仪表着陆系统原理

仪表着陆系统概述•导航的概念：所谓导航就是将飞行器或舰船从一地引导到另一地的控制过程。导航分为无线电导航、惯性导航、天文导航、多普勒和仪表导航等，方法上来看主要是测角和测距。ILS(InstrumentLandingSystem)仪表着陆系统是国际范围内被广泛运用于航空器进近和着陆的一种辅助导航设备。这个系统主要由航向台、下滑台和一系列的指点标构成。指点标有Outermarker,Middlemarker在一些特殊情况下也包含Innermarker。●仪表着陆系统的作用仪表着陆系统向正在进行着陆过程中的航空器提供着陆引导信息，包括航向道信息，下滑道信息和距离信息。航向道信息，对准跑道中心线下滑道信息，沿3度角下降距离信息，告知到跑道入口的距离•仪表着陆系统工作的基本原理航向台和下滑台的基本工作原理是对90Hz和150Hz调制信号的DDM（调制度差）值进行测量。机载设备通过接收这些调制信号来检测正确的进近航道和下滑道。DDM基本原理图如下：GSLOCDDM=090Hz90Hz150Hz150HzRunwaythresholdFigure1-1.DDMprinciple★Foroppositedirection(optional)★★+DMEantenna(optional)Ø／2=HalfcoursewidthIMisnotshown=FFM-Antenna(optional)OMMMFFMGS-antenna★★GS-shelter+DME(optional)Ø／2ControlandmonitoringofallILSsubsystemsfromthetowerRCMSMODEM7200米1050米RunwaythresholdTouchdownCa.250米LOC-antennaLOC-shelterFFM★DCa.150米RunwayFigure1-2.ArrangementofILSsubsystemsRWYcentreLineApproachpath示意图仪表着陆系统类别•仪表着陆系统的类别：Ⅰ类仪表着陆系统，在能见度为800米时，保障航空器到距地面60米的高度Ⅱ类仪表着陆系统，在能见度为400米时，保障航空器到距地面30米的高度，即到跑道入口Ⅲ类仪表着陆系统，在能见度为0米时，保障航空器到跑道的地面。机场类别和系统类别的区别•机场运行类别和仪表着陆系统的类别机场运行达到Ⅱ类，相应的仪表着陆系统必须达到Ⅱ类标准。仪表着陆系统达到Ⅱ类标准，还需其他设施或项目(如:灯光；围界；运行程序等)达到Ⅱ类标准，机场才能达到Ⅱ类运行标准，这是系统工程。系统现状•我国现有仪表着陆系统的情况现有仪表着陆系统100套，在80个机场。Ⅱ类仪表着陆系统3套，首都机场，虹桥机场，白云机场Ⅲ类仪表着陆系统1套，上海浦东机场。其他均为Ⅰ类仪表着陆系统呼和白塔机场目前为Ⅰ类仪表着陆系统ILS设备种类的详细划分见下表种类无精密进近引导Ⅰ类Ⅱ类ⅢAⅢBⅢC决断高度300米60米30米15米00跑道视距5000米800米400米200米50米0对于Ⅰ类设备，能够提供的引导信息最低为30米，Ⅱ类的最低能力为15米，对于Ⅲ类设备最低为跑道面上注意：所说的最低，是设备能够达到的最低高度，按照我们的话讲，是最大能力。ILS基本工作原理•国际民航组织标准：比幅制•工作原理：比较两个音频信号的调制度，90赫和150赫•在航道上，90赫和150赫的调制度相等，他们之间的调制度差为0。•偏离航道，出现调制度差，偏离越多，调制度差越大•当面对航向天线或下滑天线时对于航向：航道右侧M150M90航道左侧M90M150对于下滑：下滑道上方M90M150下滑道下方M150M90•在航道或下滑道上，M90=M150运用矢量概念航空器在跑道中心线右侧航空器在跑道中心线左侧航空器在跑道中心线和下滑道上航向信标航向信标台下滑信标台航空器在下滑道下方航空器在下滑道上航空器在下滑道上方下滑信标台航向信标台下滑信标发射信号•发射的信号：CSB和SBO•CSB信号：载波加边带波，调制信号为90+150赫，发射机调制•SBO信号：纯边带波，载波抑制。调制包络为90–150赫，空间调制•调制度差是所有CSB和SBO信号的90赫和150赫分量的叠加或相减CSB1509090+15090+150波形图CSB射频信号CSB信号频谱SBO90－150波形图SBO射频信号SBO信号频谱1509090－150发射场型•CSB和SBO信号场型航向信标M150HzM90HzM150HzM90Hz发射场型M150HzM90HzM150Hz〉M90Hz下滑信标CSB和SBO信号场型•航向(Localizer)–航向产生的射频信号频率范围为108-112MHz，其中小数点后为奇数的频段由航向使用，小数点后为偶数的频段留给全向信标使用。一个航向台和一个航向台的频率间隔为50KHz，可用频点为40个。需要注意的是航向台的频率确定后，下滑台的频率也就随之确定了。呼和浩特机场08号108.9兆，26号109.5兆。–在±10度扇区范围内，覆盖距离大于25海里。±35度扇区覆盖大于17海里。–航向产生的射频信号经90Hz和150Hz调制信号调幅后产生一个非常重要的参数DDM值。–面向航向天线左边90Hz占优，右边150Hz占优，跑道中心线DDM值为0。90Hz和150Hz调制信号哪一个占优是由其调幅度决定的。–在跑道中心线距跑道入口端左右各107米范围内，DDM值呈线性变化。左107米DDM值为-15.5%,右107米DDM值为+15.5%(机载接收机显示150微安）。Figure1-3.LoccharacteristicvaluesDDM=+15.5%m150Hzm90HzDDM=0m150Hz=m90HzDDM=-15.5%m90Hzm150HzThreshold航向天线107m107mDDM≧18%DDM≧18%DDM≧15.5%DDM≧15.5%±35°±10°OffCourseClearance•航向台，提供覆盖跑道及跑道延长线的水平方向上的引导信号，这个信号是合成的，分别由两个辐射场（90/150）共同完成。•航道：在跑道中心线和跑道延长线上，一定范围内150Hz和90Hz调制的幅度是一样的（调制度相等）这个范围称为“航道”。当飞机处于航道的左侧时，也就是90Hz占优势的辐射场内，会得到“向右”的指示。当飞机处于航道的右侧时，也就是150Hz占优势的辐射场内，会得到“向左”的指示。•DDM：90Hz和150Hz调制信号的调制度差。•SDM：90Hz和150Hz调制信号的调制度和。•位移灵敏度（DS）：半航道扇区内的DS应为0.00145DDM/m，DS应在±17%的可调整范围之内。航向天线系统•航向信标的天线单元对数周期天线，前后比28分贝•航向信标的天线阵宽孔径航向信标，天线单元数量少，辐射波瓣宽，易受跑道两侧障碍影响。窄孔径航向信标，天线单元数量多，辐射波瓣窄，不易受跑道两侧障碍影响。天线波瓣双频航向信标•双频制航向信标余隙发射机和航道发射机的频率有偏差余隙发射机产生天线场余隙信号余隙信号的反射信号，对航道信号的影响减小，航道稳定。•不同的航向信标对场地要求、投资、保障的类别都不同，要因地制宜的采用航向信标射频振荡90/150产生调制/放大射频分配SBO航向天线阵90＋15090-150108－112兆赫CSB航向信标性能要求•覆盖±10度扇区内：46公里±10度到±35度两侧扇区内：31公里•频率稳定度±0.005%•航向准确度在基准数据点，平均航道偏离跑道中心线的允许位移量：Ⅰ类，±10.5米，Ⅱ类，±7.5米。•航道位移灵敏度对于Ⅰ类和Ⅱ类仪表着陆系统在基准数据点的位移灵敏度0.00145DDM/米。在基准数据点左右105米处，航道位移量应该是0.155DDM，应在±17%的可调范围内。从航道到航道两侧DDM为0.18的范围内，角位移和DDM的增加成线性关系。从这个角度之后到±10度，DDM不能小于0.18。±10度到±35度，DDM不能小于0.155。•航道结构航道弯曲不能超过以下要求：Ⅰ类覆盖区边缘到A点：0.031DDM。A点到B点:从0.031DDM线性下降到0.015DDMB点到C点:0.015DDMⅡ类覆盖区边缘到A点：0.031DDMA点到B点:从0.031DDM线性下降到0.005DDMB点到基准数据点:Ⅱ类,0.005DDM•识别信号音频1020赫±50赫ACB基准数据点30μA5μA15μA航道结构示意图实际航向道线跑道中心延长线Ⅰ类容限航向信标性能要求航向天线系统•航向天线：对数周期天线•对数周期天线的性能总结天线的波段特性很宽频率改变时，辐射区位置发生变化，但电尺寸不变电尺寸不变，天线的方向性、阻抗特性保持不变。如果增加天线的波段覆盖，会对增益造成一定的降低。●航向对数周期天线分6单元、12单元、24单元，呼和采用12单元天线阵。天线上的每一个天线阵输入信号的幅度相位是不一样的，具体分配单元完成，由监视单元取样反馈到监控器。●呼和浩特机场采用12单元天线阵仪表着陆系统的航向天线阵•下滑（GS）–下滑产生的射频信号频率范围为328MHz到336MHz，频率间隔为150KHz，有40个可用频率点。–在±8°扇区范围内覆盖达到10海里–下滑产生的射频信号经90Hz和150Hz调制信号调幅后产生一个非常重要的参数DDM值。–飞机是通过DDM值来确定下滑道的。下滑道上方90Hz占优DDM值为负值，下方150Hz占优DDM值为正值。–DDM值在±0.24Ø扇区内是线性变化的。Ø为下滑角，Ø=3°以单频为例，GScharacteristicvalues原理图如下：A1A2DDM-17.5%m90Hzm150HzDDM+17.5%m150Hzm90HzDDM0m90Hz=m150Hz15米0.24Ø0.24ØØactualDDM=OcurveDRunwaythresholdGS1F-antennaFigure1-4GScharacteristicvalues下滑天线系统•零基准天线由2副天线组成（上下天线）上天线是下天线的高度的2倍。SBO→上天线、CSB→下天线优点：设备简单缺点：对场地要求较为严格，保护区外400米范围内不能有山、丘陵、树林等。•边带基准天线天线高度比零基准天线低，由2副天线（上下天线）组成，上天线高度是下天线高度的3倍。适用于前方为陡下坡的地形。SBO→上天线，CSB+SBO→下天线优点：对场地平整度要求低缺点：天线高度低对反射面变化敏感。•M阵天线系统由上中下三幅天线组成，上中下天线等间隔。适用于前方是高地的地形。SBO→上天线CSB+SBO→中天线CSB+SBO→下天线优点：覆盖满意，对场地要求较低缺点：设备较复杂•改进型M阵列天线系统如果条件限制，使的反射区面积小，那就要选择该天线系统。由上中下三幅天线组成，三幅天线等间隔。SBO→上天线CSB+SBO→中天线CSB+SBO→下天线关于下滑角的一些说明Ø一般取3°理论：2.64°～3.36°内认为是线性变化的国际规定：2.775°～3.225°内实际中：2.96°～3.04°内飞行校验中：2.99°～3.02°内下滑信标制式•不同制式的下滑信标零基准下滑信标，场地的要求严边带基准下滑信标，用于特殊的场地扑获效应下滑信标是双频制，降低地面障碍物反射的影响，用于复杂地形•不同的下滑信标对场地要求、投资、保障的类别都不同，要因地制宜的采用下滑信标的波瓣零基准下滑信标捕获效应下滑信标余隙航道下滑信标射频振荡90/150产生调制/放大射频分配CSBSBO90＋15090-150328－335兆赫下天线上天线中天线扑获效应下滑信标天线阵下滑信标性能要求•下滑道结构Ⅰ类设备覆盖区边缘到C点：0.035DDM。Ⅱ类设备覆盖区边缘到A点：0.035DDM。A点到B点：从0.035DDM线性下降到0.023DDMB点到基准数据点：0.023DDMACB基准数据点30μA20μA下滑道结构示意图3度下滑道