浅析着陆系统及其发展史

1浅析着陆系统及其发展史摘要：飞机的着陆系统是整个飞行过程中必不可少的重要阶段，各种着陆系统是如何工作的以及它们是怎样发展而来的，本文作了简要介绍。关键词；着陆系统工作原理发展史1903年，世界上第一架飞机问世。一战爆发后，飞机开始被用作侦察、空战、轰炸等。1919年，运输机问世，随着运输机的出现，欧美各国开始有了航运，并渐渐有了定期航班。这时，如何保障飞机在夜间和低能见度情况下的飞行与着陆安全就变得越来越重要了。“飞机着陆系统”开始在这样的需求背景之下发展起来。1.仪表着陆系统在出现无线电着陆仪表着陆系统前的很长一段时间内，飞机驾驶员主要依靠目视飞行和引进着陆。1919年，美国国家标准局试验了历史上第一个仪表着陆系统—300KHZ无线电火花着陆场指向信标系统。此后，仪表着陆系统不断发展，并且在1948年由国际民航组织（ICAO）在芝加哥会议上把仪表着陆系统确认为国际标准着陆系统，还规定了全世界通用的信号格式及飞行规则。到目前为止,仪表着陆系统仍然是国际上广泛使用的着陆引导系统。仪表着陆系统是由地面设备和机载接收机两部分组成。地面设备分为航向台、下滑台和指点标台。机载接收机分为航向/下滑接收机和指点信标接收机。航向台提供一个通过跑道中心线的铅垂面，下滑台提供一个与跑道平面成固定角度的相交倾斜面，指点信标台提供距离检查点，利用两个平面相交的办法便可得到所要求的下滑线。飞机在进近过程中，与正确的航向道和下滑道之间的偏差信号在驾驶员前仪表板上的十字指示器上显示出来，供驾驶员校准飞机的飞行路线。在飞越指点信标台上空时，向驾驶员发出特定的信号以识别当时的距离。驾驶员可以根据这些仪表指示，按仪表飞行规则操纵飞机，也可以将这些信号送到飞机的自动驾驶仪中，以进行自动进近。机载接收设备的任务是接收并处理地面信标台的信号，根据所接受的航向信号、下滑信号及指点信标台的信号给出引导指示，从而引导飞机沿固定的航向及下滑路径安全地着陆。2.雷达着陆系统二战期间，由于战争的需要，美国在1941年开始研制军用仪表着陆系统。先后出现了SCS-51型空军仪表引进系统和A-1军用仪表引进系统。然而，当时战斗机和运输机达到几千架，使用仪表着陆系统要求在所有机场安装地面设备和在每架飞机上安装接收机，并且训练飞行员学会使用，代价巨大。于是，雷达着陆系统应运而生，雷达着陆系统的正式名称为2地面控制引进（GCA）系统。GCA系统实际就是一部地面精密引导雷达,可以很精确地测量飞机的位置。它不需要机载接收机和显示仪表，只需要通过话音电台把地面领航员的引进口令传给驾驶员，驾驶员按口令操纵飞机引进和着陆。这种特性使GCA系统很好地满足了战时的需求。1943年第一种军用型号设备AN/MPN-1在美国进行了试验，1945年空运型的GCA的军用型号AN/CPN-5研制成功，1946年前后出现了民用GCA系统。雷达着陆系统还用于舰载飞机安全降落在航空母舰甲板上。二战后生产的AN/SPN-8和AN/SPN-12就是用话音向飞机发送航向驾驶信号的雷达跟踪系统，它引导飞机到达距航空母舰一定距离后，改由自由着舰。3.微波着陆系统随着民用航空事业的飞速发展和空中交通量的剧增,仪表着陆系统逐渐暴露出了自身存在的一些缺点和局限性,世界各发达国家于20世纪60~70年代先后研制出几十种新型着陆系统。1978年，ICAO确认了时间基准波束扫描技术体制的微波着陆系统作为国际标准着陆系统。微波着陆系统与仪表着陆系统都属于“空中导出数据”系统，基本工作原理也是由机载设备接收来自地面设备发射的引导信号，经过处理获得飞机相对于跑道的位置信息（方位、仰角、距离等），飞行员根据飞机仪表的指示，自主地操纵飞机安全着陆。微波着陆系统由方位台、仰角台、精密测距器和机载接收机组成。方位台和仰角台向空中发射扫描信号，机载接收机收到“往”、“返”两次扫描信号后，通过测量两个波束信号之间的时间间隔，得到飞机在空间的位置。相对于仪表着陆系统，微波着陆系统有很多优点，比如系统精度高，能满足全天候工作要求；允许飞机任意选择机场航道，适用于作各种起落的各型飞机；系统容量大，能满足空中交通量增加的要求；设备体积小，对场地要求低；系统抑制多径干扰能力强等等。进入20世纪80年代后,世界各发达国家竞相发展自己的微波着陆系统,中国自1975年开始研究微波着陆系统，90年代中期中国生产出了第一套微波着陆系统。ICAO还制定了自1988年到1999年由ILS向MLS过渡的计划,但时至今日,微波着陆系统的实际推广使用还处于停滞状态。究其原因,一方面,仪表着陆系统已遍布全球,尽管存在缺陷但仍能使用;另一方面,以GPS为代表的卫星导航技术的崛起和巨大成功,加上差分GPS精密导航技术的迅猛发展,更是给微波着陆系统的过渡计划以致命的打击。再一个方面就是微波着陆系统设备昂贵，投资大，一些欠发达地区难以负担这样巨大的投资。1995年,美国联邦航空局宣布停止发展Ⅱ/3Ⅲ微波着陆系统,使得今后在全球装备微波着陆系统的前景更加渺茫。4.GPS星基着陆系统在过去的几十年，全球军民用机场和飞机普遍依靠仪表着陆系统、微波着陆系统、GCA等陆基着陆系统进行进近着陆。最近几年，随着GPS的开发应用，一些GPS着陆系统应运而生。GPS是美国国防部研制的新一代星基无线电导航系统，于1994年建成。由24颗卫星组成的覆盖全球98%的工作星座，构成了高精度、全天候和全球性的无线电导航。GPS卫星定位的基本原理是延时测距，通过对4个已知位置上卫星信号传播延时的测量，确定卫星至用户的距离，再由4个测量到的距离解算出用户的三维坐标位置。GPS的测速原理与定位原理大致相同，不过测量的是信号的多普勒频移而不是距离。差分GPS技术（DGPS）是利用两个GPS接收机测量的位置信息（或距离信息）及其他导航信息的相关性能消除大部分GPS卫星钟误差、星历误差、选择可用性误差及大气延迟误差，大大提高导航定位精度。它可以满足非精密引进以及Ⅰ、Ⅱ类精密引进着陆要求。是目前世界各国研究开发和试验的最新的飞机着陆系统。目前，美国多家公司已经进行了DGPS着陆系统的研究与生产，比如Honeywell/Pelorus公司生产的SLS-1000DGPS着陆系统；IEC公司生产的9001型和9002型两种型号的DGPS着陆系统。在亚非拉很多地区也都在积极研究DGPS着陆系统的研究与试验工作。5.结语：虽然美国等国家已经放弃了对微波着陆系统的研究，全力发展GPS进场着陆系统，但一些欧洲国家并不想完全依赖美国军方控制的GPS导航系统。因此现在导航着陆系统的形式是，仪表着陆系统普遍使用，但发展已近极限，微波着陆系统和GPS着陆系统的研究利用各自发展、互相竞争，谁是未来主导，难以预料。飞机着陆是整个飞行过程中一个必不可少的重要阶段，今后对飞机着陆系统的研究和发展将永无止境。