无线电导航系统（第2版）课件 第13、14章 微波着陆系统、精密进场雷达系统

微波着陆系统通信与导航专业系列教材无线电导航系统(第2版)第十三章01概述微波着陆系统（MierowaveLandingSystem，MLS）是一种新型的精密进场着陆引导系统，因其具有提供多种进近路径、对场地要求低、工作波道数多、受电磁干扰影响小等诸多优势，使其成为新一代高性能航空导航着陆引导系统。MLS工作在微波频段，故而取名为微波着陆系统，它本质上是微波仪表着陆系统。概述系统组成、功能与配置MLS由地面台组和相应的机载设备构成。地面台组有两种配套方式，一种称为基本配套方式，另一种称为扩展配套方式。概述全功能的MLS地面台组成如图13-1所示。概述MLS机载设备包括两部分。一部分是方位、仰角和数据机载接收设备，用来完成航向和下滑角测量及数据的接收处理任务；另一部分是PDME系统的机载设备，用来实现距离的测量，给出距离指示。两部分工作在不同频段，组合使用共同为飞行员提供直观的着陆引导指示，或直接导出数据提供给飞行控制系统。概述利用MLS引导飞机着陆的过程包括防止噪声的曲线进场、垂直拐弯或者分段引导以及最后的中线进场，如图13-1所示。概述I类决断高度是60m，I类决断高度是30m，15m以下为皿类着陆。在决断高度上，飞行员必须判断出能否用视觉完成拉平、触地、滑行等动作。而为了完成皿类着陆，MLS方位台和仰角台必须根据“仪表飞行规则”把飞机引导到跑道着陆端上空，而且从拉平到着地这一阶段，要提供飞机在跑道上方的高度信息，这项任务由拉平（FL）台和PDME系统联合完成。系统应用和发展概述1）工作频率。2）作用区域3）系统精度。系统性能及特点概述系统特点尽管微波着陆系统已被确定为全球标准飞机着陆系统，其潜在的优越性也令人信服，国际民航组织也制定了明确的过渡计划。但正如前面所提到的，由于仪表着陆系统已遍布全球，历经改进，使用顺利，虽有缺陷，但尚未达到不能容忍的地步。而微波着陆系统设备昂贵、投资大，因此大要取代仪表着陆系统尚待时日。概述02系统工作原理测角原理微波着陆系统采用了时间基准波束扫描的时间式测角原理进行角度测量。当方位波束相对跑道中线以固定速率由左向右“往”扫描碰到飞机时，飞机收到一个“往”脉冲；然后由右向左“返”扫描又碰到飞机时，飞机又收到一个“返”脉冲。系统工作原理图13-4表示飞机位于不同方位角时所对应的扫描脉冲对间隔。系统工作原理MLS其他角度测量的方法与方位角的测量是完全相同的，不同的是方位角、反方位角的测量是在水平面上完成的，而仰角、拉平角的测量是在铅垂面内完成的。需要指出的是，按照以上方法得到的结果只是理论值，实际MLS的测量精度受各种误差的制约。系统工作原理其他角度部分功能时隙的信号波形与图13-5类似，但在数据功能时隙中将只有数据信号。系统工作原理这种高速率进近方位功能顺序对功能时隙编排如图13-8所示。系统工作原理从图13-9中可见，前导信号（前导码）包括三个部分，即载波截获段、接收机基准时间码和功能识别码。全部信号由数据天线向±40°的引导覆盖区发射。系统工作原理MLS配备了精密测距器（PDME）系统。精密测距原理与通用DME系统测距有所不同，它采用的是“双脉冲/双模式”方案，是在充分研究了DME系统中影响测距精度因素的基础上，由各国提出的几种方案中选择的一种较为实用的方案。精密测距信号格式系统工作原理03系统技术实现MLS的着陆引导原理主要指的是测角原理和测距原理。测角包括测方位角、反方位角和仰角、拉平角，它们都采用时间基准波束扫描测角体制，即收发分离的最大值时间式测角方法；因为MLS的方位台、反方位台和仰角台等工作在同一个频率上，需要采用同一频率传输角度信息和数据信息，所以系统采用了时分多址工作体制。系统技术实现地面设备:方位台由天馈线系统、发射机、本地控制器、监测器、不间断电源等部分组成，其组成框图如图13-13所示。系统技术实现PDME系统地面设备:PDME系统地面设备是PDME系统应答器，其典型的组成包括天馈线、接收机、发射机、信号处理器及脉冲校正模块等部分，如图13-16所示。系统技术实现角度引导机载设备:MLS角度引导机载设备由天线、接收机、包络处理器、置信度验证和信号处理器等组成，MLS角度引导机载设备外形及组成框图如图13-18所示。系统技术实现PDME系统机载设备:MLS测距用的机载设备是PDME系统机载询问器，其简化框图如图13-20所示。系统技术实现精密进场雷达系统通信与导航专业系列教材无线电导航系统(第2版)第十四章01概述精密进场雷达系统是一种在地面指挥引导飞机着陆的系统。在复杂气象条件下，当飞机飞到雷达探测范围内时，着陆领航员在雷达显示器上观测飞机的航向角、下滑角和相对于着陆点的距离，并且和理想航迹线比较，依据偏差情况用无线电话指挥飞行员操纵飞机沿着理想下滑线下降到30~50m，然后转入目视着陆，这种着陆方法也称为地面控制引进。概述系统组成、功能与配置机场监视雷达（又称环视雷达）工作波长为10cm，探测以机场为中心、半径为100~200km范围内的各种飞机，以平面位置显示器显示飞机的距离和方位，提供机场周围飞机的活动情况，实现空中交通管制并引导飞机进场；精密进场雷达，又称着陆雷达。概述精密进场雷达系统由机场监视雷达、精密进场雷达和地空通信设备三部分组成，如图14-1所示。概述图14-2精密进场雷达在机场的配置。概述系统应用：GCA的引导过程一般分两个阶段：第一阶段是引导员在监视雷达上观测、识别要着陆的飞机，并与之建立联系将其引导到着陆航线上来；第二阶段则是利用精密进场雷达进行最后阶段的进场引导。系统应用和发展概述机场监视雷达（ASR）主要用于监视终端管制区域内的飞行目标，并在平面显示器上显示它们的距离和方位。空管人员根据这些信息，通过数据传输或通信网络引导飞机以适当的距离与高度接近并进入机场的着陆跑道，随后飞机将在仪表着陆系统、微波着陆系统或精密进场雷达（PAR）等各种着陆系统的引导下安全着陆。概述系统发展精密进场雷达系统始于20世纪40年代。在第二次世界大战期间，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型军用仪表引进系统。随着电子技术的发展，这种应用空中交叉波束的引进系统在美国空军、海军和一些商业公司之间展开了激烈的竞争。概述机场监视雷达：由于终端管制空域通常设在主要航空枢纽或机场较为密集的空中繁忙地带，其管制空域的范围有限，因此，机场监视雷达的作用距离一般为100~200km，高度覆盖在7500m左右。精密进场雷达：精密进场雷达采用较窄的天线波束宽度，以提高雷达测角精度与分辨率，保证着陆安全。概述精密进场雷达系统具有精度高、抗雨雪干扰、机动性好、不需专用机载设备、可对各种类型飞机实施双向引导、不必专门训练飞行员等特殊优势，所以一直受到军方的重视，自20世纪40年代开始沿用至今。系统特点概述02系统工作原理测距原理雷达到目标的距离是由接收信号与发射信号的时间间隔来确定的。雷达工作时，发射机经天线向空中发射一串重复周期一定的射频脉冲，如果在电磁波传播的途径中有目标存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。系统工作原理测角原理：雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内，当天线波束轴对准目标时，回波信号最强，如图14-6实线所示。系统工作原理测速原理：当目标与雷达站之间存在相对运动时，接收到的回波信号因多普勒效应其载频相对于发射信号的载频产生一个偏移，这个偏移就叫多普勒频移。系统工作原理众所周知，相对于雷达径向速度不为零的动目标回波，由于其行程的变化，存在多普勒效应，回波信号频率与发射信号频率是不一致的；而对于固定目标回波，相对于其发射脉冲的行程相同，因此频率不发生变化。动目标显示（MTI）原理系统工作原理雷达的探测能力雷达究竟能在多远距离上发现（检测）目标，这可由雷达方程来估计。雷达方程将雷达的作用距离和雷达发射、接收、天线等因素联系起来，因此它不仅可以用来估计雷达检测目标的最大作用距离，也可以作为了解雷达的工作关系和用作设计雷达的一种工具。系统工作原理根据雷达体制的不同，可选用各种各样的信号形式，常用的几种信号形式如表14-1所示。系统工作原理03系统技术实现机场监视雷达原理框图如图14-12所示。系统技术实现机场监视雷达机场监视雷达的工作过程为：由定时器产生同步脉冲，作为全机的时间基准，分别送到雷达的各个分机，雷达发射机产生大功率的射频脉冲信号馈送到天线，而后经天线辐射到空间。天线一般具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得较大的观测距离。系统技术实现机场监视雷达早期的终端显示器主要采用