第5章仪表着陆系统(xiugai)

1、导航原理与系统导航原理与系统 navigation principles and systems 第第5章章 仪表着陆系统仪表着陆系统 5.1 5.1 概述概述 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 5.5 5.5 航向信标航向信标 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 navigation principles and systems 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机 5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定 5.2 5.2 ils的一般特性的一般特性 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 飞机的成功着陆跟很

2、多因素有关：飞机的成功着陆跟很多因素有关： 横向风横向风 暴风雨暴风雨 云底高：由云高计测量云底高：由云高计测量 据统计，飞机在起飞和着陆阶段发生的事故分别占据统计，飞机在起飞和着陆阶段发生的事故分别占 总事故的总事故的26和和41。 能见度：由大气透射仪测量，所测能见度称为跑道能见度：由大气透射仪测量，所测能见度称为跑道 视距视距 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 类别类别决断高度（决断高度（m）跑道视距（跑道视距（m） i60800 ii30400 iiia15200（看着着陆）（看着着陆） iiib050（看着滑行）（看着滑行） iiic00（完全盲目着陆）（完全盲目着

3、陆） 决断高度决断高度：飞行员对飞机着陆或复飞作出决定：飞行员对飞机着陆或复飞作出决定/判断的判断的 最低高度，可由无线电高度表（最低高度，可由无线电高度表（lrra）给出。）给出。 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 ils是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统 ，其工作体制为，其工作体制为m型等信号测角方式。型等信号测角方式。 发展历史发展历史 1939年由美国研制成功年由美国研制成功 1949年被年被icao采纳为国际标准导航系统采纳为国际标准导航系统 缺点缺点 频道数少：频道数少：40个频道个频道 对机场环境敏感对机场环境敏感 提供

4、的下滑道单调提供的下滑道单调 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 航向信标台（航向信标台（loc）：提供水平制导）：提供水平制导 下滑信标台（下滑信标台（gs）：提供垂直制导）：提供垂直制导 指点信标台（指点信标台（mb）：提供距离信息与决断信息）：提供距离信息与决断信息 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 若若ils加装了加装了dme提供飞机距跑道的距离信息，则三个指点标提供飞机距跑道的距离信息，则三个指点

5、标 可以少装或不装。可以少装或不装。 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 loc、gs的每个天线单元一般采用的每个天线单元一般采用“对数周期天线对数周期天线” loc天线系统天线系统 中国民航大学 cauc 5.1 5.1 概概 述述 loc、gs的每个天线单元一般采用的每个天线单元一般采用“对数周期天线对数周期天线” gs天线系统天线系统 中国民航大学 cauc loc f=108.10111.95mhz， f=0.05mhz，只用以，只用以mhz为为 单位的小数点后第一位是奇数的那些频率点单位的小数点后第一位是奇数的那些频率点； 共有共有40个频道。个频道。 5.2 ils

6、5.2 ils的一般特性的一般特性 gs f=329.15335.0mhz， f=0.15mhz，与，与loc的频率的频率 是固定配对是固定配对使用的；使用的； 共有共有40个频道。个频道。 中国民航大学 cauc 5.2 ils5.2 ils的一般特性的一般特性 视距传播视距传播 ； 水平极化。水平极化。 gs、loc：m型等信号测角型等信号测角 gs：p=57w， r=10nm； loc：p=515w， r=25nm。 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 本课程内容本课程内容 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 nr 中国民航大学 cauc 5.

7、3 5.3 下滑信标下滑信标 sbr 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 m-array 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 0 （跑道平面）（跑道平面） ah al 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 1. csb、sbo信号的形成（信号的形成（1） csb：载波信号（和信号）；：载波信号（和信号）；sbo：边带信号（差信号）：边带信号（差信号） u1(t)=um1cos ct u3(t)=um3sin 1t， 1=2 f1，f1=150hz u4(t)=um4sin 2t， 2=2 f2，f2=90hz 662 ( )(1s

8、in)sin, 40% mc u tumttm u2(t)=um2sin ct 551 ( )(1sin)cos, 40% mc u tumttm 71 ( )(1sin)cos mc u tumtt 82 ( )(1sin)sin mc u tumtt 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 sbo12 ( )(sinsin)cos mc utumtmtt 1. csb、sbo信号的形成（信号的形成（2） csb12 ( )(2sinsin)cos mc utumtmtt 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 12 ( )( )(sinsin)cos h

9、hmhc etefmtmtt 2. m型信号的形成（型信号的形成（1） 12 ( )( )(2sinsin)cos llmlc e tefmtmtt gs信标的空间辐射场信标的空间辐射场e(t)为：为： 12 ( )( )( ) ( )( ) =2( ) 1sinsincos 22( )22( ) hl hmhhmh lmlc lmllml e tete t mefmefmm efttt efef m150 m90 下天线归一化方向性函数下天线归一化方向性函数 上天线归一化方向性函数上天线归一化方向性函数 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 ( ) 1501 2( ) h

10、mh lml efm m ef 2. m型信号的形成（型信号的形成（2） ( ) 901 2( ) hmh lml efm m ef 调制度差：调制度差：ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（1） ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef 在在下滑道扇区下滑道扇区内，设计内，设计hsi的下滑偏离杆，使其的下滑偏离杆，使其 偏移量偏移量 gg与与ddm成正比，即成正比，即 gg=kg ddm ( ) ( ) ghmh lml k mef ef

11、 gg 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（2） gg=kg ddm ( ) ( ) ghmh lml k mef ef 若飞机处在若飞机处在下滑面下滑面上，则上，则 gg=0，可见，可见m150=m90， 或或fh( 0)=0， 0为下滑角为下滑角，一般为，一般为2 4 。 下滑面：下滑面： 满足满足fh( 0)=0的点的集合。的点的集合。 满足满足m150=m90的点的集合。的点的集合。 gg 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（3） 由于在下滑面上，上天线对由于在下滑面上，上天

12、线对sbo信号的辐射为信号的辐射为0 ，故称这种信标为，故称这种信标为“零基准信标零基准信标”。 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 4. m150与与m90的方向性图（的方向性图（1） 镜象原理镜象原理 无限大理想导电平面对电荷无限大理想导电平面对电荷+q的场的影响，可以的场的影响，可以 用一个对称于理想导电平面的用一个对称于理想导电平面的-q镜象电荷来代替。镜象电荷来代替。 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 4. m150与与m90的方向性图（的方向性图（2） 上、下天线与其镜象天线（上、下天线与其镜象天线（1） 对于对于ah、a,h组成的分集

13、天线：组成的分集天线： 2 ( )sinsin h h c h f 对于对于al、a,l组成的分集天线：组成的分集天线： 2 ( )sinsin l l c h f 载波波长载波波长 中国民航大学 cauc 00 0 2 ()sinsin l l c h f 又最大值， 即下天线在方向辐射csb为最大 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 00 2 ()sinsin0 h h c h f 4. m150与与m90的方向性图（的方向性图（3） 上、下天线与其镜象天线（上、下天线与其镜象天线（2） 0 2sin c h h 0 4sin c l h 2 h l h h 中国民航大学 cauc 5.3

14、5.3 下滑信标下滑信标 4. m150与与m90的方向性图（的方向性图（4） 上、下天线及上、下天线及m150、m90的方向性图的方向性图 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 在覆盖范围内，在覆盖范围内， 最低信号场强为最低信号场强为 400 v/m。 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 调制度差：ddm = |m150| - |m90| 调制度和：sdm = |m150| + |m90| 调制度差：调制度差：ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef sdm =2m 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑

15、信标 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 中国民航大学 cauc 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 中国民航大学 cauc 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 u1(t)=um1(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos ct u2(t)=um2(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos iit， ii为第二中频为第二中频 u3(t)=um3(1+m150sin 1t+m90sin 2t) u4(t)=um4m90sin 2t u5(t)=u5（直流）（直流） u6(t)=um6m150sin 1t u7(t)=u7（直流）（

16、直流） u8(t)=u7u5驱动驱动hsi的下滑偏离杆的下滑偏离杆 ddm u9(t)=u7+u5驱动驱动hsi的警告旗的警告旗 sdm 中国民航大学 cauc 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 1. 下滑偏离杆的偏离（下滑偏离杆的偏离（1） u8(t)=u7u5驱动驱动hsi的下滑偏离杆的下滑偏离杆 u5 m90u7 m150 u8(t)=u7u5 ddm 在在下滑道扇区下滑道扇区内，设计内，设计hsi的下滑偏离杆，使其偏移量的下滑偏离杆，使其偏移量 gg 与差电压与差电压u8(t)成正比，即成正比，即 gg u8(t)。 gg u8(t) ddm gg=kg ddm gg 中国

17、民航大学 cauc 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 1. 下滑偏离杆的偏离（下滑偏离杆的偏离（2） 在下滑道扇区内，偏移一个在下滑道扇区内，偏移一个 点，对应偏移点，对应偏移0.35 中国民航大学 cauc 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机 2. hsi警告旗警告旗 u9(t)=u7+u5驱动驱动hsi的警告旗的警告旗 当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，hsi的警告旗升起，并给出告警的警告旗升起，并给出告警 信号信号。 没有接收到射频信号，或没有接收到射频信号，或 接收信号中没有接收信号中没有90hz或或150hz 调制信号；调制信号； 90hz或或150h

18、z信号幅度降到额定值的信号幅度降到额定值的10%，而另一个保，而另一个保 持在额定值的持在额定值的20。 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 飞机在下，上飞飞机在下，上飞 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 飞机位于下滑面，不偏飞机位于下滑面，不偏 中国民航大学 cauc 5.3 5.3 下滑信标下滑信标 超出服务范围，故障旗出现超出服务范围，故障旗出现 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 1. csb、sbo信号的形成（信号的形成（1） u1(t)=um1cos ct u3(t)=um3sin 1t，

19、1=2 f1，f1=150hz u4(t)=um4sin 2t， 2=2 f2，f2=90hz u2(t)=um2sin ct , 661 ( )1sin( )cos, 20%, 5% 15% mmc u tumtm gttmm 5.5 5.5 航向信标航向信标 u5(t)=gm(t)（键控（键控1020hz识别音频）识别音频） , 772 ( )1sin( )cos, 20%, 5% 15% mmc u tumtm gttmm , 81 ( )1sin( )cos mmc u tumtm gtt , 92 ( )1sin( )cos mmc u tumtm gtt 中国民航大学 cauc s

20、bo12 ( )(sinsin)cos mc utumtmtt 1. csb、sbo信号的形成（信号的形成（2） , csb12 ( )2sinsin2( )cos mmc utumtmtm gtt 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1） 5.5 5.5 航向信标航向信标 csb、sbo信号通过信号通过“天线分配网络天线分配网络”按如下按如下 方式馈入航向天线阵：方式馈入航向天线阵： csb信号对所有天线单元同相馈电，以产生最大信号对所有天线单元同相馈电，以产生最大 值沿着跑道中心线的单瓣方向性图；值沿着跑道中心线的单瓣方向性图； s

21、bo信号给左、右对应天线单元的馈电相差信号给左、右对应天线单元的馈电相差180 ，以产生零值辐射点指向跑道中心线的两瓣方向性，以产生零值辐射点指向跑道中心线的两瓣方向性 图。图。 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相） 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相） 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相） 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民

22、航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（反相）天线方向图（反相） 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相） 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 2. m型信号的形成（型信号的形成（2） loc信标的空间辐射场信标的空间辐射场e(t)为：为： 5.5 5.5 航向信标航向信标 , 11 112 ( )( )2sinsin2( )cos mmc e tefmtmtm gtt f1( )=fl( )+fr( )，天线系统的归一化，天线系统的归一化“和和

23、”方向性函数方向性函数 22212 ( )( )(sinsin)cos mc e tefmtmtt f2( )=fl( )-fr( )，天线系统的归一化，天线系统的归一化“差差”方向性函数方向性函数 12 , 2222 1 112 1 11 1 ( )( )( ) ( )( ) =2( ) 1sinsin( ) cos 22( )22( ) mm mmc mm e te te t mefmefmm e fttmgtt e fe f m15 0 m90 中国民航大学 cauc 22 1 1 ( ) 1501 2( ) m m efm m ef 2. m型信号的形成（型信号的形成（3） 22 1

24、1 ( ) 901 2( ) m m efm m ef 调制度差：调制度差：ddm=m150 m90 22 1 1 ( ) ( ) m m mef ef 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 3. 航向面的形成（航向面的形成（1） ddm=m150 m90 22 1 1 ( ) ( ) m m mef ef 在在航道扇区航道扇区内，设计内，设计hsi的航向偏离杆，使其偏的航向偏离杆，使其偏 移量移量 gl与与ddm成正比，即成正比，即 gl=kl ddm 22 1 1 ( ) ( ) lm m k mef ef 5.5 5.5 航向信标航向信标 gl 中国民航大学 cauc

25、 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 3. 航向面的形成（航向面的形成（2） gl=kl ddm 22 1 1 ( ) ( ) lm m k mef ef 若飞机处在若飞机处在航向面航向面上，则上，则 gl=0，可见，可见m150=m90， 或或f2( 1)=0， 1为为0 。 航向面：航向面： 满足满足f2( 1)=0的点的集合。的点的集合。 满足满足m150=m90的点的集合。的点的集合。 5.5 5.5 航向信标航向信标 gl 中国民航大学 cauc 3. 航向面的形成（航向面的形成（3） 由于在航向面上，由于在航向面上，f2( )对对sbo信号的辐射为信号的辐射为

26、0，故，故 称这种信标为称这种信标为“零基准信标零基准信标”。 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 4.航向天线及航向天线及m150、m90的方向性图的方向性图 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 在覆盖范围内，在覆盖范围内， 最低信号场强为最低信号场强为 40 v/m。 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 多径影响多径影响 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 弯曲弯曲 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信

27、标航向信标 弯曲弯曲 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 双频航向信标双频航向信标 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 双频航向信标双频航向信标 中国民航大学 cauc 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 中国民航大学 cauc u1(t)=um11+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos ct u2(t)=um21+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos iit， ii为第二中频为第二中频 u3(t)=um31+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t) u4(t)=um4m9

28、0sin 2t u5(t)=u5（直流）（直流） u6(t)=um6m150sin 1t u7(t)=u7（直流）（直流） u8(t)=u7u5驱动驱动hsi的航向偏离杆的航向偏离杆 u9(t)=u7+u5驱动驱动hsi的警告旗的警告旗 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 u10(t)=um10gm(t) 中国民航大学 cauc 1. 航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（1） u8(t)=u7u5驱动驱动hsi的航道偏离杆的航道偏离杆 u5 m90u7 m150 u8(t)=u7u5 ddm 在在航道扇区航道扇区内，设计内，设计hsi的航道偏离杆，使其偏移量的航道偏离杆，使其偏移量

29、gl与与 差电压差电压u8(t)成正比，即成正比，即 gl u8(t)。 gl u8(t) ddm gl=kl ddm gl 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 中国民航大学 cauc 1. 航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（2） 在航道扇区内，偏移一个在航道扇区内，偏移一个 点，对应偏移点，对应偏移1 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 中国民航大学 cauc 2. hsi警告旗警告旗 u9(t)=u7+u5驱动驱动hsi的警告旗的警告旗 当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，hsi的警告旗升起，并给出告警的警告旗升起，并给出告警 信号信号。 没有接收到射频信号，

30、或没有接收到射频信号，或 接收信号中没有接收信号中没有90hz或或150hz 调制信号；调制信号； 90hz或或150hz信号幅度降到额定值的信号幅度降到额定值的10%，而另一个保，而另一个保 持在额定值的持在额定值的20。 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 飞机偏右，左飞飞机偏右，左飞 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 飞机不偏飞机不偏 中国民航大学 cauc 5.5 5.5 航向信标航向信标 中国民航大学 cauc 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 中国民航大学 cauc 5.7 5.7 指点信标及其