第5章儀表著陸系統(tǒng)(xiugai)

1、導航原理與系統(tǒng)導航原理與系統(tǒng) navigation principles and systems 第第5章章 儀表著陸系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng) 5.1 5.1 概述概述 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 5.5 5.5 航向信標航向信標 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 navigation principles and systems 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 5.7 5.7 指點信標及其接收機指點信標及其接收機 5.8 5.8 下滑線的確定下滑線的確定 5.2 5.2 ils的一般特性的一般特性 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 飛機的成功著陸跟很

2、多因素有關：飛機的成功著陸跟很多因素有關： 橫向風橫向風 暴風雨暴風雨 云底高：由云高計測量云底高：由云高計測量 據(jù)統(tǒng)計，飛機在起飛和著陸階段發(fā)生的事故分別占據(jù)統(tǒng)計，飛機在起飛和著陸階段發(fā)生的事故分別占 總事故的總事故的26和和41。 能見度：由大氣透射儀測量，所測能見度稱為跑道能見度：由大氣透射儀測量，所測能見度稱為跑道 視距視距 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 類別類別決斷高度（決斷高度（m）跑道視距（跑道視距（m） i60800 ii30400 iiia15200（看著著陸）（看著著陸） iiib050（看著滑行）（看著滑行） iiic00（完全盲目著陸）（完全盲目著

3、陸） 決斷高度決斷高度：飛行員對飛機著陸或復飛作出決定：飛行員對飛機著陸或復飛作出決定/判斷的判斷的 最低高度，可由無線電高度表（最低高度，可由無線電高度表（lrra）給出。）給出。 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 ils是引導飛機進行精密進近和著陸的導航系統(tǒng)是引導飛機進行精密進近和著陸的導航系統(tǒng) ，其工作體制為，其工作體制為m型等信號測角方式。型等信號測角方式。 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 1939年由美國研制成功年由美國研制成功 1949年被年被icao采納為國際標準導航系統(tǒng)采納為國際標準導航系統(tǒng) 缺點缺點 頻道數(shù)少：頻道數(shù)少：40個頻道個頻道 對機場環(huán)境敏感對機場環(huán)境敏感 提供

4、的下滑道單調(diào)提供的下滑道單調(diào) 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 航向信標臺（航向信標臺（loc）：提供水平制導）：提供水平制導 下滑信標臺（下滑信標臺（gs）：提供垂直制導）：提供垂直制導 指點信標臺（指點信標臺（mb）：提供距離信息與決斷信息）：提供距離信息與決斷信息 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 若若ils加裝了加裝了dme提供飛機距跑道的距離信息，則三個指點標提供飛機距跑道的距離信息，則三個指點

5、標 可以少裝或不裝?？梢陨傺b或不裝。 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 loc、gs的每個天線單元一般采用的每個天線單元一般采用“對數(shù)周期天線對數(shù)周期天線” loc天線系統(tǒng)天線系統(tǒng) 中國民航大學 cauc 5.1 5.1 概概 述述 loc、gs的每個天線單元一般采用的每個天線單元一般采用“對數(shù)周期天線對數(shù)周期天線” gs天線系統(tǒng)天線系統(tǒng) 中國民航大學 cauc loc f=108.10111.95mhz， f=0.05mhz，只用以，只用以mhz為為 單位的小數(shù)點后第一位是奇數(shù)的那些頻率點單位的小數(shù)點后第一位是奇數(shù)的那些頻率點； 共有共有40個頻道。個頻道。 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，與，與loc的頻率的頻率 是固定配對是固定配對使用的；使用的； 共有共有40個頻道。個頻道。 中國民航大學 cauc 5.2 ils5.2 ils的一般特性的一般特性 視距傳播視距傳播 ； 水平極化。水平極化。 gs、loc：m型等信號測角型等信號測角 gs：p=57w， r=10nm； loc：p=515w， r=25nm。 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 本課程內(nèi)容本課程內(nèi)容 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 nr 中國民航大學 cauc 5.

7、3 5.3 下滑信標下滑信標 sbr 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 m-array 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 0 （跑道平面）（跑道平面） ah al 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 1. csb、sbo信號的形成（信號的形成（1） csb：載波信號（和信號）；：載波信號（和信號）；sbo：邊帶信號（差信號）：邊帶信號（差信號） 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 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 sbo12 ( )(sinsin)cos mc utumtmtt 1. csb、sbo信號的形成（信號的形成（2） csb12 ( )(2sinsin)cos mc utumtmtt 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 12 ( )( )(sinsin)cos h

9、hmhc etefmtmtt 2. m型信號的形成（型信號的形成（1） 12 ( )( )(2sinsin)cos llmlc e tefmtmtt gs信標的空間輻射場信標的空間輻射場e(t)為：為： 12 ( )( )( ) ( )( ) =2( ) 1sinsincos 22( )22( ) hl hmhhmh lmlc lmllml e tete t mefmefmm efttt efef m150 m90 下天線歸一化方向性函數(shù)下天線歸一化方向性函數(shù) 上天線歸一化方向性函數(shù)上天線歸一化方向性函數(shù) 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 ( ) 1501 2( ) h

10、mh lml efm m ef 2. m型信號的形成（型信號的形成（2） ( ) 901 2( ) hmh lml efm m ef 調(diào)制度差：調(diào)制度差：ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（1） ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef 在在下滑道扇區(qū)下滑道扇區(qū)內(nèi)，設計內(nèi)，設計hsi的下滑偏離桿，使其的下滑偏離桿，使其 偏移量偏移量 gg與與ddm成正比，即成正比，即 gg=kg ddm ( ) ( ) ghmh lml k mef ef

11、 gg 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（2） gg=kg ddm ( ) ( ) ghmh lml k mef ef 若飛機處在若飛機處在下滑面下滑面上，則上，則 gg=0，可見，可見m150=m90， 或或fh( 0)=0， 0為下滑角為下滑角，一般為，一般為2 4 。 下滑面：下滑面： 滿足滿足fh( 0)=0的點的集合。的點的集合。 滿足滿足m150=m90的點的集合。的點的集合。 gg 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 3. 下滑面的形成（下滑面的形成（3） 由于在下滑面上，上天線對由于在下滑面上，上天

12、線對sbo信號的輻射為信號的輻射為0 ，故稱這種信標為，故稱這種信標為“零基準信標零基準信標”。 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 4. m150與與m90的方向性圖（的方向性圖（1） 鏡象原理鏡象原理 無限大理想導電平面對電荷無限大理想導電平面對電荷+q的場的影響，可以的場的影響，可以 用一個對稱于理想導電平面的用一個對稱于理想導電平面的-q鏡象電荷來代替。鏡象電荷來代替。 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 4. m150與與m90的方向性圖（的方向性圖（2） 上、下天線與其鏡象天線（上、下天線與其鏡象天線（1） 對于對于ah、a,h組成的分集

13、天線：組成的分集天線： 2 ( )sinsin h h c h f 對于對于al、a,l組成的分集天線：組成的分集天線： 2 ( )sinsin l l c h f 載波波長載波波長 中國民航大學 cauc 00 0 2 ()sinsin l l c h f 又最大值， 即下天線在方向輻射csb為最大 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 00 2 ()sinsin0 h h c h f 4. m150與與m90的方向性圖（的方向性圖（3） 上、下天線與其鏡象天線（上、下天線與其鏡象天線（2） 0 2sin c h h 0 4sin c l h 2 h l h h 中國民航大學 cauc 5.3

14、5.3 下滑信標下滑信標 4. m150與與m90的方向性圖（的方向性圖（4） 上、下天線及上、下天線及m150、m90的方向性圖的方向性圖 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 在覆蓋范圍內(nèi)，在覆蓋范圍內(nèi)， 最低信號場強為最低信號場強為 400 v/m。 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 調(diào)制度差：ddm = |m150| - |m90| 調(diào)制度和：sdm = |m150| + |m90| 調(diào)制度差：調(diào)制度差：ddm=m150 m90 ( ) ( ) hmh lml mef ef sdm =2m 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑

15、信標 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 中國民航大學 cauc 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 中國民航大學 cauc 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 u1(t)=um1(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos ct u2(t)=um2(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos iit， ii為第二中頻為第二中頻 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驅(qū)動驅(qū)動hsi的下滑偏離桿的下滑偏離桿 ddm u9(t)=u7+u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的警告旗的警告旗 sdm 中國民航大學 cauc 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 1. 下滑偏離桿的偏離（下滑偏離桿的偏離（1） u8(t)=u7u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的下滑偏離桿的下滑偏離桿 u5 m90u7 m150 u8(t)=u7u5 ddm 在在下滑道扇區(qū)下滑道扇區(qū)內(nèi)，設計內(nèi)，設計hsi的下滑偏離桿，使其偏移量的下滑偏離桿，使其偏移量 gg 與差電壓與差電壓u8(t)成正比，即成正比，即 gg u8(t)。 gg u8(t) ddm gg=kg ddm gg 中國

17、民航大學 cauc 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 1. 下滑偏離桿的偏離（下滑偏離桿的偏離（2） 在下滑道扇區(qū)內(nèi)，偏移一個在下滑道扇區(qū)內(nèi)，偏移一個 點，對應偏移點，對應偏移0.35 中國民航大學 cauc 5.4 5.4 下滑信標接收機下滑信標接收機 2. hsi警告旗警告旗 u9(t)=u7+u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的警告旗的警告旗 當出現(xiàn)下列情況之一時，當出現(xiàn)下列情況之一時，hsi的警告旗升起，并給出告警的警告旗升起，并給出告警 信號信號。 沒有接收到射頻信號，或沒有接收到射頻信號，或 接收信號中沒有接收信號中沒有90hz或或150hz 調(diào)制信號；調(diào)制信號； 90hz或或150h

18、z信號幅度降到額定值的信號幅度降到額定值的10%，而另一個保，而另一個保 持在額定值的持在額定值的20。 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 飛機在下，上飛飛機在下，上飛 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 飛機位于下滑面，不偏飛機位于下滑面，不偏 中國民航大學 cauc 5.3 5.3 下滑信標下滑信標 超出服務范圍，故障旗出現(xiàn)超出服務范圍，故障旗出現(xiàn) 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 1. csb、sbo信號的形成（信號的形成（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 航向信標航向信標 u5(t)=gm(t)（鍵控（鍵控1020hz識別音頻）識別音頻） , 772 ( )1sin( )cos, 20%, 5% 15% mmc u tumtm gttmm , 81 ( )1sin( )cos mmc u tumtm gtt , 92 ( )1sin( )cos mmc u tumtm gtt 中國民航大學 cauc s

20、bo12 ( )(sinsin)cos mc utumtmtt 1. csb、sbo信號的形成（信號的形成（2） , csb12 ( )2sinsin2( )cos mmc utumtmtm gtt 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1） 5.5 5.5 航向信標航向信標 csb、sbo信號通過信號通過“天線分配網(wǎng)絡天線分配網(wǎng)絡”按如下按如下 方式饋入航向天線陣：方式饋入航向天線陣： csb信號對所有天線單元同相饋電，以產(chǎn)生最大信號對所有天線單元同相饋電，以產(chǎn)生最大 值沿著跑道中心線的單瓣方向性圖；值沿著跑道中心線的單瓣方向性圖； s

21、bo信號給左、右對應天線單元的饋電相差信號給左、右對應天線單元的饋電相差180 ，以產(chǎn)生零值輻射點指向跑道中心線的兩瓣方向性，以產(chǎn)生零值輻射點指向跑道中心線的兩瓣方向性 圖。圖。 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1）-天線方向圖（同相）天線方向圖（同相） 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1）-天線方向圖（同相）天線方向圖（同相） 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1）-天線方向圖（同相）天線方向圖（同相） 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民

22、航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1）-天線方向圖（反相）天線方向圖（反相） 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（1）-天線方向圖（同相）天線方向圖（同相） 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 2. m型信號的形成（型信號的形成（2） loc信標的空間輻射場信標的空間輻射場e(t)為：為： 5.5 5.5 航向信標航向信標 , 11 112 ( )( )2sinsin2( )cos mmc e tefmtmtm gtt f1( )=fl( )+fr( )，天線系統(tǒng)的歸一化，天線系統(tǒng)的歸一化“和和

23、”方向性函數(shù)方向性函數(shù) 22212 ( )( )(sinsin)cos mc e tefmtmtt f2( )=fl( )-fr( )，天線系統(tǒng)的歸一化，天線系統(tǒng)的歸一化“差差”方向性函數(shù)方向性函數(shù) 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 中國民航大學 cauc 22 1 1 ( ) 1501 2( ) m m efm m ef 2. m型信號的形成（型信號的形成（3） 22 1

24、1 ( ) 901 2( ) m m efm m ef 調(diào)制度差：調(diào)制度差：ddm=m150 m90 22 1 1 ( ) ( ) m m mef ef 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 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 在在航道扇區(qū)航道扇區(qū)內(nèi)，設計內(nèi)，設計hsi的航向偏離桿，使其偏的航向偏離桿，使其偏 移量移量 gl與與ddm成正比，即成正比，即 gl=kl ddm 22 1 1 ( ) ( ) lm m k mef ef 5.5 5.5 航向信標航向信標 gl 中國民航大學 cauc

25、 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 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 若飛機處在若飛機處在航向面航向面上，則上，則 gl=0，可見，可見m150=m90， 或或f2( 1)=0， 1為為0 。 航向面：航向面： 滿足滿足f2( 1)=0的點的集合。的點的集合。 滿足滿足m150=m90的點的集合。的點的集合。 5.5 5.5 航向信標航向信標 gl 中國民航大學 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( )對對sbo信號的輻射為信號的輻射為

26、0，故，故 稱這種信標為稱這種信標為“零基準信標零基準信標”。 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 4.航向天線及航向天線及m150、m90的方向性圖的方向性圖 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 在覆蓋范圍內(nèi)，在覆蓋范圍內(nèi)， 最低信號場強為最低信號場強為 40 v/m。 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 多徑影響多徑影響 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 彎曲彎曲 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信

27、標航向信標 彎曲彎曲 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 雙頻航向信標雙頻航向信標 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 雙頻航向信標雙頻航向信標 中國民航大學 cauc 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 中國民航大學 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為第二中頻為第二中頻 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驅(qū)動驅(qū)動hsi的航向偏離桿的航向偏離桿 u9(t)=u7+u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的警告旗的警告旗 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 u10(t)=um10gm(t) 中國民航大學 cauc 1. 航道偏離桿的偏離（航道偏離桿的偏離（1） u8(t)=u7u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的航道偏離桿的航道偏離桿 u5 m90u7 m150 u8(t)=u7u5 ddm 在在航道扇區(qū)航道扇區(qū)內(nèi)，設計內(nèi)，設計hsi的航道偏離桿，使其偏移量的航道偏離桿，使其偏移量

29、gl與與 差電壓差電壓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 航向信標接收機航向信標接收機 中國民航大學 cauc 1. 航道偏離桿的偏離（航道偏離桿的偏離（2） 在航道扇區(qū)內(nèi)，偏移一個在航道扇區(qū)內(nèi)，偏移一個 點，對應偏移點，對應偏移1 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 中國民航大學 cauc 2. hsi警告旗警告旗 u9(t)=u7+u5驅(qū)動驅(qū)動hsi的警告旗的警告旗 當出現(xiàn)下列情況之一時，當出現(xiàn)下列情況之一時，hsi的警告旗升起，并給出告警的警告旗升起，并給出告警 信號信號。 沒有接收到射頻信號，

30、或沒有接收到射頻信號，或 接收信號中沒有接收信號中沒有90hz或或150hz 調(diào)制信號；調(diào)制信號； 90hz或或150hz信號幅度降到額定值的信號幅度降到額定值的10%，而另一個保，而另一個保 持在額定值的持在額定值的20。 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 飛機偏右，左飛飛機偏右，左飛 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 飛機不偏飛機不偏 中國民航大學 cauc 5.5 5.5 航向信標航向信標 中國民航大學 cauc 5.6 5.6 航向信標接收機航向信標接收機 中國民航大學 cauc 5.7 5.7 指點信標及其