仪表着陆系统原理.ppt

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1、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 (Instrument Landing System)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Outer marker, Middle marker在一些特殊情况下也包含Inner marker。,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

2、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：,Approach path 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

3、,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

4、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

5、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,CSB,150,90,90+150,90+150 波形图,CSB 射频信号,CSB 信号频谱,SBO,90150 波形图,SBO 射频信号,SBO 信号频谱,150,90,90150,发射场型,CSB和SBO信号场型 航向信标,M150Hz M90Hz,M150Hz M90Hz

6、,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

7、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

8、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

9、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,90150,90-150,108112兆赫,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

10、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： 0.031 DDM。 A点到B点: 从0.031DDM 线性下降到0.015DDM B点到C点: 0.015DDM 类 覆盖区边缘到A点： 0.031 DDM A点到B点:从0.031DDM 线性下降到0.005DDM B点到基准数据点: 类, 0.005DDM,识别信号 音频1020赫 50

11、赫,A,C,B,基准数据点,30A,5A,15A,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

12、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，GS characteristic values 原理图如下：,Figure1-4 GS characteristic values,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。

13、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

14、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：2.643.36内认为是线性变化的 国际规定：2.7753.225内 实际中：2.96 3.04内 飞行校验中：2.993.02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

15、生,调制/放大,射频分配,CSB,SBO,90150,90-150,328335兆赫,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： 0.035 DDM。 类设备 覆盖区边缘到A点： 0.035 DDM。 A点到B点：从 0.035 DDM线性下降到0.023 DDM B点到基准数据点： 0.023 DDM,A,C,B,基准数据点,30A,20A,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

16、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

17、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

18、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7.5公里处测得的下滑道上的一点。,ILS “B”点 在进近方向，沿着跑道中心延长线，距跑道入口1050米处测得的下滑道上的一点。 ILS “C”点 标称下滑道直线部分在包含跑道入口的水平面上方30米高度处所通过的一点。,ILS “D”点 在跑道中心线上方4米、距跑道入口向着航向信标的方向900米的一点。 ILS 基准数据点 位于跑道中心线与跑道入口交叉处垂直上方规定高度上的一点，ILS下滑道直线向下延伸的部分通过这点。,跑道中心延长线,B点,A点,C点,基准数据点,跑道,进近方向,距入口7.5公里,近台,距入口1050米,30米高度,跑道入口,D点,