民航常用无线电导航设备

民航常用无线电导航设备简介1第一节仪表着陆系统(InstrumentLandingSystem—ILS)仪表着陆系统由地面设备和机载设备组成。地面设备可以分为三个部分：航向信标台、下滑信标台、指点信标台或测距仪台。当测距仪成为仪表着陆系统的一部分时，其通常安装在下滑信标台。机载设备则包括相应的天线、接收机、控制器及指示器等。1．地面设备的组成①航向信标：航向信标的主要作用是给进近和着陆的飞机提供对准跑道中心延长线航向道(方位)信息。工作在VHF频段，频率范围为108.1~111.975MHz，每个频道之间的间隔为0.05MHz；并优先使用以MHz为单位的小数点后一位为奇数的那些频率点，例如109.7、110.3等；小数点后一位为偶数的那些频率点则分配给了全向信标。因此，航向信标只有40个频道可使用。②下滑信标：下滑信标的主要作用是给进近和着陆的飞机提供与地面成一定角度的下滑道(仰角)信息。工作在UHF频段，频率范围为328.6~335.4MHz，每个频道之间的间隔为0.15MHz，其工作频道与航向信标的工作频道配对使用，因此也只有40个频道可供使用。③指点信标：用于给进近和着陆的飞机提供距跑道入口固定点的距离信息。工作在VHF频段，固定频率为75MHz。④测距仪：用测距仪代替指点信标时，能给进近和着陆的飞机提供至测距仪台或着陆点或跑道入口的连续距离。工作在L波段，频率范围为962~1215MHz。与ILS合用时，其工作频率与航向信标配对使用。各台的典型位置如图1—1所示。图1—1ILS典型位置示意图2．ILS的基本定义和性能类别2.1．基本定义调制度差(ddm)：较大音频信号对射频的调制度百分数减去较小音频信号对射频的调制度百分数的值。航道线：在任何水平面内最靠近跑道中心线的ddm为零的各点的轨迹。2航道扇区(航道宽度)：从航道线向两边扩展，到ddm为0.155(150微安)的各点轨迹所限制的区域。通常在跑道入口两边以105米(350英尺)为0.155ddm。最大航道扇区(航道宽度)不能超过6度。位移灵敏度：测得的ddm与偏离适当基准线的相应横向位移的比率。下滑道：跑道中心线的铅垂面上ddm为零的各点所组成的轨迹中最靠近地平面的那条轨迹。下滑角：平均下滑道的直线与地平面之间的夹角。下滑道扇区：从下滑道的铅垂面向上下两边扩展，到ddm为0.175(150微安)的各点轨迹所限定的区域。角位移灵敏度：测得的ddm与从适当的基准线相对应的角位移的比率。A点：在进近方向沿着跑道中心延长线、距跑道入口7400米(4海里)处测得的下滑道上的一点。B点：在进近方向沿着跑道中心延长线、距跑道入口1050米(3500英尺)处测得的下滑道上的一点。C点：下滑道直线部分在包含跑道入口的水平面上方30米(100英尺)高度处所通过的一点。T点(基准数据点)：位于跑道中心线与跑道入口交叉处垂直上方规定高度上的一点，下滑道直线向下延伸的部分通过此点。其高度通常为15米(50英尺)、容差＋3米。D点：从跑道入口向航向信标方向前进900米(3000英尺)、在跑道中心线上方4米(12英尺)的那一点。E点：从跑道终端向入口方向前进600米(2000英尺)、在跑道中心线上方4米(12英尺)的那一点。以上各数据点位置如图1—2所示。图1—2仪表着陆系统各数据点示意图2.2．性能类别ILS的性能通常分为3种类别：Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。在国际民用航空公约附件10《航空电信》中规定了详细的设备运用性能，其分为：3Ⅰ类：在跑道能见距离不小于800米的条件下，以高的进近成功概率运用至60米的决断高度。如果在这点(60米高度)上仍看不到跑道，应决定复飞。Ⅱ类：在跑道能见距离不小于400米的条件下，以高的进近成功概率运用至30米的决断高度。如果在这点上仍看不到跑道，应决定复飞。ⅢA类：没有决断高度限制，当跑道能见距离不小于200米，在着陆的最后阶段凭外界目视参考，运用至跑道表面。ⅢB类：没有决断高度限制，及不依靠外界目视参考，一直运用至跑道表面。随后在跑道能见度相当于跑道能见距离不小于50米的条件下，凭外界目视参考滑行。ⅢC类：没有决断高度限制，一直运用至跑道面表，且不凭外界目视参考滑行。3．地面设备的基本工作原理3.1．航向信标和下滑信标的主要组成部分航向信标和下滑信标主要由设备机柜、电源、天线信号分配箱、天线阵等组成，如图1—3、1—4、1—5所示。图1—3挪威NM7000型机柜及电源示意图图1—4航向信标12单元天线阵示意图图1—5M型下滑信标天线阵43.2．航向信标的基本要求(1)基本辐射信号射频：在108.1~111.975MHz频段内某一固定的频率上工作。用单一射频载波时，频率容差为±0.005%。用双射频载波时，频率容差为±0.002%，并且所占用的额定频段应对称于指配的工作频率；两个载波频率间隔应大于5KHz、小于14KHz。图1—6航向信标的基本辐射信号辐射水平极化波。射频载波由90Hz和150Hz单音调制，90Hz+150Hz调制的信号称为载波和边带波CSB；90Hz-150Hz调制的信号称为纯边带波SBO。在航道线上的调制度各为20%。在航道线左边(面对天线)，90Hz调制信号占优势，即一个信号的调制度大于另一个信号的调制度，称为调制度差，用ddm表示；在航道线右边150Hz调制信号占优势，如图1—6所示。(2)航道结构：如图1—7所示，航道结构的弯曲不能大于下列ddm值。区域Ⅰ类设备Ⅱ类设备Ⅲ类设备覆盖区边缘—A点0.0310.0310.031A点————B点从0.031线性降到0.015从0.031线性降到0.005B点————C点0.015B点—基准数据点0.005B点————D点0.005D点————E点线性增至0.01图1—7航道结构示意图50339.03002800105tan1(3)航道宽度航向信标接收机通常校准到0.155ddm等于150μA，航道宽度的边缘也就限定为150μA。因此，0.155ddm就等于航道宽度边缘，边缘内的区域称为航道扇区，即航道宽度。由于各机场跑道长度、航向天线离跑道端的距离是不相等的，所以航道宽度也是不同的。其限定为在跑道入口处宽210m(700英尺)，即中心线两边各105m，如图1—8所示。例如：某一跑道长2800m，天线阵距跑道端300m。则：θ＝1.94°即，航道宽度为1.94°×2=3.88°。航道宽度的容限一般为3°～6°。如果跑道长度太长，计算出的宽度小于3°时，应把宽度调到3°。同样，如果跑道长度较短，计算出的宽度大于6°，则必须把宽度改善到6°。图1—8航道宽度示意图图1—9航向信标覆盖示意图(4)覆盖：在前航道线±10度范围内为25NM(约45km)、±10度至±35度为17NM，如图1—9所示。如提供35度以外的覆盖，则为10NM。地平面7度以上，信号应尽量降低。(5)识别信号：必须用1020Hz±50Hz单音的A2A类调制的射频载波产生，调制度为5%~15%。识别信号必须采用国际莫尔斯电码，并由三个或四个字母组成。ILS识别信号的第一个字母通常为I，后面两个字母为进近方向远距(或超远距)归航台的识别信号。3.3．下滑信标的基本要求(1)基本辐射信号射频：必须在328.6~335.4MHz频段内某一固定的频率上工作，并与航向信标配对使用。频率配对关系见表1—1。6航向下滑航向下滑航向下滑航向下滑108.10334.70108.15334.55108.30334.10108.35333.95108.50329.90108.55329.75108.70330.50108.75330.35108.90329.30108.95329.15109.10331.40109.15331.25109.30332.00109.35331.85109.50332.60109.55332.45109.70333.20109.75333.05109.90333.80109.95333.65110.10334.40110.15334.25110.30335.00110.35334.85110.50329.60110.55329.45110.70330.20110.75330.05110.90330.80110.95330.65111.10331.70111.15331.55111.30332.30111.35332.15111.50332.90111.55332.75111.70333.50111.75333.35111.90331.10111.95330.95表1—1航向/下滑信标频率配对表用单一射频载波时，其容差为±0.005%。用双射频载波时，频率容差为±0.002%，并且所占用的额定频段应对称于指配的工作频率；两个载波频率间隔应大于4KHz、小于32KHz。辐射水平极化波。射频载波与航向信标一样，也是由90Hz和150Hz单音调制，产生CSB和SBO。在下滑道上的调制度各为40%；在下滑道上面90Hz调制信号占优势，在下滑道下面150Hz调制信号占优势，如图1—10所示。图1—10下滑信标的基本辐射信号(2)下滑角：下滑信标应能产生一条与地平面成2~4度的辐射下滑道，但国际民航组织建议的下滑角为3度。超过3度的下滑角一般不使用，除非不能满足障碍物净空的要求。(3)下滑道结构：如图1—11所示，下滑道结构的弯曲不能大于下列ddm值。区域I类设备Ⅱ类设备Ⅲ类设备覆盖区边缘——C点0.035覆盖区边缘——A点0.0350.035A点—————B点均从0.035线性降到0.023B点——基准数据点0.0230.0237图1—11下滑道结构示意图(4)下滑道宽度下滑信标的接收机同样也校准到下滑道宽度边缘为150μA，其等于0.175ddm；在宽度边缘内的区域，称为下滑道扇区，宽度为1.4°。(5)覆盖范围：天线前方左右各8°，上至1.75θ、下至0.45θ，距离至少为10NM，如图1—12所示。图1—12下滑信标覆盖示意图3.6．指点信标的主要组成部分和基本原理指点信标主要由室内的设备机柜和室外的天线阵组成，如图1—13和图1—14所示。其作用就是给进近和着陆的飞机提供距跑道入口的距离信息。工作在VHF频段，固定频率为75MHz。根据其距跑道端不同的距离，分为外、中、内指点信标，参见图1—1。射频载波由400Hz(外)或1300Hz(中)或3000Hz(内)单音调制后，由天线向上辐射一定宽度的信号，覆盖范围如图1—15所示。图1—13指点信标设备机柜示意图8图1—14机房和天线示意图图1—15覆盖范围示意图4．机载设备及基本工作原理机载设备包括接收天线、接收机、控制器及指示器等，如图1—16所示。9图1—16机载设备示意图4.1．航向和下滑信标的基本工作原理图1—17为ILS系统的典型示意图，对于航向和下滑信标来说，从一架正在着陆的飞机上看，在航道线左边和下滑道上面，90Hz调制占优势；在航道线右边和下滑道下面，150Hz调制占优势；在航道线和下滑道上，两个调制信号的幅度相等。把这些信号作用到机载指示器上，就能给飞行员提供正确的引导信息。图1—17仪表着陆系统示意图10图1—18为ILS机载接收机航向和下滑信标的电路和指示器示意图。当收到的信号足够强时，接收机检测出与调制度成正比的90Hz和150Hz信号。这两个信号经音频放大器放大后，加到90Hz和150Hz带通滤波器，然后经整流器整流成与输入信号调制度成正比的正直流电压。图1—18典型机载接收机示意图假定飞机沿航道和下滑道飞行，这时90Hz和150Hz调制度相等，经桥式整流器输出的两个电压也相等，把这两个电压加到指示器的中间为零的微安表(150μA满刻度偏转)上，由于电压的极性和幅度完全相等，电表两端就没有电位差，没有电流流过电表，指针保持在中间位置上，如图1—17中(A)所示。如果飞机偏离航道或下滑道，这时90Hz和150Hz调制度就不相等，经桥式整流器输出的电压也不相等，电表两端就会有电位差，有电流流过电表，使指针偏向一边，如图1—17中(B)和(