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导航原理与系统第第5章章 仪表着陆系统仪表着陆系统5.1 5.1 概述概述5.3 5.3 下滑信标下滑信标5.5 5.5 航向信标航向信标 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机 Navigation Principles and Systems5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机 5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定 5.2 5.2 ILS的一般特性的一般特性5.1 5.1 概概 述述一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（1 1）飞机的成功着陆跟很多因素有关：飞机的成功着陆跟很多因素有关：横向风横向风 暴风雨暴风雨 云底高：由云高计测量云底高：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总事故的26和和41。能见度：由大气透射仪测量，所测能见度称为跑道能见度：由大气透射仪测量，所测能见度称为跑道视距视距5.1 5.1 概概 述述一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（一、终端区气候与着陆标准（2 2）类别类别决断高度（决断高度（m）跑道视距（跑道视距（m）I60800II30400IIIA15200（看着着陆）（看着着陆）IIIB050（看着滑行）（看着滑行）IIIC00（完全盲目着陆）（完全盲目着陆）决断高度决断高度：飞行员对飞机着陆或复飞作出决定：飞行员对飞机着陆或复飞作出决定/判断的判断的最低高度，可由无线电高度表（最低高度，可由无线电高度表（LRRA）给出。）给出。5.1 5.1 概概 述述二、二、ILS的发展历史及其缺点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，是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统，其工作体制为其工作体制为M型等信号测角方式。型等信号测角方式。发展历史发展历史 1939年由美国研制成功年由美国研制成功 1949年被年被ICAO采纳为国际标准导航系统采纳为国际标准导航系统 缺点缺点 频道数少：频道数少：40个频道个频道 对机场环境敏感对机场环境敏感 提供的下滑道单调提供的下滑道单调5.1 5.1 概概 述述四、四、四、四、ILSILS的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（2 2）航向信标台（航向信标台（LOC）：提供水平制导）：提供水平制导 下滑信标台（下滑信标台（GS）：提供垂直制导）：提供垂直制导指点信标台（指点信标台（MB）：提供距离信息与决断信息）：提供距离信息与决断信息5.1 5.1 概概 述述四、四、四、四、ILSILS的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（3 3）5.1 5.1 概概 述述四、四、四、四、ILSILS的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（的组成与作用（4 4）若若ILS加装了加装了DME提供飞机距跑道的距离信息，则三个指点标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。可以少装或不装。5.1 5.1 概概 述述五、五、五、五、LOC/GSLOC/GS天线系统（天线系统（天线系统（天线系统（1 1）LOC、GS的每个天线单元一般采用的每个天线单元一般采用“对数周期天线对数周期天线”LOC天线系统天线系统5.1 5.1 概概 述述五、五、五、五、LOC/GSLOC/GS天线系统（天线系统（天线系统（天线系统（2 2）LOC、GS的每个天线单元一般采用的每个天线单元一般采用“对数周期天线对数周期天线”GS天线系统天线系统一、工作频段一、工作频段一、工作频段一、工作频段 LOC f=108.10111.95MHz，f=0.05MHz，只用以，只用以MHz为为单位的小数点后第一位是奇数的那些频率点单位的小数点后第一位是奇数的那些频率点；共有共有40个频道。个频道。5.2 ILS5.2 ILS的一般特性的一般特性 GS f=329.15335.0MHz，f=0.15MHz，与，与LOC的频率的频率是固定配对是固定配对使用的；使用的；共有共有40个频道。个频道。5.2 ILS5.2 ILS的一般特性的一般特性三、波的传播、极化形式三、波的传播、极化形式三、波的传播、极化形式三、波的传播、极化形式 视距传播视距传播；水平极化。水平极化。二、工作体制二、工作体制二、工作体制二、工作体制 GS、LOC：M型等信号测角型等信号测角四、四、四、四、辐射功率与作用距离辐射功率与作用距离辐射功率与作用距离辐射功率与作用距离 GS：P=57W，R=10nm；LOC：P=515W，R=25nm。分类：分类：分类：分类：5.3 5.3 下滑信标下滑信标本课程内容本课程内容分类：分类：分类：分类：5.3 5.3 下滑信标下滑信标 NR天线馈电天线馈电天线馈电天线馈电5.3 5.3 下滑信标下滑信标 SBR天线馈电天线馈电天线馈电天线馈电5.3 5.3 下滑信标下滑信标 M-array一、工作框图一、工作框图一、工作框图一、工作框图5.3 5.3 下滑信标下滑信标 0（跑道平面）（跑道平面）AHAL5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（1 1）1.CSB、SBO信号的形成（信号的形成（1）CSB：载波信号（和信号）；：载波信号（和信号）；SBO：边带信号（差信号）：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=90Hzu2(t)=Um2sin ct5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（2 2）1.CSB、SBO信号的形成（信号的形成（2）5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）GS信标的空间辐射场信标的空间辐射场e(t)为：为：m150m90下天线归一化方向性函数下天线归一化方向性函数上天线归一化方向性函数上天线归一化方向性函数5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（4 4）2.M型信号的形成（型信号的形成（2）调制度差：调制度差：DDM=m150 m905.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（5 5）3.下滑面的形成（下滑面的形成（1）DDM=m150 m90 在在下滑道扇区下滑道扇区内，设计内，设计HSI的下滑偏离杆，使其的下滑偏离杆，使其偏移量偏移量 Gg与与DDM成正比，即成正比，即 Gg=kg DDM Gg5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（6 6）3.下滑面的形成（下滑面的形成（2）Gg=kg DDM 若飞机处在若飞机处在下滑面下滑面上，则上，则 Gg=0，可见，可见m150=m90，或或fH(0)=0，0为下滑角为下滑角，一般为，一般为2 4。下滑面：下滑面：满足满足fH(0)=0的点的集合。的点的集合。满足满足m150=m90的点的集合。的点的集合。Gg5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（7 7）3.下滑面的形成（下滑面的形成（3）由于在下滑面上，上天线对由于在下滑面上，上天线对SBO信号的辐射为信号的辐射为0，故称这种信标为故称这种信标为“零基准信标零基准信标”。5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（8 8）4.m150与与m90的方向性图（的方向性图（1）镜象原理镜象原理 无限大理想导电平面对电荷无限大理想导电平面对电荷+q的场的影响，可以的场的影响，可以用一个对称于理想导电平面的用一个对称于理想导电平面的-q镜象电荷来代替。镜象电荷来代替。5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（9 9）4.m150与与m90的方向性图（的方向性图（2）上、下天线与其镜象天线（上、下天线与其镜象天线（1）对于对于AH、A,H组成的分集天线：组成的分集天线：对于对于AL、A,L组成的分集天线：组成的分集天线：载波波长载波波长5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（1010）4.m150与与m90的方向性图（的方向性图（3）上、下天线与其镜象天线（上、下天线与其镜象天线（2）5.3 5.3 下滑信标下滑信标二、二、二、二、GSGS的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（1111）4.m150与与m90的方向性图（的方向性图（4）上、下天线及上、下天线及m150、m90的方向性图的方向性图三、三、三、三、GSGS引导范围引导范围引导范围引导范围5.3 5.3 下滑信标下滑信标在覆盖范围内，在覆盖范围内，最低信号场强为最低信号场强为400 V/m。5.3 5.3 下滑信标下滑信标调制度差：DDM=|m150|-|m90|调制度和：SDM=|m150|+|m90|调制度差：调制度差：DDM=m150 m90SDM=2m5.3 5.3 下滑信标下滑信标5.3 5.3 下滑信标下滑信标一、工作框图一、工作框图一、工作框图一、工作框图5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（1 1）5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机u1(t)=Um1(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos ctu2(t)=Um2(1+m150sin 1t+m90sin 2t)cos IIt，II为第二中频为第二中频u3(t)=Um3(1+m150sin 1t+m90sin 2t)u4(t)=Um4m90sin 2tu5(t)=U5（直流）（直流）u6(t)=Um6m150sin 1tu7(t)=U7（直流）（直流）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的下滑偏离杆的下滑偏离杆 DDMu9(t)=U7+U5驱动驱动HSI的警告旗的警告旗 SDM5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（2 2）1.下滑偏离杆的偏离（下滑偏离杆的偏离（1）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的下滑偏离杆的下滑偏离杆U5 m90U7 m150u8(t)=U7U5 DDM 在在下滑道扇区下滑道扇区内，设计内，设计HSI的下滑偏离杆，使其偏移量的下滑偏离杆，使其偏移量 Gg与差电压与差电压u8(t)成正比，即成正比，即 Gg u8(t)。Gg u8(t)DDM Gg=kg DDM Gg5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（3 3）1.下滑偏离杆的偏离（下滑偏离杆的偏离（2）在下滑道扇区内，偏移一个在下滑道扇区内，偏移一个点，对应偏移点，对应偏移0.35 5.4 5.4 下滑信标接收机下滑信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（4 4）2.HSI警告旗警告旗u9(t)=U7+U5驱动驱动HSI的警告旗的警告旗 当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，HSI的警告旗升起，并给出告警的警告旗升起，并给出告警信号信号。没有接收到射频信号，或没有接收到射频信号，或 接收信号中没有接收信号中没有90Hz或或150Hz调调制信号；制信号；90Hz或或150Hz信号幅度降到额定值的信号幅度降到额定值的10%，而另一个保，而另一个保持在额定值的持在额定值的20。5.3 5.3 下滑信标下滑信标飞机在下，上飞飞机在下，上飞5.3 5.3 下滑信标下滑信标飞机位于下滑面，不偏飞机位于下滑面，不偏5.3 5.3 下滑信标下滑信标超出服务范围，故障旗出现超出服务范围，故障旗出现一、工作框图一、工作框图一、工作框图一、工作框图5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（1 1）1.CSB、SBO信号的形成（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 ct5.5 5.5 航向信标航向信标u5(t)=gm(t)（键控（键控1020Hz识别音频）识别音频）二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（2 2）1.CSB、SBO信号的形成（信号的形成（2）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）5.5 5.5 航向信标航向信标 CSB、SBO信号通过信号通过“天线分配网络天线分配网络”按如下按如下方式馈入航向天线阵：方式馈入航向天线阵：CSB信号对所有天线单元同相馈电，以产生最大信号对所有天线单元同相馈电，以产生最大值沿着跑道中心线的单瓣方向性图；值沿着跑道中心线的单瓣方向性图；SBO信号给左、右对应天线单元的馈电相差信号给左、右对应天线单元的馈电相差180，以产生零值辐射点指向跑道中心线的两瓣方向性，以产生零值辐射点指向跑道中心线的两瓣方向性图。图。二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（反相）天线方向图（反相）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（3 3）2.M型信号的形成（型信号的形成（1）-天线方向图（同相）天线方向图（同相）5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（4 4）2.M型信号的形成（型信号的形成（2）LOC信标的空间辐射场信标的空间辐射场e(t)为：为：5.5 5.5 航向信标航向信标f1()=fL()+fR()，天线系统的归一化，天线系统的归一化“和和”方向性函方向性函数数f2()=fL()-fR()，天线系统的归一化，天线系统的归一化“差差”方向性函数方向性函数m150m90二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（5 5）2.M型信号的形成（型信号的形成（3）调制度差：调制度差：DDM=m150 m905.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（6 6）3.航向面的形成（航向面的形成（1）DDM=m150 m90 在在航道扇区航道扇区内，设计内，设计HSI的航向偏离杆，使其偏的航向偏离杆，使其偏移量移量 Gl与与DDM成正比，即成正比，即 Gl=kl DDM5.5 5.5 航向信标航向信标 Gl5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（7 7）3.航向面的形成（航向面的形成（2）Gl=kl DDM 若飞机处在若飞机处在航向面航向面上，则上，则 Gl=0，可见，可见m150=m90，或或f2(1)=0，1为为0。航向面：航向面：满足满足f2(1)=0的点的集合。的点的集合。满足满足m150=m90的点的集合。的点的集合。5.5 5.5 航向信标航向信标 Gl二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（8 8）3.航向面的形成（航向面的形成（3）由于在航向面上，由于在航向面上，f2()对对SBO信号的辐射为信号的辐射为0，故称这种信标为故称这种信标为“零基准信标零基准信标”。5.5 5.5 航向信标航向信标二、二、二、二、LOCLOC的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（的工作原理与过程（1111）4.航向天线及航向天线及m150、m90的方向性图的方向性图5.5 5.5 航向信标航向信标三、三、三、三、LOCLOC引导范围引导范围引导范围引导范围5.5 5.5 航向信标航向信标在覆盖范围内，在覆盖范围内，最低信号场强为最低信号场强为40 V/m。5.5 5.5 航向信标航向信标5.5 5.5 航向信标航向信标多径影响多径影响5.5 5.5 航向信标航向信标弯曲弯曲5.5 5.5 航向信标航向信标弯曲弯曲5.5 5.5 航向信标航向信标双频航向信标双频航向信标5.5 5.5 航向信标航向信标双频航向信标双频航向信标一、工作框图一、工作框图一、工作框图一、工作框图5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（1 1）u1(t)=Um11+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos ctu2(t)=Um21+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos IIt，II为第二中频为第二中频u3(t)=Um31+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)u4(t)=Um4m90sin 2tu5(t)=U5（直流）（直流）u6(t)=Um6m150sin 1tu7(t)=U7（直流）（直流）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的航向偏离杆的航向偏离杆u9(t)=U7+U5驱动驱动HSI的警告旗的警告旗5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机u10(t)=Um10gm(t)二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（2 2）1.航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（1）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的航道偏离杆的航道偏离杆U5 m90U7 m150u8(t)=U7U5 DDM 在在航道扇区航道扇区内，设计内，设计HSI的航道偏离杆，使其偏移量的航道偏离杆，使其偏移量 Gl与与差电压差电压u8(t)成正比，即成正比，即 Gl u8(t)。Gl u8(t)DDM Gl=kl DDM Gl5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（3 3）1.航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（2）在航道扇区内，偏移一个在航道扇区内，偏移一个点，对应偏移点，对应偏移1 5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（二、工作过程（4 4）2.HSI警告旗警告旗u9(t)=U7+U5驱动驱动HSI的警告旗的警告旗 当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，HSI的警告旗升起，并给出告警的警告旗升起，并给出告警信号信号。没有接收到射频信号，或没有接收到射频信号，或 接收信号中没有接收信号中没有90Hz或或150Hz调调制信号；制信号；90Hz或或150Hz信号幅度降到额定值的信号幅度降到额定值的10%，而另一个保，而另一个保持在额定值的持在额定值的20。5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机5.5 5.5 航向信标航向信标飞机偏右，左飞飞机偏右，左飞5.5 5.5 航向信标航向信标飞机不偏飞机不偏5.5 5.5 航向信标航向信标5.6 5.6 航向信标接收机航向信标接收机一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（1 1）5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机ILS有三个指点标（有三个指点标（MB）：内）：内MB，中，中MB，外，外MB一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（2 2）5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机1.指点标的作用指点标的作用给驾驶员提供决断的指示给驾驶员提供决断的指示外外MB：指示下滑道截获点：指示下滑道截获点中中MB：指示：指示I类着陆点类着陆点内内MB：指示：指示II类着陆点类着陆点2.指点标的主要性能指标指点标的主要性能指标三个指点标的载波均为三个指点标的载波均为75MHz天线辐射水平极化波，采用直达波传播天线辐射水平极化波，采用直达波传播辐射功率：几瓦辐射功率：几瓦提供飞机的高度信息及离跑道入口处的距离提供飞机的高度信息及离跑道入口处的距离5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（3 3）3.工作过程（工作过程（1）5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（4 4）3.工作过程（工作过程（2）5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（一、指点信标（5 5）3.工作过程（工作过程（3）指点信标指点信标调制频率调制频率“点点”、“划划”码码机上指示灯机上指示灯外外MB400Hz 2.5%每秒两每秒两“划划”蓝（或紫）蓝（或紫）中中MB1300Hz 2.5%每每2/32/3秒一个秒一个“点点”和和“划划”琥珀（黄）琥珀（黄）内内MB3000Hz 2.5%每秒每秒6 6个个“点点”白色白色二、指点标接收机二、指点标接收机二、指点标接收机二、指点标接收机5.7 5.7 指点信标及其接收机指点信标及其接收机一、理想下滑线一、理想下滑线一、理想下滑线一、理想下滑线5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定下滑线方程：下滑线方程：z=ytg 0 (y 0)二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（1 1）5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（2 2）5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定圆锥面方程：圆锥面方程：航向面方程为航向面方程为x=d，它与圆锥面相交，得到的交线为：，它与圆锥面相交，得到的交线为：双曲线双曲线二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（二、实际下滑线（3 3）5.8 5.8 下滑线的确定下滑线的确定