仪表着陆系统信号质量分析与仿真应用 电子与通信工程专业.docx

仪表着陆系统信号质量分析与仿真应用摘要仪表着陆系统(InstrumentLandingSystem-ILS)是一种国际标准的导航系统，用于引导进入和降落阶段的飞行器，它是一种非自主的、只在终端区使用的振幅测角近程陆基导航系统，俗称“盲降”。国际民用航空组织ICAO(ICAO)自1947年引入以来，已经在世界范围内广泛使用。南京禄口国际机场07#仪表着陆系统自2014年投入使用以来，在飞行检查中均发现固定角度的信号强度偏低，本文针对这一问题展开研究，着重分析了机场不同运行水平下，航向敏感和临界区域静态和动态障碍物对航向道结构抖动、信号覆盖范围限制等方面的影响，并通过设备选型对信号质量进行优化。此外，还分析了滑动敏感区和临界区场地对滑动台选址、机场边界对滑动道结构的影响，以及比较了各类天线对场地环境的适应性。基于以上理论分析，结合机场实际环境和飞行检查结论，利用仿真软件模拟了各种障碍物对仪表着陆系统信号质量的影响，提出了一种通过避开障碍物、设备选型或机内调整来提高信号质量的方法。关键词：仪表着陆系统，信号强度，临界区，敏感区，信号质量，影响因素.AbstractInstrumentLandingSystem(ILS),asanadvancednavigationsystem,isusedtoguideaircraftapproachandlanding,andhasbeenwidelyusedinairportsaroundtheworld.Thechangeofthecriticalandsensitiveareawillinterferewiththespacesignalandaffectflightsafety.Therefore,thedefinitionandprotectionofkeyandsensitiveareasplayanimportantroleinensuringthesafetyofaircraftlanding,optimizingairportairspaceandcapacitylimitation.Withthedeteriorationoftheelectromagneticenvironmentaroundtheairportandtheimprovementofoperationalperformancecategory,higherrequirementsareputforwardforsettingthekeysensitiveareasofinstillmentlandingsystem.Firstly,startingfromthecompositionandinfluencingfactorsofthecriticalandsensitivearea,thesettingofILScriticalandsensitiveareaindifferentcountriesareintroduced,andthedifferencesareanalyzedbycomparison.Secondly,basedonthemodelingofkeysensitivearea,theinfluenceofvariousobstaclesandterrainonthespatialsignalisanalyzed.Theinfluencesofthestaticobstaclesanddynamicobstaclesontheroutestructureandsignalcoverageatdifferentoperationalperformancecategoriesareanalyzedindetail,andthespatialsignalareoptimizedthroughsystemselection.Inaddition,theinfluenceofthecriticalandsensitiveareaontheglideslopepositionandIhCinfluenceofairportenclosureontheglideslopestructurewereanalyzed.Threetypesofantennashavethesameadaptabilitytothefieldenvironment.Onthebasisoftheabovetheoreticalanalysis,combinedwiththeactualairportenvironmentandtheflightverificationconclusions,thespatialsignalofvariousobstaclesaffectingILSaresimulated.Bysystemselectionorinternaladjustmenttoavoidobstacles,themethodofimprovingsignalqualityisputforward,andfeasiblesuggestionsforsettingkeysensitiveareasofblinddropareputforward.Keywords:Instrumentlandingsystem,Signalstrength.Criticalarea,Sensitivearea.Spatialsignal,Influencefactoranalysis*Simulationapplication摘要Abstract第一章绪论1.1 研究背景及意义1.2 研究现状1.3 主要工作第二章ILS性能概述2.1引言2.2ILS相关定义及性能要求2.2.1ILS相关定义2.2.2ILS性能要求2.3ILS敏感区与临界区2.3.1 ILS敏感区与临界区定义2.3.2 影响敏感区与临界区的因素2.5本章小结第三章航向台信号质量影响因素分析3.1 引言3.2 南京禄口国际机场07号航向台场地评估3.2.1 场地环境及保护区分析3.2.2 天线高度与信号覆盖分析3.2.3 磁环境分析3.3 障碍物对航向信号的影响3.3.1 障碍物反射对航向道抖动的影响3.3.2 障碍物遮蔽对信号质量粒盖的影响3.3.3 动态航空器对信号质量的膨响3.4 设备选型对信号质珏的影响3.4.1 单频/双频航向设备差异的影响3.4.2 天线类型差异的影响3.4.3 机内参数设置的影响3.5 仿真实验3.5.1 障碍物反射引起航道DDM抖动3.5.2 障碍物遮蔽引起覆盖限用3.5.3 航空器对航道结构的影响3.6 本章小结第四章下滑台信号质量影响因索分析4.1 弓I言4.2 下滑台天线系统类型4.2.1 镜像反射原理与菲涅尔区4.2.2 下滑信标天线类型4.3 场地对下滑台信号质量的影响因素4.3.1 下滑台选址分析4.3.2 障碍物对下滑台信号质量的影响4.4 仿真实验4.4.1 金属围界对下滑道结构影响4.4.2 地形对余隙影响4.5 本章小结第五章总结与展望参考文献致谢第一章绪论1.1 研究背景及意义仪器降落系统(InSIrUmenlLandingSystem,ILS)是保证飞机精确接近和降落的重要导航设备，它的信号质量关系到许多外部因素。目前共有四个仪表着陆系统在南京禄口国际机场的两条跑道上运行，其中07号跑道为II级配置，为了提高该机场在低能见度天气条件下的保障能力和服务水平，江苏省发展改革委于2015年向民航总局提出了07号跑道改造方案：In级配置，II级运行。但是07号仪表着陆系统在投入运行检查和定期检查时，都出现了信号覆盖限用的情况。经分析，信号覆盖限制使用与ILS敏感区、临界区有直接的联系。虽然国际民航组织(ICAO)在其第六版附件十中对ILS敏感区和临界区作了相关规定,但随着新型大型飞机的出现,针对以前机型的设置已不再完全适用。与此同时，国内越来越多的机场按照n、In类仪表着陆系统的标准运行，对仪表着陆系统的运行环境提出了更高的要求。分析影响仪表着陆系统信号质量的因素，目的是为了减少空间环境对信号的影响，使飞行安全和效率得到最大化。敏感性和临界区的设置是以区域内环境不影响ILS信号质量为标准的，通常临界区在机场范围内，具有特定的设置内容，而敏感区作为临界区的延伸，由于其范围大小与机场运营等级有关，因此很难给出准确的定义。南京禄口国际机场07号航站楼，如图所示，由于敏感区内有障碍物遮挡，导致信号覆盖超限，当有飞机从大角度进站时，无法接收到满意的信号，给飞行造成安全隐患。是关注敏感区和临界区的障碍物对信号固有的反射和遮挡，当固定障碍物不能移走时，信号固有的干扰就是恒定的，此时为了减小信号抖动的幅度，就需要密切关注动态障碍物的影响，尤其是滑行和起飞的障碍物，这也是分析不同飞机在等待线位置和着陆间隔的重要意义网。下降装置的辐射信号质量采用镜像反射原理4-5b因此下降信号在敏感区域和临界区的环境中比较脆弱。构成滑落信号的反射区也称为菲涅尔区网，它位于滑落天线的前面，呈椭圆形，其大小随飞机到天线的距离而变化。在整年中，由于地面反射特性的变化（干、湿、雨、雪），常常会引起滑动角的变化，甚至还会影响滑道的结构。通过近场监测天线可以直观地看到下滑角的变化趋势网，但对下滑角抖动还需进行理论分析和仿真。另一种情况下，由石专墙或金属栅栏组成的机场边界会导致下滑道发生变化，而有关这些边界的要求在规范中没有提到。1.2 研究现状有许多因素会影响ILS信号的质量，机场运行等级，设备天线的选择，飞机尺寸，障碍物类型等都是潜在的膨响因素。当前国内机场对敏感区、临界区的设置主要依据航空无线电导航站电磁环境要求GB6364-2013“参照国际民航组织第六版附件十航空电讯的相关要求1,本规范明确了航向临界区、下降敏感区和边界敏感区的范围，而对航向敏感区的论述比较简单，随着大型飞机（A380）的投入使用，对敏感区电磁环境和障碍物的要求也需要进步明确。由于敏感区的设置比较复杂，国内各机场根据自身的运行特点和保障能力有针对性地设置。上海浦东国际机场低能见度运行程序（H级）规定其航向敏感区是一个矩形区域，宽137米，从跑道中心线起，至两侧各137米，长137米，由降落航向台天线起，至使用的跑道起始端，见图1-2网。图1-2上海浦东机场ILS敏感区示意图与国内相比，国外对于ILS敏感区与临界区的设置更为具体，美国联邦航空局(FAA)除了列出适合机场运行的区域范围之外HsL根据设备选型的不同，规定了具体的电磁环境要求，明确了机场各运营单位在敏感和关键区域的环境保护责任。同时，还提出了在飞行检查中，受地形或障碍物影响而产生的信号限制问题的解决思路。在敏感区设置方面，欧洲各国的规定并不相同。在英国确定的临界区范围内，德国的临界区根据每一组ILS操作类型设定合适的范围和要求。大多数欧洲机场的敏感区，并非根据附件十的要求而设，而是根据原马可尼航空公司的试验而设1，使用两个不同的天线阵列，放置一架波音747飞机(全金属垂尾，平均宽7.3米)，以距离跑道中心线91米、137米、183米和274米的不同位置为基准，同时引入一架进近飞机，根据ILS中从A点到B点的航路结构的折弯值测试得出。对比国内外规范，国内机场对临界区的设置较为具体，而对敏感区的设置则关注甚少。近年来，随着我国民航事业的高速发展，多型号、高规格机场投入使用，对敏感区和临界区进行更高标准设置的研究具有重要意义。1.3 主要工作仪器着陆系统发射信号的好坏直接影响到飞机的进近和着陆的安全性，在日常工作中，人们往往注重仪器自身的参数状态，而忽略了外部环境对仪器的影响。对ILS来说，作为精密导航设备，天线周围的场地会影响信号质量，给航空安全带来隐患。论文第一章是引言，第二章首先介绍了仪表着陆系统的性能指标，以及敏感区和临界区的定义和设置规则，分析了国内外规范的差异，为以后的设置提供依据。在第三、四章中，我们列出了航向信标和下滑信标敏感区和临界区的影响因素，进行相关的模拟，从而分析外部可变环境对导航性能的影响。对航路信号的特性分析主要是从航路弯曲和航路覆盖两个方面来进行。航路信号为飞机提供水平引导，进近航向道抖动过大或信号覆盖不足，都会给飞行安全带来极大隐患。在障碍物模型的基础上，研究了在不同航程水平下，障碍物对航向道抖动的影响，分析了不同设备选型对障碍物的抑制作用，得出了适合每个机场的障碍物模型。另外，动态飞行器还可能对航向道结构产生影响，比较敏感区与临界区间的着陆间隔和等待线位置，以减少航向道抖动，提高运机场运行效率和空域利用率。另一个严重的问题是航向信标的信号敏感区和临界区之间的障碍物遮挡造成了覆盖范围的限制。以南京禄口机场07#航站楼为模型对象，对靠近07#航站楼的大型航站楼进行建模，分析其对信号的遮挡，并提出相应的信号遮挡增强方法。相对于航向信标，下降信标更容易受到临界区域和敏感区域内场地环境的影响，对于下降信号，本文主要研究了下降信标的弯曲情况，即飞机在下降信标上着陆时的平稳性。本文重点分析滑动敏感区和临界区场地坡度对台站选址的影响，并以机场围界模型为基础，分析其对滑动道结构的影响，比较相应的设备选型，得出设置敏感区和临界区的相关建议。第二章ILS性能概述介绍ILS的相关定义和性能要求，ILS敏感区和临界区的理论基础，包括区域的构成和影响区域设置的因素。综述国内外ILS敏感区和临界区设置的有关规定。2.1ILS相关定义及性能要求2J.HLS相关定义仪控降落系统调制90Hz、150HZ低频载波，机载接收机接收处理信号，比较两低频信号的调制差异(DifferenCeinDepthofMcxiulation,DDM),以获得所需的引导信息。在这种情况下，航向信标为飞机提供水平方向指示，当飞机在航道左侧时90HZ占优，机载接收信号就会产生“向右飞”的信号；相反，在右侧的150HZ占优区域就会产生“向左飞”的信号。滑行信标为飞机提供3°滑行角的垂直引导，当飞机在下滑道上方，90Hz占优的区域时，机载接收机发出“下飞”指示；反之，在下滑道下方150Hz占优的区域时，发出“上飞”指示，航路信标与滑行信标共同引导，直到飞机在零度下降的航路和下滑道附近着陆。有关的基本概念在ILS中主要有：一级ILS性能(FaCiliIyPerformanceCategoryI-ILS)：该类ILS可以提供设备覆盖边线至航向与滑行道相交点所需的信号，该边线位于包含跑道入口的水平平面，该平面包含60米或更少。11型ILSf½(FacilityPerformanceCategoryII-ILS)：该类ILS至少能够提供从设备覆盖边缘到航向与滑行道相交的点数，该点数在跑道入口平面以上高度等于或低于15m。ILS性能(FaCiIityPerfOrmanCeCaIegOrylLS)的ILS类别：此类ILS性能可在相关设备的支持下，为飞机提供从设备边缘到跑道表面的信号。仪表着陆系统“A”点(ILSPOint"A”)：仪表着陆系统滑道上测得的一点，沿跑道中心线延长线，距跑道入口7.5km(4nmile)处。仪表着陆系统“B”点(ILSPoint"B”)：仪表着陆系统滑道上测量到的一点，沿跑道中心线延伸，从距跑道入口1050m(3500ft)处开始测量。仪表着陆系统“C”点(ILSpoint"C,>):标称仪表着陆系统下降道直线段在水平面以上30m(100ft)处通过的点。仪表着陆系统“D”点(ILSpointrtDw):从跑道中央线以上4m(12ft)到距离跑道入口900m(3000fl)朝向信标方向的一点。仪表着陆系统“E”点(ILSPoint“E”)：从跑道中央线以上4m(12ft)到跑道入口600m(2000fl)距离跑道末端的一点。仪表着陆系统基准数据点ILSreferencedatum(ILSpoint44Tw)：在跑道中央线与跑道入口交叉的垂直上方规定高度的一点。仪器降落系统下坡路直线向下延伸的。双频下滑系统(TWO-frequencyglidepathsystem)：ILS下滑系统，它通过辐射两个独立的辐射场型，对下滑道上的两个不同载波频率进行信号覆盖。双频航向系统(Two-frequencyIocalizersystem)：一种ILS航向信标系统，由辐射指定航向信道频率范围内由两个不同载波频率提供的两个独立的辐射场进行覆盖。2.21.2ILS性能要求航线信标设备必须在VHF频段工作。采用单频载波时，其频率容差不应超过±0.005%；采用双频载波时，其频率容差不应超过±0.002%,并且两个载波之间的频率间隔不应小于5kHz,且不大于14kHzo航空信标发射的电磁波必须是水平极化的。导航信标的覆盖范围应从导航信标天线系统的中心至以下距离：在前向航道线左右±10°范围内为46.3km(25NM)；在前向航道线10°和35°范围内为31.5km(17NM)；在前向航道线以外±35°范围内为18.5km(10NM)0下降到UHF频带的信标设备必须工作。采用单频载波时，其频率容许不得超过0.005%；采用双载波时，其频率容许不得超过0.002%,且两载波的频率问隔既不小于4kHz又不大于32kHz。下降信标发出的电磁波必须是水平偏振波。滑行信标设备应提供在ILS下滑道中心线两侧8°方位、距离至少18.5km(10NM),上至地平面以上1.75。、下至地平面以上0.45。(或为保证滑道截获程序的需要，在崩区内工作的信号，也可位于地平面以上0.30)。2J2ILS敏感区与临界区232.1ILS敏感区与临界区定义批注H1：参考文献引用不规范，凡是后面所列的参考文 献的序号都应该在正文中以这种形式出现信号干扰的产生与ILS天线所处的整体环境及天线特性有关。大型反光物体，包括车辆或固定物体，如在辐射信号覆盖区域内的建筑物，会对ILS通道和滑行道结构造成多路径干扰。ILS设备的各个操作等级，固定反射、建筑物的位置和大小，定向天线的特性，将决定静止通道或滑道的结构特性。运动的物体会使通道或卜.降道的结构或多或少地恶化，并使之不能被接受。为建立保护区标准，可将保护区分为两类：即敏区和临界区卜凡I.该区域是ILS临界区，在ILS工作期间，该区域将禁止航向信标和下降信标天线附近的车辆(包括飞机)进入。由于出现在临界区内的车辆或飞机会对ILS的信号质量产生不可接受的干扰，所以对临界区进行保护。ILS敏感区，是临界区的一个延伸，通常影响到航行后的最接近阶段。为避免在ILS工作过程中可能对ILS信号产生不能接受的干扰，必须在该区域内对停放或移动的车辆(飞机)进行控制。对敏感区域进行保护，防止在临界区外移动物体造成干扰。图2-1显示了南京禄口机场双跑道仪表着陆系统保护范围示意图。南京禄II机场仪表钻陆系统保护区示意图22-*EEfUr,Si:""图2-1南京禄口机场仪表着陆系统保护区示意图2.32.2影响敏感区与临界区的因素对敏感区和临界区大小和形状的影响因素包括：可能引起干扰的飞机类型，天线孔径和类型（周期振子，偶极子等），间隙信号类型（单频率，双频率），机场运行等级，跑道长度，固有障碍物引起的ILS多径反射。敏感区与临界区的尺寸和形状受下列因素的影响：可能引起干扰的飞行器类型，天线孔径和类型（周期振子，对数敏感区的大小随操作等级而变化，I类操作要求的敏感区范围最小，III类最大）。造成ILS信号失真的原因有两个：静态失真和动态失真。静电畸变主要是由于建筑物、树木、金属物体等静电障碍物的反射所致，干扰了ILS外场信号。对敏感区域进行标定，需要平衡动态失真与静态失真，以获得可接受的ILS通道失真，一般ILS的总失真值约为静态失真和动态失真的平方和开方极子等），间隙信号类型（单频率、单频），机场运行等级，跑道长度，固有障碍引起的ILS多径反射。2.电本章小结主要介绍了有关仪表着陆系统的知识，以及敏感区域和临界区域的定义和影响因素。本文首先对ILS敏感区与临界区设置规范进行了详细介绍，研究表明，我国对航向临界区、下滑敏感区与临界区的范围、电磁环境等提出了具体要求，而对航向敏感区的动态设置规范还比较薄弱。除了电磁环境要求之外，机场各部门还负责对敏感区和临界区进行维护，并针对常见的导致导航性能下降的因素提出解决方案。带格式的：字体：TimeSNewRoman,字体颜色:自动-/设理第三章.航向台信号质量影响因素分析/、带格式的：字体：（中文）宋体3.2L南京禄口国际机场07号航向台场地评估3.2L1场地环境及保护区分析该机场航向信标台位于机场跑道中线延伸处，距跑道终点315米，入口地面 高度14.3米，跑道终点13.5米。航道信标台安放区2.43米，地面高度13.4米。图3-1 07号跑道航向信标台场地保护区在07号跑道上，航向信标台场地地面地势平坦，没有明显障碍物，从跑道 末端到航向信标台天线的纵坡和横坡符合规范要求。图3-2显示了 07号跑道航 向信标台的正前方±10°，3000米范国内的区域。图3-2 07号跑道航向信标台前向± 10。，3000米范围内区域跑道07号航向信标台前方±10° , 3000米范围内无建筑物、大型金属反射 物和高压输电线，高度不超过15米。3.2.2天线高度与信号覆盖分析航向信标台07天线的实际高度为2.43米，天线安装处净空限高5.2米，考 虑到接闪器高度30 Cm和天线本身的厚度，航向信标台天线的相位中心高度最高带格式的：主体：（中文）宋i：赢元而：体：（中文）加'Y带格式的：字体：（中文）宋体为4.9米。航向天线架设高度为5.2米时，航向天线比跑道入口高4.3米，比跑道末端高5.1米，这是考虑通过改变天线高度来提升信号覆盖的结果。根据航向信标台的标准覆盖区域的定义，航向信标天线在跑道中线延长线±10°以内为25NM,在+10°+35°和-10°-35°范围内为17NM。直通区是指跑道的第一标高以上600米或中间和最后进近区的最高点，高度超过300米（以较高者为准），则必须能够接收到航向信号。2007年，考虑到植被高度15米，加300米，加774米；跑道入口高度14.3米，加600米，最高障碍物在07号跑道中间进近区和最后进近区的地面标高约为459米。航向信标台信号覆盖分析结果以中间进近区和最后进近区最高障碍物的地势标高加300米（即774米）为准。南京机场位于山区，一般高度在15-20米之间。在07/25号跑道的西南方向，距07/25号跑道中心线南面8千米处，有一个横山系统，其顶盖高459米。图3-3显示了07号跑道航向信标台的理论信号覆盖区域。图3-307号跑道航向信标台理论信号覆蛊当飞机飞行高度为774米时，实际的视距覆盖范围见图3-4,表3.1。图34航空器高度774米时视距覆盖情况I丧3.107号跑道航向信1示台前方-35°至+35°信号3E盖情况览表I/批注2:1表的标题在表的上方，与图标即位置不一样2用三线表角度(0)覆盖(km)角度(0)覆盖(km)角度()覆盖(km)角度(p)覆盖(km),句段(°)覆盖(km)-35>31,5-20>31,5-5>46.310>46.32527.78-34>31.5-19>31.5-4>46.3Il>31.52627.78-33>31.5-18>31.5-3>46.312>31.52725.89-32>31.5-17>31,5-2>46,313>31.52826.11-3129.64-16>31.5-I>46.314>31.52924.19-3025.27-15>31.50>46.315>31.53022.12-2929.71-14>31,51>46.316>31.53122.12-28>31,5-13>31,52>46.317>31,53222.12-27>31.5-12>31.53>46.318>31,53322.12-26>31.5-11>46,34>46.319>31.53420.()4-25>31.5-IO>46.35>46,320>31.53520.04-2426.24-9>46.36>46.321>31.5-2327.82-8>46.37>46.322>31.5-22>31.5-7>46.38>46.32329.68-21>31,5-6>46.39>46.32429.68I表3.107号跑道航向信标台前方35'至+35°估号情茶情况览国一批注|3|:表的标期在表的上方，与图标题位置不一样在-3。-29°,-24°-23°,以及+23°+35°视距覆盖范围内，由于前面的山峰和航站楼的影响，航向信标的前方覆盖范围达不到31.5千米。3.2.3电磁环境分析INDRA公司生产的20单元双频天线阵(INDRA7220A)用于南京机场07跑道航向信标天线，空间辐射场类型如图3-5。<电)MR±.HBKI75O-1ADnUhJne(R)图3-5空间辐射场型在天线高2.43米的情况下，对现有地形和建筑物进行建模仿真，得到航路结构仿真曲线和校飞曲线，如图3-6所示。图3-6航道结构对比根据模拟曲线，1号航道和2号航道的最大CDI值分别为1.14uA和1.67uA,3号航道和3号航道的最大CDI值分别为0.93uA和1.67。当天线高度为2.43米时，航道余隙隙模拟曲线见图3-7。图3-7对现有环境仿真的航道余隙模拟结果表明，在前向航道线（DDM值0）至航道线两侧DDM值0.180的范围内，角位移和DDM值均呈线性增长，在此范围内±10°范围内，DDM值大于0.18；在±10°至±35°范围内，DDM值大于0.155。航线台面航道余隙充分，满足标准航道余隙要求。3.3障碍物对航向信号的影响这一部分主要研究障碍物对航向信号的影响，分析静态障碍物在航向台敏感区和临界区中的作用，动态飞机反射引起的航向道抖动，静态障碍物对航向信号的覆盖限制等问题。3.3.1 障碍物反射对航向道抖动的影响在遇到障碍物时，航向信号会产生多径反射，引起航向道DDM抖动，即航向道处的信号漂移，使飞机在抖动的航向道上进近或着陆，从而严重影响飞行安全。对机场净空区特别是航向台敏感区和临界区存在的航站楼、塔台等障碍物进行了反射分析，研究了航道DDM变化情况。当航向信标辐射只调制一个低频载波，障碍物反射后合成信号质量，反射信号为各向同性。假设直射信号的我波为Ecl,低频调制信号为用|,直射信号调制度为明，反射信号的载波为&2,低频调制信号为马2,反射信号调制度为吗，若反射信号与直射信号同相，则合成信号调制度为(3.1)设R=Ec,则式(3.1可表示为111/?w=Iti+=nt+nty1+Rij.11+RF+R1十一R(3.2)对于ILS信号，其载波调制有两个低频信号，即90HZ与150Hzo则式(3.2)可写作1R“如=叫OT+z-2/不(3.3)以及1R叫50=,n50-l+wI50-2(3.(4)其中，为直达信号的90HZ调制度，网如为直达信号的150HZ调制度，M为反射信号的90Hz调制度，g50-2为反射信号的15。HZ调制度。则航向直达信号与反射信号叠加后的调制度差DDM可写作DDM=町Jo-=，处1+50-2Yj-1w¼>-+w¼o-2(3.(5)上式进一步可以写作RDDM=7Zp(w,s°-'-wi*>-)+77(w3o-2-2)(3.(6)其中，(町m-叫g)是直达信号的DDM，即DDMM，(叫s-网g)为反射信号的DDM,即DDMOfej卬，该DDM可以在障碍物位置测得。即IDDDM=DDM0iw7+DDM(WrtH1+7?d,w,I+7?M(3.(7)当直射信号与反射信号同相时，DDM偏移量最大。机载接收延跑道中心线进近，此时DDMOrert为0,则式<3.7)可写DDM=-DDM06jrtf1+KM(3.(8)在这种情况下，障碍物反射信号的强度与障碍物所在方位，即与CSB信号的辐射场类型直接相关，从而可以定义障碍物反射信号的强度为：R=PCq%(3.(9)其中，.是障碍物的反射系数，为CSB信号的辐射场型。通常Rvvl,则DDM = R DDMwC%°bltx" DDMCRCSB的辐射场型对DDM弯曲幅度有显著影响。实际上，直飞信号的传播路径不同于反射信号，并且直飞信号在进近过程中路径实时变化，存在相位差，则直飞信号与反射信号的相位关系为DDM=71/-DDMW(I+(RgS(；)DDM吁，(l+/?cos(a)(1+Rcos(a)(3.(11)图3-8显示了航向台与障码物的位置关系，D表示飞机与航向天线阵之间的距离，Dl表示障碍物与航向天线阵之间的水平距离，D2表示障碍物与航向天线阵之间的垂直距离，D3表示直射信号与反射信号的相位差。通过MaUab模拟，某机场DLD2均为500米，则1进近中的飞机受到障碍物的影响，实际收到的航向道调系统差(DDM)见图3-9o批注41：图中变量也许修改为斜体图48航向台与障碍物位削图3-9障碍物引起航向道DDM抖动可见，DDM在一定范围内来回振荡，振荡频率越接近航向天线振荡频率。前文假定反射信号是各向同性的，但实际上受障碍物大小、表面物质等不同的影响，每一种障碍物都有其独特的辐射场型。典型地，障碍物的辐射场类型是由一个主瓣和几个副瓣组成。所以DDM的实际分布是非常值的。同时，DDM的抖动也与障碍物的数量有关，当障碍物在敏感区域增加时，曲线的抖动更剧烈。ICAO(ICAO)对航路线抖动有具体要求，对于I类性能航路线弯曲度在覆盖区边缘至0.031度之间，从ILS“B”点至ILS“B”点至ILS“C”点之间，从ILS“B”点至ILS“B”点之间，从ILS“B”点至ILS“C”点之间，从ILS“A”点至ILS“B”点之间，从ILS“B”点至ILS“C”点之间，从ILS“D”点至ILS“D”点之间，从ILS“B”点至ILS“E”点之间，从ILS“E”点至0.010度之间，从ILS“E”点至ILS“E”点之间0.010度之间。当通道线抖动幅度超过相应门限时，则该航向信标信号不可用。3.3.2障碍物遮蔽对信号质量覆盖的影响对航路信号，除考虑到航路信号在调制上的差分DDM弯曲情况外，还需要考虑航路信标覆盖范围内的信号强度。只要信号覆盖符合要求，就可以保证飞机在最后进近着陆阶段收到满意的信号。根据附录十的规定，我国的覆盖检查标准是：飞行高度取跑道首标高600米以上，中段和末段进场区最高点的标高300米以上，截获下降道的高度三个或三个以上，获得的航路信号必须稳定、清晰，强度必须大于等于5UV(-93dBm),航向天线阵发射的电磁波信号在发射端到接收端的传输路径上由直射波和反射波组成。直射信号和反射信号在传播过程中都伴随着信号的衰。首次考虑直射信号空间传输路径损耗“叫即UdB)=IOlog与=TOlog=201ogPrL(4)JJ_=32.45+20Ig/(MHz)+201gd(km)(3.(12)其中，L为空间传输路径衰减，P1.分别为发射端与接收端的功率，/为信号频率，4为收发两端间距。由式(3.12)可知，空间传输损耗取决于信号频率，及两点间的距离d,信号频率越高，距离越远，损耗越大。另外，机场附近的地形遮蔽，如信号辐射路径上的山脉、建筑、树木等，都会造成阻隔损失。发射方和接收方连接的直线叫做视线，一旦有障碍阻隔，就会影响信号的场强(航向信号频率高，波长短，衍射能力弱)。在图3-10(a)所示的地形中，某机场35°的信号范围内，可以看到高山遮挡和阻隔了信号。实际上的校飞结论往往忽略了另一个方面的影响，如图3-10(b)为10°限用的视线和地形，当障碍物在视线以下，且两面通视时，信号仍会出现衰减。导致这种现象的原因是，障碍进入了航向信号的菲涅尔区。带格式的：字体：（政认）TimeS New Roman,（中文）图3-10视线与信号限用带格式的：字体：（默认）Times New Roman, （1I1Z） 宋体带格式的：字体：（然认）Times NeW Roman,（中文） 宋体绕直射波周围以收发两点为焦点的椭球面所包含的空间称为半径的菲涅尔区，它的半径为(3.13)其中，4为信号波长，。为收发两端间距，4、W为中间某点到收发两端的距离。当=1时，称为第一菲涅尔区，在信号传播过程中，第一菲涅尔区对信号起增益作用，是信号传播的主要通道，当障碍物出现时，信号强度发生变化。在进入第一菲涅尔区时，极高频信号波长比高山信号波长小得多，产生不明显的尖边衍射，使部分信号发生偏转，使偏转信号和宜射信号在接收端产生相位差，从而大大降低了信号功率。像树这样结构松软的障碍物，如果进入第一菲涅尔区，就会吸收大量信号，也会导致信号的衰减。所以，即使接收端可通视，侵入第一菲涅尔区的障碍也会影响接收信号的质量。假定障碍物最高处至收发两点连线的垂直距离为，即航向菲涅尔余隙，它规定有阻时隙为负，无阻时隙为正，即第菲涅尔区半径，由障碍物引起的空间阻挡损失与航向菲涅尔余隙的关系见图3-1U不难看出，当时/2=0,障碍物恰巧遮挡视线，损耗为6dB：当力0时，衰减急剧增加；当GNO.5时，损耗很小，且当4=W,力/£=0.577时，阻挡损耗衰减为0,此时的航向菲涅尔区称为最小菲涅尔区。图3”I菲涅尔余隙与阻挡损耗对于航向信标，覆盖区边缘。=45km,第一菲涅尔区半径r=175m.Indra公司建议如直射信号传播路径上的障碍物顶端距收、发连线的最小垂直距离为r-0.4r=105m,建议距离为r-0.2r=140m。除直射信号会被障碍物遮挡而导致信号强度衰减外，对于少量的航向反射信号，则需要考虑到天线阵前方临界区土面的倾角。当临界点为上坡时，当天线阵基础面低于跑道平面，甚至跑道入口与天线阵不能通视时，反射信号强度会受到很大的衰减。实际天线和地面镜像天线合成信号得到航向天线阵垂面型，其信号强度为Gh,hing=2Asin(Hsin)=2Asin(sin)(3.(14)