ILS对进近着陆支持情况的三维可视化仿真
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仪表着陆系统(ILS)电磁环境分析及测试系统集成作者:张蕴菁来源:《中国新通信》 2018年第8期随着当前航班任务的日益频繁,相关的飞机起降次数不断增加,而飞机起飞和着陆事故的现象时有发生,且当前的仪表着陆系统与场地及电磁环境息息相关,因此,需要针对干扰信号对仪表着陆系统的影响,开展针对性的分析讨论,以确保系统运行的稳定性。
一、仪表着陆系统的概念与作用机理仪表着陆系统(ILS) 也称盲降系统,是应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。
它的作用是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引,建立一条由跑道指向空中的虚拟路径,飞机通过机载接收设备,确定自身与该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度,最终实现安全着陆,因此,仪表着陆系统能在低天气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下,引导飞机进近着陆。
仪表着陆系统通常由一个甚高频(VHF) 航向信标台。
一个特高频(UHF) 下滑信标台和几个甚高频(VHF) 指点标或者特高频(UHF) 测距仪(DME) 组成。
航向信标台给出与跑道中心线对准的航向面,下滑信标给出仰角2.5° -3.5°的下滑面,这两个面的交线即是仪表着陆系统给出的飞机进近着陆的准确路线。
二、电磁干扰分析2.1 电磁信号的干扰影响电磁信号的干扰对于仪表着陆系统信号不稳的影响较为直接,究其原因可能是因为机场附近的企业部门或者个人不按照相关的规定使用无线电频段,所以对相关信号的频率产生了干扰。
当信号频率与仪表着陆系统的频率相近时,会形成波形的叠加,造成对既有机场航道导航设置的偏移,使仪表着陆系统的信号抖动,造成ILS 信号的不稳定。
另外,导致电磁波对仪表着陆系统的相近波段的信号干扰的影响源还包括,各类移动通信站,交通系统的电磁辐射干扰,包括电气化铁路和有轨、无轨电车,电力系统的电磁辐射干扰,包括高压输变电线路及地下电缆和变电站等设备的干扰,最后,各类工业及医疗科研高频设备都可能对机场导航的信号产生干扰,工业的设备如高频感应加热设备,科研设备如电子加速器和电磁灶等,医疗设备如高频、超短波和紫外线理疗机等。
GPS导航,I LS进近,五边(IF)飞行,方位导航?LOC是航向道,切LOC就是切航向道,对大型航线客机来说,目前基本上特指进场时切降落跑道的航向道。
是专门的领航模式,不是保持航向,专门接收跑道的无线电信号,自动对准的。
先截获loc信号,一会截获GS,按下APP可以实现自动进近和降落。
一般与跑道延长线30度的夹角切入,前提是设置好I LS频率~~locali zer会自动截获频率并自动对准跑道ILS有两种信号:LOC(水平引导)和GS(垂直引导)航向台(Localizer, LOC/LLZ),位于跑道进近方向的远端,波束为角度很小的扇形,提供飞机相对与跑道的航向道(水平位置)指引;下滑台(GlideSlope, GS或Gli de Path,GP),位于跑道入口端一侧,通过仰角为3度左右的波束,提供飞机相对跑道入口的下滑道(垂直位置)指引。
VOR:very high freque ncy ommi-direct ional range,甚高频全向无线电信标,V OR信号发射机和接收机的工作频率在108.0-117.95 MHz 之间。
VOR台发射机发送的信号有两个:1.相位固定的基准信号;2.信号的相位是变化的,同时像灯塔的旋转探照灯一样向360度的每一个角度发射,而像各个角度发射的信号的相位都是不同的,他们与基准信号的相位自然就互不相同。
由于VOR的无线电信号与电视广播、收音机的FM广播一样,是直线传播的,会被山峰等障碍物阻隔,所以即使距离很近,在地面也很少能接收到V O R信号,通常要飞高至离地2000-3000英尺才收到信号,飞得越高,接收的距离就越远。
在18000英尺(5486米)以下,VOR最大接收距离约在40到130海里(1海里=1.852公里)之间,视障碍物等因素而定。
模拟飞行基础教程(5)VOR导航及ILS进场2012年11月23日10:13一、VOR简介VOR是甚高频全方向无线电信标台的简称,由地面基站向360方向每个方向发射一道无线电波,每束无线电波即称为VOR的幅向,延某束波穿过VOR的直线就是VOR的一条径向线。
利用VOR导航主要是以径向线为参考进行导航的方式。
二、机载VOR设备图片中列出了三种常见的VOR设备。
红色框中是甚高频接收机,相当于收音机的调频,所不同的是操作方式。
这里首先要在右边的备用频率中选好频率,然后按中间的转换键将备用频率与活动频率转换。
蓝色框中的是无线电测距仪,需要注意的是并不是所有的VOR都具有测距功能,所以该仪器主要用来估算过台时间,和做DME弧飞行。
测距仪测出的是飞机到VOR的直线距离,所以用该仪器估算过台时间时会大于实际值。
绿色框内是VOR指示器,其中上面那个指示NAV1频率所示的VOR的状态,同时兼有指示ILS功能;下面那个显示NAV2接收的VOR状态,换句话说只有NAV1可以用来接收ILS(仪表着陆系统)频率。
VOR指示器旁边还有个OBS钮,这是用来选择您所要飞的VOR幅向的,比如您将230转到指示器 12点方向,此时纵杆显示的就是方向为230度的径向线与您的相对位置关系了,当纵杆向左偏,就说明径向线在您左边,您应该向左转截获;反之亦然。
纵杆下面还有一个小三角,这是提示您是在向VOR台飞行还是背台飞行。
三角朝上说明是向台,反之则为背台。
三、利用VOR飞行1、航前准备今天我们从首都国际机场36R跑道起飞,之后沿30度径向线飞向怀柔VOR (113.6MHz),然后从怀柔转向,背台飞210度径向线回首都国际机场,使用ILS进场方式降落在18L跑道(ILS频率:109.3MHz)。
首先说下怎么得到VOR频率。
打开FS中的地图。
VOR会用如下图所示的标志表示。
单击这个标志,通常会有如下窗口,选择属性为VOR的项目,并点OK。
在下面窗口中Frequency对应的数字就是VOR频率了,下面的莫尔斯电码是用来识别VOR的。
信号仿真模拟技术在民航导航台选址中的应用摘要:信号仿真模拟技术为我们分析导航台信号覆盖提供了有力的技术手段,根据导航设备类型、信号电磁波传播模型、台站周边地理环境因素,模拟导航信号覆盖范围及核心要素,通过结合飞行程序关键点位,分析导航信号是否满足规范要求和实际运行需求,判断导航台选址的合理性。
信号仿真模拟技术在实际工程中为民用导航台选址提供了直观的参考依据,仿真结果可作为导航台选址和机场选址的重要依据之一。
关键词:信号仿真模拟;导航台选址;飞行程序民航导航台是引导民用航空器按照预定航路航线飞行的地面台站,作为传统飞行程序的地基引导设施,导航台选址的可行性和合理性极为重要。
影响导航台选址的因素是多方面的,需要结合飞行程序、台站周边地理环境和电磁环境因素,以及地面台站三通一平的可行性和建设成本综合考量。
其中导航信号覆盖情况是否满足相关规范要求和飞行程序需求是判断导航台选址是否合理的首要目标和根本性因素。
本文从导航信号覆盖的角度,浅谈信号模拟技术在民航导航台选址中的应用。
1导航台信号覆盖要求目前,一般民航机场建设导航设备包括精密进近系统和本场导航台。
精密进近系统包括航向信标台、下滑信标/测距仪台、指点标台等。
本场导航台按照设备类型可分为全向信标/测距仪台、无方向信标台等。
依据民航相关规范要求[1] 1)航向信标台信号要求航向信标前航道±10°范围内,覆盖应达到46.3km;±10°~±35°范围,覆盖应达到31.5km;在跑道头标高以上600m高度或在中间和最后进场区内最高点的标高以上300m(以较高的为准)高度,必须能够接收到信号。
在覆盖距离内,向上直到从航向信标天线阵向外延伸并与地平面成7°夹角的平面,必须能够接收到信号;信号覆盖区内最低信号场强为40μV/m;对于I类ILS仪表着陆系统设备性能的航向信标,在仪表着陆系统下滑道上和航向信标的轨道扇区内,从18.5km到包含跑道入口的水平面以上60m高度,最低场强应不低于90μV/m。
航空无线电导航设备第1部分:仪表着陆系统(ILS)技术要求MH/T 4006.1-19981 范围本标准规定了民用航空仪表着陆系统设备的通用技术要求,它是民用航空仪表着陆系统设备制定规划和更新、设计、制造、检验以及运行的依据。
本标准适用于民用航空行业各类仪表着陆系统设备。
2 引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时,所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列要求最新版本的可能性。
GB 6364—86 航空无线电导航台站电磁环境要求Mt{/T 4003—1996航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范中国民用航空通信导航设备运行、维护规程(1985年版)中国民用航空仪表着陆系统Ⅰ类运行规定(民航总局令第57号)国际民用航空公约附件十航空电信(第一卷)(第4版 1985年4月) 国际民航组织8071文件无线电导航设备测试手册(第3册1972年)3 定义、符号本标准采用下列定义和符号。
3.1航道线course line在任何水平面内,最靠近跑道中心线的调制度差(DDM)为。
的各点的轨迹。
3.2航道扇区course sector在包含航道线的水平面内,最靠近航道线的调制度差(DDM)为0.155的各点迹所限定的扇区。
3.3半航道扇区half course sector在包含航道线的水平面内,最靠近航道线的调制度差(DDM)为0.0775的各点轨迹所限定的扇区。
3.4调制度差difference in depth of modulatlon(DDM)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。
3.5位移灵敏度(航向信标)displacement sensitivity(10calizer)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。
3.6角位移灵敏度angular displacemeat seusitivity测得的调制度差与偏离适当基准线的相应角位移的比率。
ILS临界区与敏感区浅析作者:董晨宇来源:《电子技术与软件工程》2016年第06期摘要本文主要以NORMARC各种型号航向信标为研究对象,结合目前较为广泛应用的三种最大机型A380,B747,B767。
通过软件计算出多种情况下的航向信标敏感区大小,并进行探讨。
【关键词】NORMARC 航向信标敏感区1 引言随着我国国民经济向现代化迈进的进程不多深入,机场航班流量日益增加,飞机的机型也逐渐向大型化发展,在加之大雾或其他低能见度天气,航班大面积延误的现象也是时有发生。
我们只有通过不断提供服务水平,提升跑道运行等级,来适应新情况。
通过本文的研究希望能够对未来空管运行工作有一定帮助。
2 定义2.1 临界区定义定义:ILS临界区是一个关于航向信标和下滑信标天线的限定区域,当ILS设备在工作时,所有车辆包括飞机都不允许进入。
否则,会对ILS空间信号产生严重的干扰。
2.2 敏感区定义定义:敏感区是ILS临界区的延伸,在此区域内将对移动的汽车,飞机进行控制,防止对ILS信号可能产生的干扰。
设置敏感区的作用是防护由于临界区外,机场范围内的移动物体所产生的干扰。
注—由于敏感区范围大于临界区,其作用是作为临界区的缓冲区域,所谓本文将把敏感区作为讨论重点。
3 航向信标敏感区3.1 航向信标敏感区航向敏感区的大小有以下因素决定:(1)航向天线系统(单频,双频,天线孔径,航道SBO分配)(2)航道宽度(由跑道长度和航向后撤距离得到)(3)在跑道上运行的最大飞机(4)跑道运行等级(5)滑行道和跑道出口位置3.1.1 航向天线系统对于同样孔径宽度的天线系统来说,在大多情况下双频天线的敏感区较小。
宽孔径天线的临界区相对较小。
对于相同孔径的天线来说,由于航道SBO信号分配导致航道SBO辐射场型波瓣较窄时,敏感区也较小。
3.1.2 航道扇区宽度(跑道长度)对于相同的航向信标来说,跑道越长,航道扇区越窄,敏感区就越大。
3.1.3 飞机类型一个航向信标对应于相应的航道宽度,较大的飞机导致敏感区较大。
第30卷第5期计算机仿真2013年5月
文章编号:1006—9348(2013)05—0063—05
ILS对进近着陆支持情况的三维可视化仿真
沈笑云,孟健,焦卫东(中国民航大学智能信号和图像处理天津市重点实验室,天津300300)
摘要:在民航飞行着陆优化控制问题的研究中,着陆阶段作为飞行器运行的最后环节,对飞行安全至关重要。由于气候条件、导航信号受到电磁干扰影响,使飞行员难以准确着陆。为此,对进近着陆系统采用仪表着陆系统(InstrumentLandingSys—
tern,ILS)的航向天线特性,结合全球地理信息系统,采用ILS对飞行器终端区进近着陆支持的三维可视化方法。可依据ILS天线的辐射特性和电磁仿真软件,对ILS天线进行建模。根据航向天线的CSB和SBO信号在跑道中心线延长线方向最强特性得到航向面,与下滑面相交得到下滑道,并进行仿真。仿真结果证明了仿真ILS对飞行器的终端区进近着陆优化控制的准确性,表明改进方法的结果符合飞行器终端区进近着陆的要求,可以为民航机场在布设ILS台站和飞行校验时提供可靠的三维空间参考。关键词:仪表着陆系统;辐射场型;下滑道;三维可视化仿真;地理信息系统中图分类号:TP391.9文献标识码:B
3DVisualizationofSupportingSituationofApproachandLandingofAircraft
SHENXiao-yun,MENGJian,JIAOWei—dong
(TianjinKeyLabforAdvancedSignalProcessing,CivilAviationUniversityofChina,Tianjin300300,China)
ABSTRACT:InthereseaFchofoptimalflightcontrolproblemofthecivilaviationlanding,landingstageiscriticalto
flightsafetyasthelastlinkofthevehiclerunning.Duetoclimaticconditionsandnavigationsignalsbyelectromagnet・icinterference,thepilotscannotaccuratelyland.LocalizeantennaradiationcharacteristicsofInstrumentLanding
System(ILS)wereusedforlandingsystem,andathree-dimensionalvisualizationmethodWasproposedtosimulate
thesupporting
situationofILLStotheapproachandlandingofaircraftinterminalareacombinewith
GIS.Accordingto
theradiationcharacteristics,ILSantennawasmodeledwiththeelectromagneticsimulationsoftware.Thecoursesur-
facewasstructuredbasedonthecharacteristicthatCSBandSBOsignalsarestrongestatthedirectionofcenterlineoftherunwayextensioncords,SOtheglideslopewasobtainedbyintersectingwithglidesurface.ThesimulationshowstheaccuracyoftheapproachandlandingoptimalcontrolbyILSsimulation.Theresultoftheproposedmethodsaris—
tiestherequirementsofaircraftapproachandlandinginterminalarea.Sothemethodcanprovidereliablethree—di—mensionalspatialreferenceinformationforlocatingILSstationandflightinspectionatcivilaviation
airport.
KEYWORDS:ILS;Radiationfield;G1idepath;3DVisualsimulation;GIS
1引言
安全是民航的第一要务,据统计,飞行事故有一半是发生在进近着陆阶段,因此保证飞行器安全降落是空中交通管制的重要工作。影响飞行器进近着陆的突出因素为气象条件,在未使用无线电导航系统辅助进近着陆以前,飞行员主要通过目视盘旋进行飞行器着陆。但在低标准的天气条件
基金项目:国家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合资助项目(61079009);中央高校基本科研业务费(ZXH200913008)收稿日期:2012—03—28修回日期:202—08—20
下,飞行员很难完成着陆过程。仪表着陆系统(ILS)作为最主要的进近着陆导航系统,能够为飞行员提供航向面、下滑面和距离信息,通过航向面和下滑面相交所形成的下滑道引导飞机进近着落,其引导功能的实现需要特定的天线系统辐射特定信号场型,天线系统结构复杂且会受到场地条件、人为障碍以及电磁干扰等影响。电磁干扰信号是看不见的,对这样的空间电磁波信号需要进行电磁环境仿真,得到模拟的引导信号及下滑道,以确保飞机安全着陆,同时还能在系统安装之前预知系统的性能,从而大大减少系统安装和实飞校验的时间。文献[1—2]对进近着陆系统的电磁环境仿真做了系统一63—
万方数据的阐述,提出了仿真系统的设计方案,但并未考虑天线的实际辐射特性,且仿真结果没有进行三维立体化的表达。文献[3]仅针对下滑信标进行了研究。意大利IDS公司‘41设计的电磁航空管制和测量系统(ElectroMagneticAirportControl&Survey,EMACS)是电磁环境三维可视化建模与仿真工具,可以进行航空无线电导航信号的分析,如雷达、ILS、MLS、VOR、DME等,但该系列软件没有结合三维GIS进行开发,而且无法根据我国的地理信息应用到对飞行程序的校验和验证。本文在对ILS天线系统进行研究的基础上,利用三维电磁仿真软件FEKO对航向天线和下滑天线进行建模,得到其电磁辐射特性,并在三维地理信息系统WorldWind中对航向面和下滑面拟合后进行三维立体化显示,并在此环境下进行了沿下滑道的仿真验证飞行。所建天线模型精度较高,所得电磁辐射特性与理论值吻合,并且整个着陆过程较为逼真。2飞行器进近着陆系统在进近过程中,航空器处于低空低速飞行状态,需要做出相对较多的机动动作,受环境影响大,影响飞行器着陆的因素较多:飞行员工作高负荷工作,尤其当机组人为因素,复杂的气象条件,终端区要求及空管限制等风险因素的共同影响下,会造成不稳定进近的发生。ILS是被国际民航组织规定的飞机标准进近和着陆系统,由于其作用为引导飞机着落,无需目视飞行,因此又称为盲降bo,其作用是由地面发射的两束无线电信号来实现航向道和下滑道指引,建立一条由跑道指向空中的虚拟路径。飞机通过机载接收设备,确定自身与该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降,最终实现安全着陆。ILS结构示意如图l,包括三个分系统:提供横向引导的航向信标(LOC)、提供垂直引导的下滑信标(GS)和提供距离引导的指点信标(MB)。航向信标工作在108.10—111.95MHz,下滑信标工作频率为329.15—335MHz,指点信标工作在75MHz。航向信标台给出与跑道中心线对准的航向面,下滑信标天线产生的辐射场形成下滑面,这两个面的交线即是飞机进近着陆的下滑道。猃CS图1ILS结构示意图ILS的作用在天气恶劣、能见度低的情况下显得尤为突出,它可以在飞行员肉眼难以发现跑道或标志时,给飞机提供一个可靠的进近着陆通道,以便让飞行员掌握位置、方位、・---——64・---——下降高度,从而安全着陆。在现阶段,ILS是最为理想、最为可靠的辅助进近着陆系统。
3ILS的天线辐射场型IIS辐射场型即为引导飞行器着陆的航向面和下滑面,辐射信号要求辐射90Hz和150Hz两个音频调制的载波加边带信号(CSB)及分开辐射的纯边带信号(SBO),其中SBO不含载波分量。3.1航向天线系统ILS航向天线是由偶极子组成的对数周期天线阵,天线阵以跑道中心延长线为对称轴横向排列,相邻单元天线之间的间隔为3L/4,其天线系统框图如图2所示。
P
聿聿聿聿图2航向天线示意图对数周期天线的方向特性是相对跑道中线方位角0的函数,第i个天线的方向特性用e(0)表示,则其天线辐射场‘61为:ui(0)=UZ(p)(1+msinOit)sintot(1)式中m表示90Hz和150Hz调制信号的调幅度(20%);幔为第i个天线调制信号角频率;∞为载波频率。对在机场跑道中心延长线两侧最近的两个对称的天线单元,由于信号的载波频率是同频同相馈电,这两个波束的辐射场在空间可以直接相加。合成的空间辐射场为:Ⅱ=Ⅱ1(0)+u2(0)
=%Ef,(0)+以(0)]
,+淼s崛t
+揣0
0sinQ:t。工()+^()…一2。
(2)合成辐射场仍然是一个调幅波。其幅度受两个频率的调制,这两个频率的调制度随0角的变化方向,一个增大,另一个减小。在任意接收方向上,两个频率的调制深度差DDM为:。DM=1m90-矿m150=谎揣(3)
当150Hz占优势时,DDM<0;当90Hz占优势时,DDM>0;在航向面上时,二者幅度相等,DDM=0。3.2下滑天线系统下滑天线系统与机载下滑接收机配合工作,为正在着陆过程的飞机提供下滑道引导信息。该系统利用地面弹跳或
万方数据