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1、,导航原理与系统,Navigation Principles and Systems,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,Navigation Principles and Systems,5.4 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,5.2 ILS的一般特性,5.1 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
2、视距,中国民航大学 CAUC,5.1 概 述,一、终端区气候与着陆标准（2）,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 CAUC,5.1 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 CAUC,5.1 概 述,三、ILS的发展趋势,中国民航大学 CAUC,5.1 概 述,四、ILS的组成与作用（1）,中国
3、民航大学 CAUC,5.1 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,中国民航大学 CAUC,5.1 概 述,四、ILS的组成与作用（3）,中国民航大学 CAUC,5.1 概 述,四、ILS的组成与作用（4）,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 CAUC,5.1 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 CAUC,5.1 概 述,五、LOC/GS天线系统
4、（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=108.10111.95MHz，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。,5.2 ILS的一般特性,GS,f=329.15335.0MHz，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 CAUC,5.2 ILS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=57W，R=10nm；,LOC：P=
5、515W，R=25nm。,中国民航大学 CAUC,一、工作框图,5.3 下滑信标,中国民航大学 CAUC,5.3 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)=Um1cosct,u3(t)=Um3sin1t，1=2F1，F1=150Hz,u4(t)=Um4sin2t，2=2F2，F2=90Hz,u2(t)=Um2sinct,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（2）,1.CSB、SBO信号的形成（2）,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过
6、程（3）,2.M型信号的形成（1）,GS信标的空间辐射场e(t)为：,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 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（4）,2.M型信号的形成（2）,调制度差：DDM=m150m90,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（5）,3.下滑面的形成（1）,DDM=m150m90,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=kgDDM,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（6）,3.下滑面的形成（2）,Gg=kgDDM,若飞机处在下滑面上
7、，则Gg=0，可见m150=m90，或fH(0)=0，0为下滑角，一般为24。,下滑面：,满足fH(0)=0的点的集合。,满足m150=m90的点的集合。,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（7）,3.下滑面的形成（3）,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 CAUC,5.3 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。,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工
8、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）,对于AH、A,H组成的分集天线：,对于AL、A,L组成的分集天线：,中国民航大学 CAUC,5.3 下滑信标,二、GS的工作原理与过程（10）,4.m150与m90的方向性图（3）,上、下天线与其镜象天线（2）,中国民航大学 CAUC,5.3 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,中国民航大学 CAUC,三、GS引导范围,5.3 下滑信标,在覆盖范围内，最低信号场强为400V/m。,中国民航大学 CAUC,一、工作框图,5.
9、4 下滑信标接收机,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+m150sin1t+m90sin 2t)cosct,u2(t)=Um2(1+m150sin1t+m90sin 2t)cosIIt，II为第二中频,u3(t)=Um3(1+m150sin1t+m90sin 2t),u4(t)=Um4m90sin 2t,u5(t)=U5（直流）,u6(t)=Um6m150sin1t,u7(t)=U7（直流）,u8(t)=U7U5,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 CAUC,5.4 下滑信标接收机,二、工作过
10、程（2）,1.下滑偏离杆的偏离（1）,u8(t)=U7U5,驱动HSI的下滑偏离杆,U5m90,U7m150,u8(t)=U7U5DDM,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Ggu8(t)。,Ggu8(t)DDM,Gg=kgDDM,中国民航大学 CAUC,5.4 下滑信标接收机,二、工作过程（3）,1.下滑偏离杆的偏离（2）,在下滑道扇区内，偏移一个点，对应偏移0.35,中国民航大学 CAUC,5.4 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
11、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,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)=Um1cosct,u3(t)=Um3sin1t，1=2F1，F1=150Hz,u4(t)=Um4sin2t，2=2F2，F2=90Hz,u2(t)=Um2sinct,5.5 航向信标,u5(t)=gm(t)（键控1020Hz识别音频）,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理
12、与过程（2）,1.CSB、SBO信号的形成（2）,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（3）,2.M型信号的形成（1）,5.5 航向信标,CSB、SBO信号通过“天线分配网络”按如下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180，以产生零值辐射点指向跑道中心线的两瓣方向性图。,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（4）,2.M型信号的形成（2）,LOC信标的空间辐射场e(t)为：,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（
13、5）,2.M型信号的形成（3）,调制度差：DDM=m150m90,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（6）,3.航向面的形成（1）,DDM=m150m90,在航道扇区内，设计HSI的航向偏离杆，使其偏移量Gl与DDM成正比，即,Gl=klDDM,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（7）,3.航向面的形成（2）,Gl=klDDM,若飞机处在航向面上，则Gl=0，可见m150=m90，或f2(1)=0，1为0。,航向面：,满足f2(1)=0的点的集合。,满足m150=m90的点的集合。,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二
14、、LOC的工作原理与过程（8）,3.航向面的形成（3）,由于在航向面上，f2()对SBO信号的辐射为0，故称这种信标为“零基准信标”。,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,二、LOC的工作原理与过程（11）,4.航向天线及m150、m90的方向性图,5.5 航向信标,中国民航大学 CAUC,三、LOC引导范围,5.5 航向信标,在覆盖范围内，最低信号场强为40V/m。,中国民航大学 CAUC,一、工作框图,5.6 航向信标接收机,中国民航大学 CAUC,二、工作过程（1）,u1(t)=Um11+m150sin1t+m90sin 2t+m,gm(t)cosct,u2(t)=Um21+m15
15、0sin1t+m90sin 2t+m,gm(t)cosIIt，II为第二中频,u3(t)=Um31+m150sin1t+m90sin 2t+m,gm(t),u4(t)=Um4m90sin 2t,u5(t)=U5（直流）,u6(t)=Um6m150sin1t,u7(t)=U7（直流）,u8(t)=U7U5,驱动HSI的航向偏离杆,u9(t)=U7+U5,驱动HSI的警告旗,5.6 航向信标接收机,u10(t)=Um10gm(t),中国民航大学 CAUC,二、工作过程（2）,1.航道偏离杆的偏离（1）,u8(t)=U7U5,驱动HSI的航道偏离杆,U5m90,U7m150,u8(t)=U7U5DD
16、M,在航道扇区内，设计HSI的航道偏离杆，使其偏移量Gl与差电压u8(t)成正比，即Glu8(t)。,Glu8(t)DDM,Gl=klDDM,Gl,5.6 航向信标接收机,中国民航大学 CAUC,二、工作过程（3）,1.航道偏离杆的偏离（2）,在航道扇区内，偏移一个点，对应偏移1,5.6 航向信标接收机,中国民航大学 CAUC,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
17、持在额定值的20。,5.6 航向信标接收机,中国民航大学 CAUC,5.6 航向信标接收机,中国民航大学 CAUC,一、指点信标（1）,5.7 指点信标及其接收机,ILS有三个指点标（MB）：内MB，中MB，外MB,中国民航大学 CAUC,一、指点信标（2）,5.7 指点信标及其接收机,1.指点标的作用,给驾驶员提供决断的指示,外MB：指示下滑道截获点,中MB：指示I类着陆点,内MB：指示II类着陆点,2.指点标的主要性能指标,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,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,中国民航大学 CAUC,5.7 指点信标及其
18、接收机,一、指点信标（3）,3.工作过程（1）,中国民航大学 CAUC,5.7 指点信标及其接收机,一、指点信标（4）,3.工作过程（2）,中国民航大学 CAUC,5.7 指点信标及其接收机,一、指点信标（5）,3.工作过程（3）,中国民航大学 CAUC,二、指点标接收机,5.7 指点信标及其接收机,中国民航大学 CAUC,一、理想下滑线,5.8 下滑线的确定,下滑线方程：z=ytg0(y0),中国民航大学 CAUC,二、实际下滑线（1）,5.8 下滑线的确定,中国民航大学 CAUC,二、实际下滑线（2）,5.8 下滑线的确定,圆锥面方程：,航向面方程为x=d，它与圆锥面相交，得到的交线为：,双曲线,中国民航大学 CAUC,二、实际下滑线（3）,5.8 下滑线的确定,中国民航大学 CAUC,
