什么是着陆引导系统?

什么是着陆引导系统?

[拼音]：zhuolu yingdao xitong

[外文]：landing guidance system

用无线电设备引导驾驶员或自动驾驶仪使飞机安全着陆的导航系统。在能见度差和云层低的条件下，驾驶员难以靠目视着陆，需要利用无线电导航设备和其他辅助设备（如灯光等）引导，以确保着陆的安全。

无线电着陆引导系统向飞机提供精确的着陆方位、下滑道和距离等引导信息，飞机依据这些信息对准跑道并按给定的下滑角进场和着陆，以保证接地点的偏差在规定的范围以内。广泛使用的着陆引导系统有两种：国际标准仪表着陆系统和地面控制进场系统。这两种系统只能将飞机引导到某一特定的高度，驾驶员看到跑道后即转为目视着陆。在着陆过程中，尤其是在全天候、全自动着陆时，还必须知道飞机距地面的准确高度，因而无线电高度表也是着陆引导系统的辅助设备。

仪表着陆系统

在各种气象条件下，驾驶员凭借仪表使飞机安全着陆的无线电导航系统。这种系统最早出现于1939年，1949年国际民航组织将其定为国际标准着陆系统。

工作原理

地面设备由航向台、下滑台和指点标组成。机载设备由航向信号、下滑信号和指点标信号接收设备组成（图1）。

（1）航向台:安装在跑道终端，沿着跑道中心线方向发射左右两个固定的窄波瓣，载频相同（工作在108.1～111.9兆赫频段），左波瓣发射的载频受90赫幅度调制，右波瓣发射的载频受 150赫幅度调制。两个波瓣有一定的重叠区，重叠区的中心线与跑道中心线一致。若飞机对跑道中心线有横向偏离，从进场方向看飞机偏到左边时，所收到的90赫调制分量占优势。根据所收到信号中90赫和 150赫信号的幅度差可导出飞机相对跑道中心线的横向偏离信号，经变换由偏离指示器的航向指针指示。若所收到的两个信号相等，则航向指针指在中间位置，表明飞机对准了跑道中心线。若飞机偏航在跑道左边，航向指针向右偏，指示驾驶员向右飞，或者相反。

（2）下滑台：安装在接地点附近的跑道一侧，提供直线性的下滑路径信息。在垂直平面内发射上、下两个固定的窄波瓣，载频相同（329.3～335.0兆赫），上波瓣受90赫幅度调制，下波瓣受150赫幅度调制，上、下两波瓣有一定的重叠区，重叠区的中心线（即下滑道）与跑道水平面间的角度约为3°。机载设备根据接收到的90赫和150赫信号幅度差，导出飞机相对于下滑道的垂直偏离信号，变换后由偏离指示器的下滑指针指示。若飞机偏航在下滑道上面，下滑指针下偏，指示驾驶员向下飞，或者相反。

（3）指点标：安装在跑道中心线的延长线上，按离跑道始端的距离分为中、外指点标。每个指点标分别向上发射75兆赫信号，辐射波束呈扇形，扇面垂直于跑道中心线，其载频受识别频率（分别为1300赫和400赫）的幅度调制。机载指点标接收机将所接收到的信号转换成灯光和音响信号，向驾驶员表示飞机正通过该指点标上空，指示在最终进场路径上的精确位置。驾驶员可参照下滑指示核对实际高度。

工作类型

国际民航组织于1965年规定了仪表着陆系统的三种工作类型（见表）。

特点

仪表着陆系统的优点是：

（1）能在复杂气象条件下，向驾驶员提供精确而直观的仪表着陆引导信息；

（2）可根据机场和气象条件选择不同的工作类型；

（3）使用国际通用的标准设备。缺点是：

（1）只能提供一条下滑角固定不变的对准跑道中心线的进场着陆航道，不适用于短距起落和垂直起落的飞机。由于波瓣覆盖区窄，难于引导飞机绕过居民区，以减少对城镇的噪声污染；

（2）通道数少（40个）不能满足国际民航的新要求（200个）；

（3）系统要求平坦和净化的场地（草、雪等都会影响引导信号质量），因此安装费用大，部分机场甚至不能使用。

仪表着陆系统正实现固态化，以提高系统准确度和可靠性，向Ⅲ类仪表着陆系统发展。国际民航组织规定，仪表着陆系统的使用保护期截止到1995年1月1日。

地面控制进场系统

能准确地测量进场和着陆过程中飞机位置并引导飞机着陆的雷达系统。地面控制进场系统工作时，首先使用架设在机场附近高处的空中监视雷达，搜索并调度机场周围约100公里范围内的飞机，使之有秩序地依次进场。而后，用配置在跑道附近的精密进场雷达测定飞机在空中的正确位置，地面管制员判断飞机是否处在正确的下滑道上，用无线电台向驾驶员下达口头指令，跟踪并引导飞机临近跑道，下降至决断高度，然后由驾驶员目视着陆（图2）。

地面控制进场系统自1942年研制成功以来，主要用于军航，对民航仅作为备用手段。

工作原理

空中监视雷达工作在10或23厘米波长，对机场周围空域进行全向搜索。通常与地面定向机配合使用。雷达显示器显示飞机的方位和距离，同时显示地图、标志。当驾驶员通过无线电台请求着陆时，定向机测出空中电台的方位，并在雷达显示器上用方位亮线指示，亮线与飞机回波的交点就是所要识别的飞机（图3a），管制员将飞机引导到精密进场雷达覆盖区，同时继续监视其他飞机。

精密进场雷达是工作在3厘米波长的三坐标雷达，通常采用两组天线，方位天线发射方位扫描的窄波束，下滑天线发射俯仰扫描的窄波束（图2）。雷达在工作覆盖区内(如方位20°，仰角8°，距离20厘米)跟踪飞机并显示在精密进场雷达显示器上（图3b）。显示器上标有电的或机械的方位线和下滑线，地面管制员根据飞机回波偏离方位线和下滑线的情况，通过无线电台向驾驶员发出“向上、向下、左飞、右飞”等修正口令，经过不断修正，飞机按要求航道进场，然后安全地完成目视着陆。

这种系统用于不便安装复杂着陆设备的机场和临时性野战机场，适用于只装有无线电台的各型军用飞机。系统经改进并加装计算机和数据链后，可用于航空母舰的飞机着舰。

特点

地面控制进场系统的优点是：

（1）飞机上无需加装电子设备，对驾驶员不要求进行特殊训练；

（2）适用于各种场地，机动性好；

（3）根据不同机种对下滑角度的要求，管制员可以选择不同的下滑线。缺点是：

（1）因靠地面管制员指挥，驾驶员工作被动；

（2）因靠管制员手控天线跟踪飞机，只能一架一架地引导；

（3）引导距离受气象条件限制。

地面控制进场系统不断采用新技术，如相控阵天线、数字动目标显示和数据处理技术等，以便能同时跟踪多个目标，可为多架次、多种下滑道的飞机提供着陆引导。为克服驾驶员的被动工作状态，可用地－空数传电路将地面控制信息显示给驾驶员。

微波着陆系统

工作于微波频段（5031.0～5090.7兆赫）、由机上设备获得引导数据的无线电着陆系统。国际民航组织于1978年选定时基扫描波束微波着陆系统，作为新的标准着陆系统。这种系统能提供连续的、精确的三坐标（方位、仰角、距离）信息。微波着陆系统克服了仪表着陆系统只能提供单一进场航道的缺点，具有宽阔的覆盖范围，飞机可以按弧线进场（图4）。这种系统能抑制多径干扰和地面反射影响，降低对场地条件的要求。

工作原理

系统由地面和机载设备组成。地面设备可分为基本型和扩展型两种。

（1）基本型：包括正向方位台、仰角台、地空数字传输设备、精密测距器；

（2）扩展型:在基本型的基础上增加拉平台、反向方位台、360°全方位台。机载设备包括机载微波着陆系统接收机和测距询问器（图5）。地面方位台天线发射的窄扇形波束（水平面波束宽度为 0.5°～3°）以恒定的高速率（20000度／秒）往返扫描，最大扫描范围为±60°，发射的信号是未调制单频信号。扫描波束照射到飞机时，机载设备检测出一个脉冲信号，在每次往返扫描中，机载设备检测出两个脉冲，求出飞机相对于跑道中心线的方位角θ＝v/2·(T0-t)。式中θ为方位角（度）;v为天线扫描速度（度／微秒）;T0为扫描波束由跑道中心线扫到-θ0，再由-θ0返回跑道中心线所需要的时间（微秒）；t为往、返扫描测得两个脉冲中心之间的时间间隔（微米）。

微波着陆系统采用时分多址工作方式，同一频道上工作的各个台只能在分配的时隙内发射信号（图6）。各个台顺序发射的信号共同组成一帧，一帧中各时隙是独立的，顺序可以任意选择，用单个机载接收设备可以接收和处理各种信息。信号格式中的前导信号和其他信号（如数据），均以差分移相键控方式对载频进行调制，已调制信号由专门的天线向整个覆盖区发播。

特点

微波着陆系统适用于民航和军用航空的各类机场和各型飞机，可用于全天候、全自动着陆。它的优点是：

（1）系统精度高，能满足全天候工作的要求；

（2）系统有宽阔的工作覆盖区，允许飞机任意选择机场航道，适用于常规起落、短距起落、垂直起落的各型飞机；

（3）系统容量大（200个通道），能满足空中交通量增加的要求；

（4）采用微波频段，设备体积小，对场地条件要求低；

（5）系统抑制多径干扰的能力强。

新的国际标准微波着陆系统将逐步替代仪表着陆系统。

参考书目

R. F. Hansford， Radio Aids to Civil Aviation，Heywood & Co.，London，1960.M.Kayton，W.Fried，Autonics，Navigation Systems，John Wiley & Sons，New York，1969.B. Kendel， Manual of Avionics， Richard Clay，London，1979.Keith W.Bos， Aviation Electronics，W. Sams & Co.，Howard，1981.