生装置(6)；所述激光驱动电源(9)用于驱动激光发射器(8)发射导引激光束、测距激光束和通信激光束；所述激光发射器(8)用于产生导引激光束、测距激光束和通信激光束的激光信号源；所述光束调束装置(7)用于将激光发射器(8)的原始激光束准直成要求尺寸的束散角和整形成要求形状的光斑；所述多光束产生装置(6)用于将在光束调束装置(7)中调节好的激光束变换成时空分布的光束群，多个激光束按照一维或二维阵列部分重叠排列。4.根据权利要求3所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述多光束产生装置(6)为光束偏转装置或光束分光装置。5.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述定位定向组件(16)为定北仪、电子罗盘或北斗卫星导航系统。6.根据权利要求2所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述安装机架上(5)设有机壳(1)，所述激光导引装置(4)、激光测距装置(11)、光束指向同步装置(17)、定
位定向组件(16)均安装在机壳(1)中。7.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述激光接收机(2)包括若干个激光接收器(10)，每个激光接收器(10)均包括接收光学系统(12)、激光探测器(13)、放大电路(14)和处理电路(15)，若干个激光接收器(10)的光轴方向按合成孔径要求一维或二维布置。8.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述激光接收器(2)包括若干个激光接收器(10)，若干激光接收器(10)共用一套激光探测器(13)、放大电路(14)和处理电路(15)，每个激光接收器(10)均包括接收光学系统(12)，接收光学系统(12)包括光纤导光器，每个激光接收器(10)的接收光学系统(12)通过光纤导光器与共用的一套激光探测器(13)、放大电路(14)和处理电路(15)连接，每个接收光学系统(12)的光纤导光器长度按预先设定的规则进行编码。9.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是，所述着降基站为若干个，当着降基站为两个或两个以上时，至少一个着降基站安装在中继飞机上，一架或多架安装有着降基站的中继飞机通过接力方式导引待返航飞机(3)返航；多架安装有着降基站的中继飞机同时导引一架待返航飞机返航或同时导引多架待返航飞机(3)返航。10.根据权利要求1所述的一种飞机远距离辅助返航着降系统，其特征是,所述着降基站为两个，其中一个着降基站与另一个着降基站到待返航的距离分别为r1和r2，则r1和r2可由下式计算：r2＝k-r1式中：r1为其中一个着降基站到待返航飞机的距离；r2为另一个着降基站到待返航飞机的距离；w为两个着降基站之间的距离；γ为两个着降基站激光导引光束光轴之间在待返航飞机处的夹角。
技术总结本发明公开一种飞机远距离辅助返航着降系统，包括着降基站和机载导航系统，所述着降基站安置在地面、移动平台或舰船上，机载导航系统安装在待返航飞机上，所述着降基站包括激光导引装置、定位定向组件和安装机架；所述机载导航系统包括激光接收机和飞控系统；该系统可在无卫星导航系统，无参照物的战时或抗震救灾环境下辅助飞机在舰船或临时跑道上返航着降；可多个着降基站组合，实现着降基站的冗余配置，提高可靠性；可辅助多机同时着降，满足机群协同需求；该系统适用于距离远返航，体积小，重量轻，保密性强，抗电磁干扰，适合于固定翼飞机和旋翼飞机，无人机和有人飞机使用。无人机和有人飞机使用。无人机和有人飞机使用。
技术研发人员：郁麒麟 薛常喜 金小平
受保护的技术使用者：扬州郁金光子技术有限公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/11/1
