第5章-仪表着陆系统

导航原理与系统NavigationPrinciplesandSystems倪育德中国民航大学第5章仪表着陆系统5.1概述5.3下滑信标5.5航向信标5.6航向信标接收机NavigationPrinciplesandSystems5.4下滑信标接收机5.7指点信标及其接收机5.8下滑线的确定5.2ILS的一般特性中国民航大学CAUC5.1概述一、终端区气候与着陆标准（1）飞机的成功着陆跟很多因素有关：横向风暴风雨云底高：由云高计测量据统计，飞机在起飞和着陆阶段发生的事故分别占总事故的26％和41％。能见度：由大气透射仪测量，所测能见度称为跑道视距中国民航大学CAUC5.1概述一、终端区气候与着陆标准（2）类别决断高度（m）跑道视距（m）I60800II30400IIIA15200（看着着陆）IIIB050（看着滑行）IIIC00（完全盲目着陆）决断高度：飞行员对飞机着陆或复飞作出决定/判断的最低高度，可由无线电高度表（LRRA）给出。中国民航大学CAUC5.1概述二、ILS的发展历史及其缺点ILS是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统，其工作体制为M型等信号测角方式。发展历史1939年由美国研制成功1949年被ICAO采纳为国际标准导航系统缺点频道数少：40个频道对机场环境敏感提供的下滑道单调中国民航大学CAUC5.1概述三、ILS的发展趋势中国民航大学CAUC5.1概述四、ILS的组成与作用（1）中国民航大学CAUC5.1概述四、ILS的组成与作用（2）航向信标台（LOC）：提供水平制导下滑信标台（GS）：提供垂直制导指点信标台（MB）：提供距离信息与决断信息GSLOC内MB中MB外MB航向面下滑面下滑线跑道2°~4°h外=360mh中=60mh内=30m中国民航大学CAUC5.1概述四、ILS的组成与作用（3）中国民航大学CAUC5.1概述四、ILS的组成与作用（4）75-450m1050±150m6.5-12km300m150m400-500m内MB中MB外MBGS/DME天线LOC天线着陆方向若ILS加装了DME提供飞机距跑道的距离信息，则三个指点标可以少装或不装。中国民航大学CAUC5.1概述五、LOC/GS天线系统（1）LOC、GS的每个天线单元一般采用“对数周期天线”LOC天线系统中国民航大学CAUC5.1概述五、LOC/GS天线系统（2）LOC、GS的每个天线单元一般采用“对数周期天线”GS天线系统中国民航大学CAUC一、工作频段LOCf=108.10~111.95MHz，f=0.05MHz，只用以MHz为单位的小数点后第一位是奇数的那些频率点；共有40个频道。5.2ILS的一般特性GSf=329.15~335.0MHz，f=0.15MHz，与LOC的频率是固定配对使用的；共有40个频道。中国民航大学CAUC5.2ILS的一般特性三、波的传播、极化形式视距传播；水平极化。二、工作体制GS、LOC：M型等信号测角四、辐射功率与作用距离GS：P=5~7W，R=10nm；LOC：P=5~15W，R=25nm。中国民航大学CAUC一、工作框图5.3下滑信标0°（跑道平面）AHALuSBO(t)18765432载波振荡放大器调幅电路上天线，fH()150Hz、90Hz正弦信号发生器调幅电路uCSB(t)下天线，fL()eH(t)eL(t)90°功放功放混合网络0°-90°差端和端·中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（1）1.CSB、SBO信号的形成（1）CSB：载波信号（和信号）；SBO：边带信号（差信号）u1(t)=Um1cosctu3(t)=Um3sin1t，1=2F1，F1=150Hzu4(t)=Um4sin2t，2=2F2，F2=90Hz662()(1sin)sin,40%mcutUmttmu2(t)=Um2sinct551()(1sin)cos,40%mcutUmttm71()(1sin)cosmcutUmtt82()(1sin)sinmcutUmtt中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（2）SBO12()(sinsin)cosmcutUmtmtt-c+1·c+2C-1C-2c0.5mUmc+1·c+2C-1C-2c·1.CSB、SBO信号的形成（2）CSB12()(2sinsin)cosmcutUmtmttc+1·c+2C-1C-2c0.5mUmc+1c+2C-1C-2c·2Um/2中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（3）12()()(sinsin)cosHHmHcetEfmtmtt-2.M型信号的形成（1）12()()(2sinsin)cosLLmLcetEfmtmttGS信标的空间辐射场e(t)为：12()()()()()=2()1sinsincos22()22()HLHmHHmHLmLcLmLLmLetetetmEfmEfmmEftttEfEf-m150m90下天线归一化方向性函数上天线归一化方向性函数中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（4）()15012()HmHLmLEfmmEf2.M型信号的形成（2）()9012()HmHLmLEfmmEf-调制度差：DDM=m150-m90()()HmHLmLmEfEf中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（5）3.下滑面的形成（1）DDM=m150-m90()()HmHLmLmEfEf在下滑道扇区内，设计HSI的下滑偏离杆，使其偏移量Gg与DDM成正比，即Gg=kgDDM()()gHmHLmLkmEfEf····Gg中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（6）3.下滑面的形成（2）Gg=kgDDM()()gHmHLmLkmEfEf若飞机处在下滑面上，则Gg=0，可见m150=m90，或fH(0)=0，0为下滑角，一般为2°～4°。下滑面：满足fH(0)=0的点的集合。满足m150=m90的点的集合。····Gg中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（7）3.下滑面的形成（3）0下滑面在下滑面上¨m150=m90¨f(0)=0由于在下滑面上，上天线对SBO信号的辐射为0，故称这种信标为“零基准信标”。中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（8）4.m150与m90的方向性图（1）镜象原理无限大理想导电平面对电荷+q的场的影响，可以用一个对称于理想导电平面的-q镜象电荷来代替。·q-q··Phh中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（9）4.m150与m90的方向性图（2）上、下天线与其镜象天线（1）hHhHhLhLAHA,HALA,LP·对于AH、A,H组成的分集天线：2()sinsinHHchf对于AL、A,L组成的分集天线：2()sinsinLLchf载波波长中国民航大学CAUC0002()sinsinLLchf又最大值，即下天线在方向辐射CSB为最大5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（10）002()sinsin0HHchf4.m150与m90的方向性图（3）上、下天线与其镜象天线（2）hHhHhLhLAHA,HALA,LP·02sincHh04sincLh2HLhh中国民航大学CAUC5.3下滑信标二、GS的工作原理与过程（11）4.m150与m90的方向性图（4）上、下天线及m150、m90的方向性图m90m1500GSfL()，辐射CSBfH()，辐射SBO+-下滑面中国民航大学CAUC三、GS引导范围5.3下滑信标m90m1500.45001.750DDM=0DDM=0.175DDM=-0.1750.7°0.7°下滑道扇区10nm8°8°在覆盖范围内，最低信号场强为400V/m。中国民航大学CAUC一、工作框图5.4下滑信标接收机987654321接收机包络检波器90HzBP滤波器150HzBP滤波器整流滤波整流滤波减法器加法器···驱动HSI下滑偏离杆驱动HSI警告旗中国民航大学CAUC二、工作过程（1）5.4下滑信标接收机u1(t)=Um1(1+m150sin1t+m90sin2t)cosctu2(t)=Um2(1+m150sin1t+m90sin2t)cosIIt，II为第二中频u3(t)=Um3(1+m150sin1t+m90sin2t)u4(t)=Um4m90sin2tu5(t)=U5（直流）u6(t)=Um6m150sin1tu7(t)=U7（直流）u8(t)=U7－U5驱动HSI的下滑偏离杆u9(t)=U7+U5驱动HSI的警告旗中国民航大学CAUC5.4下滑信标接收机二、工作过程（2）1.下滑偏离杆的偏离（1）u8(t)=U7－U5驱动HSI的下滑偏离杆U5m90U7m150u8(t)=U7－U5DDM在下滑道扇区内，设计HSI的下滑偏离杆，使其偏移量Gg与差电压u8(t)成正比，即Ggu8(t)。Ggu8(t)DDMGg=kgDDM····Gg中国民航大学CAUC5.4下滑信标接收机二、工作过程（3）1.下滑偏离杆的偏离（2）m90m1500ABC············在下滑道扇区内，偏移一个点，对应偏移0.35°中国民航大学CAUC5.4下滑信标接收机二、工作过程（4）2.HSI警告旗u9(t)=U7+U5驱动HSI的警告旗当出现下列情况之一时，HSI的警告旗升起，并给出告警信号。没有接收到射频信号，或接收信号中没有90Hz或150Hz调制信号；90Hz或150Hz信号幅度降到额定值的10%，而另一个保持在额定值的20％。中国民航大学CAUC一、工作框图5.5航向信标5uSBO(t)19876432载波振荡放大器调幅电路右天线，fR()150Hz、90Hz正弦信号发生器调幅电路uCSB(t)90°功放功放混合网络0°-90°差端和端·天线分配网络······左天线，fL()跑道中心线（0°）-模拟开关Morse码发生器1020Hz正弦信号产生器·键控识别音频信号产生器中国民航大学CAUC二、LOC的工作原理与过程（1）1.CSB、SBO信号的形成（1）u1(t)=Um1cosctu3(t)=Um3sin1t，1=2F1，F1=150Hzu4(t)=Um4sin2t，2=2F2，F2=90Hzu2(t)=Um2sinct,,661()[1sin()]cos,20%,5%~15%mmcutUmtmgttmm5.5航向信标u5(t)=gm(t)（键控1020Hz识别音频）,,772()[1sin()]cos,20%,5%~15%mmcutUmtmgttmm,81()[1sin()]cosmmcutUmtmgtt,92()[1sin()]cosmmcutUmtmgtt中国民航大学CAUC二、LOC的工作原理与过程（2）SBO12()(sinsin)cosmcutUmtmtt-c+1·c+2C-1C-2c0.5mUmc+1·c+2C-1C-2c·1.CSB、SBO信号的形成（2）,CSB12()[2sinsin2()]cosmmcutUmtmtmgttc+1·c+2C-1C-2