ILS基础培训

ILS原理NavigationSystems(Primary)培训教材第一章导航基础知识1.1无线电导航的定义与任务1.2无线电导航的发展简史和发展趋势1.3无线电导航信号的传播方式1.4振幅测向系统测角的方法1.5无线电导航定位方法的优先级选择1.6无线电导航系统的布局1.1无线电导航的定义与任务一、导航与无线电导航的定义在各种复杂的气象条件下，采用最有效的方法并以规定的RNP（所需导航性能）引导航行体（飞机、导弹、宇宙飞船、船舶、车辆等）以及个人从出发点到目的地的过程称为导航。无线电导航指利用无线电技术实现的对航行体的导航。用以实现无线电导航的装置即为无线电导航系统。无线电导航1.定义：利用运动体上的电子接收设备接收和处理无线电波来获得导航参数，从而确定航行体的位置。2.举例：ADF-NDB，VOR，DME，ILS，LRRA3.特点：不受时间、气候的限制，定位精度高，定位时间短，容易受到干扰，保密性不强。现代航空中，最基本、核心的导航手段是无线电导航。没有无线电导航，就没有现代航空！1.1无线电导航的定义与任务二、无线电导航的任务1）引导航行体飞离航线起点，进入并沿预定航线航行；2）引导航行体在夜间和各种复杂气象条件下安全着陆获进港；3）为航行体准确、安全完成航行任务提供所需的其他导引及情报咨询服务；4）确定航行体当前所处的位置及其航行参数（速度、加速度等）。1.1无线电导航的定义与任务三、常用无线电导航术语无线电信号：e(t)=Emcos(t)=Emcos(t+0)用无线电波的哪个参数与导航参数建立关系是导航的核心问题。导航参数飞机方位距离差r飞机高度h电参数Em(t)t建立一一对应关系距离r1.1无线电导航的定义与任务1.2无线电导航的发展简史和发展趋势一、第一阶段（从20世纪初至二战前）自动定向机（ADF）－无方向信标（NDB）仪表着陆系统（ILS）无线电高度表（LRRA）四航道信标扇形无线电信标二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（1）1.台卡系统（DECCA）主要用于航海；英国台卡导航仪公司研制；1937年提出，1944年研制成功；1954年开始普及（在欧洲应用最为广泛）；随着罗兰－C的建设和发展，台卡用户逐渐减少。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（2）2.罗兰系统（LORAN）主要用于航海，美国研制；罗兰－A，罗兰-C；罗兰－A1945年投入使用，上世纪80年代停用；罗兰－C1957年建成，1960年以后得到大力发展；罗兰－C目前还在使用。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（3）3.奥米伽系统（OMEGA）用于航空与航海，美国研制；1947年设计，1975年在部分区域开始工作，1982年完成全部的建台工作；1997年奥米伽系统宣布关闭。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（4）4.多普勒导航雷达自主式航空导航系统；1945年开始发展；20世纪50～70年代得到了广泛的应用。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（5）5.甚高频全向信标（VOR）非常重要的民航测角导航系统，美国研制；1946年VOR成为美国标准航空导航系统；1949年被ICAO批准为国际标准航空导航系统；20世纪60年代，联邦德国研制成功多普勒VOR（DVOR）。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（6）6.测距机（DME）非常重要的民航测距导航系统，英国研制；DME是在二战中随着雷达的发展而出现的；1949年被ICAO批准为国际标准航空导航系统；精密DME（DME/P）是微波着陆系统（MLS）的组成设备。对于民用航空，DME/P可与下滑台（GS）合装在一起，为飞机提供精确的距离信息。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（7）7.战术空中导航系统－塔康（TACAN）军用测距测角系统，美国海军1955年研制；TACAN在功能上相当于民航的VOR和DME；TACAN台安装在航母或地面上，可为飞机同时提供距地面台（航母）的方位和距离信息；TACAN系统体积小，便于机动，在军事上得到了广泛应用。1.2无线电导航的发展简史和发展趋势三、第三阶段（从20世纪60年代中期至今）1.广泛采用数字技术和计算机技术，提高已有的性能优良的导航系统的数字化程度，提高其导航性能，并使系统具备故障诊断能力。2.发展组合导航系统，如INS/GNSS组合系统。3.研制新的更先进的导航系统，如GPS、GLONASS、GALILEO、北斗卫星导航系统。4.卫星导航系统的增强技术，如陆基增强系统（GBAS）、星基增强系统（SBAS）、飞机增强系统（ABAS）。目前导航方式无线电导航-ILS、VOR/DME、MLS、LoranC、TACAN等陆基导航系统，传统的导航方式信号覆盖范围小，精度低，技术落后等卫星导航-GPS，Galileo，北斗星际导航系统适用于新的航行系统，PBN/RNAV/RNPILS系统将在一段时间仍是主要的着陆系统1.2无线电导航的发展简史和发展趋势1.3无线电导航信号的传播方式一、无线电频段划分及导航信号所占频谱序号频段名称甚低频（VLF）波段名称3～30kHz12346785频率范围低频（LF）中频（MF）高频（HF）甚高频（VHF）超高频（UHF）特高频（SHF）极高频（EHF）30～300kHz300kHz～3MHz3MHz～30MHz30MHz～300MHz300MHz～3GHz3～30GHz30～300GHz甚长波长波中波短波超短波分米波厘米波毫米波微波波段如果把雷达纳入导航之内，则无线电导航信号几乎占满了这8个频段。1.3无线电导航信号的传播方式二、无线电波的传播方式1.无线电波传播的主要方式地波传播天波传播视距传播波导模传播磁层模传播散射传播1.3无线电导航信号的传播方式2、视距传播Direct-wavepropagation1.3无线电导航信号的传播方式传播方式：收发天线处在直视范围内，能相互“看见”的电波传播。适合频段：VHF及VHF以上特点：信号稳定可靠，干扰源少辐射效率高，发射天线小可以产生很窄的脉冲及尖锐的方向性图，故测距、测向的精度很高不能提供地平线以下的覆盖存在多径干扰导航系统：VOR，DME，ILS，MLS，LRRA，GNSS对导航信号而言，视距传播是一种非常优秀的传播方式1.4振幅测向系统测角的方法振幅测向系统测角的方法：最大信号法、最小信号法、等信号法等信号法（比较信号法）抗干扰性较好；不灵敏区较小（N较小）；导航台偏离的方向可知。1.5无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择定位1.ICAO推荐的优先级定位定位2.FAA推荐的优先级定位定位定位高低高低1.6无线电导航系统的布局机载无线电导航系统的布局（1）1.6无线电导航系统的布局机载无线电导航系统的布局（2）第二章ILS原理2.1ILS概述2.2GS的工作原理与过程2.3LOC的工作原理与过程2.4指点信标2.1ILS概述一、华东地区主要的ILS设备型号ILS：主要有NORMARC和THALES设备NORMARC：7000A系列（航向NM7013/下滑NM7033/指点标NM7050)，该系列产品目前已逐渐被更新，目前上海地区仅浦东一跑道17L为7000A系列。7000B系列（航向NM7013B/下滑NM7033B/指点标NM7050），大部分更新或新安装的仪表着陆系统都是选用该系列。THALES：410系列（航向LOC411/下滑GS412/指点标MB413），该系列产品上海浦东二跑道、威海机场、东营机场等。410系列:扬泰机场一、系统组成ILS由地面设备和机载设备组成。地面设备可以分为三个部分：航向信标台、下滑信标台、指点信标台(或测距仪台)，其典型位置如图1—1所示。机载设备则包括相应的天线、接收机、控制器及指示器等2.1ILS概述若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。2.1ILS概述2.1ILS概述2.1ILS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2.1ILS概述三、ILS的发展趋势2.1ILS概述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四、系统的工作原理五、基本定义调制度差(ddm)：较大音频信号对射频的调制度百分数减去较小音频信号对射频的调制度百分数的值。航道线：在任何水平面内最靠近跑道中心线的ddm为零的各点的轨迹。航道扇区(航道宽度)：从航道线向两边扩展，到ddm为0.155的各点轨迹所限制的区域。通常在跑道入口两边以105米为0.155ddm，最大航道扇区(航道宽度)不能超过6度。位移灵敏度：测得的ddm与偏离适当基准线的相应横向位移的比率。下滑道：跑道中心线的铅垂面上ddm为零的各点所组成的轨迹中最靠近地平面的那条轨迹。下滑角：平均下滑道的直线与地平面之间的夹角。下滑道扇区：从下滑道的铅垂面向上下两边扩展，到ddm为0.175的各点轨迹所限定的区域。角位移灵敏度：测得的ddm与从适当的基准线相对应的角位移的比率。2.1ILS概述基本定义A点：在进近方向沿着跑道中心延长线、距跑道入口7400米(4海里)处测得的下滑道上的一点。B点：在进近方向沿着跑道中心延长线、距跑道入口1050米(3500英尺)处测得的下滑道上的一点。C点：下滑道直线部分在包含跑道入口的水平面上方30米(100英尺)高度处所通过的一点。T点(基准数据点)：位于跑道中心线与跑道入口交叉处垂直上方规定高度上的一点，下滑道直线向下延伸的部分通过此点。其高度通常为15米(50英尺)、容差＋3米。D点：从跑道入口向航向信标方向前进900米(3000英尺)、在跑道中心线上方4米(12英尺)的那一点。E点：从跑道终端向入口方向前进600米(2000英尺)、在跑道中心线上方4米(12英尺)的那一点。2.1ILS概述基本定义2.1ILS概述六、性能类别I类运用性能：在跑道能见距离不小于800米的条件下，以高的进近成功概率运用至60米的决断高度。如果在这点(60米高度)上仍看不到跑道，应决定复飞。Ⅱ类运用性能：在跑道能见距离不小于400米的条件下，以高的进近成功概率运用至30米的决断高度。如果在这点上仍看不到跑道，应决定复飞。ⅢA类运用性能：没有决断高度限制，当跑道能见距离不小于200米，在着陆的最后阶段凭外界目视参考，运用至跑道表面。ⅢB类运用性能：没有决断高度限制，及不依靠外界目视参考，一直运用至跑道表面。随后在跑道能见度相当于跑道能见距离不小于50米的条件下，凭外界目视参考滑行。ⅢC类运用性能：没有决断高度限制，一直运用至跑道面表，且不凭外界目视参考滑行。2.1ILS概述七、航向信标航道结构航道结构：即航道线弯曲不能超过下列ddm值(95%概率)：区域Ⅰ类设备Ⅱ类设备Ⅲ类设备覆盖区边缘—A点0.0310.0310.031A点————B点从0.031线性从0.031线性降到0.015降到0.005B点————C点0.015B点—基准数据点0.005B点————D点0.005D点————E点线性增至0.012.1ILS概述八、下滑信标航道结构区域I类设备Ⅱ类设备Ⅲ类设备覆盖区边缘——C点0.035覆盖区