仪表着陆系统原理.ppt

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 Approachpath示意图 仪表着陆系统类别 仪表着陆系统的类别 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 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 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 类 相应的仪表着陆系统必须达到 类标准 仪表着陆系统达到 类标准 还需其他设施或项目 如 灯光 围界 运行程序等 达到 类标准 机场才能达到 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 类仪表着陆系统3套 首都机场 虹桥机场 白云机场 类仪表着陆系统1套 上海浦东机场 其他均为 类仪表着陆系统呼和白塔机场目前为 类仪表着陆系统 ILS设备种类的详细划分见下表 对于 类设备 能够提供的引导信息最低为30米 类的最低能力为15米 对于 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M150 M90航道左侧M90 M150对于下滑 下滑道上方M90 M150下滑道下方M150 M90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SBOCSB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 CSB 150 90 90 150 90 150波形图 CSB射频信号 CSB信号频谱 SBO 90 150波形图 SBO射频信号 SBO信号频谱 150 90 90 150 发射场型 CSB和SBO信号场型航向信标 M150Hz M90Hz M150Hz M90Hz 发射场型 M150Hz M90Hz M150Hz 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 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 90 150 90 150 108 112兆赫 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 类 10 5米 类 7 5米 航道位移灵敏度对于 类和 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 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 015DDM 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 类 0 005DDM 识别信号音频1020赫 50赫 A C B 基准数据点 30 A 5 A 15 A 航道结构示意图 实际航向道线 跑道中心延长线 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 24 扇区内是线性变化的 为下滑角 3 以单频为例 GScharacteristicvalues原理图如下 Figure1 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 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 CSB SBO 90 150 90 150 328 335兆赫 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 类设备覆盖区边缘到C点 0 035DDM 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 023DDM A C B 基准数据点 30 A 20 A 下滑道结构示意图 3度下滑道线 实际下滑道线 类容限 类容限 下滑信标的天线系统和机柜 维护人员在维护天线系统右图 维护航向天线下图 维护下滑天线 名词术语 角位移灵敏度调制度差与偏离适当基准线的相应角位移的比率 反向航道扇区位于航向信标台与跑道所在反向相反方向上的航道扇区 航道线在任何水平面内最靠近跑道中心线的调制度差为零的点轨迹 航道扇区在包含航道线的水平面内 最靠近航道线的调制度差为0 155的各点轨迹所限制的扇区 调制度差较大信号的调制度百分比减去较小信号的调制度百分比 再除以100 位移灵敏度 航向 测得的调制度差与偏离适当基准线的相应横向位移的比率 类设施性能的仪表着陆系统从仪表着陆系统覆盖区边缘到航向信标的航道和下滑信标的下滑道在高度不大于30米 从跑道入口水平面量起而相交的一点 能提供引导信息的仪表着陆系统 类设施性能的仪表着陆系统从仪表着陆系统覆盖区边缘到航向信标的航道和下滑信标的下滑道在高度不大于15米 从跑道入口水平面量起而相交的一点 能提供引导信息的仪表着陆系统 类设施性能的仪表着陆系统借助必要的辅助设备 从仪表着陆系统覆盖区边缘到跑道表面能提供引导信息的仪表着陆系统 前向航道扇区位于航向信标台与跑道相同一侧的航道扇区 半航道扇区包含航道线的水平面内 由靠近航道线的DDM等于0 0775的各点轨迹所限定的扇区 下滑道在包含下滑道的垂直面内 由靠近水平面的DDM等于零的各点轨迹 下滑角平均下滑道的直线与水平面之间的角度 下滑道扇区包含下滑道的垂直面内 由靠近下滑道的DDM等于0 175的各点轨迹所限定的扇区 半下滑道扇区包含下滑道的垂直面内 由靠近下滑道的DDM等于0 0775的各点轨迹所限定的扇区ILS A 点在进近方向 沿着跑道中心延长线 距跑道入口7