仪表着陆系统浅谈

摘 要:仪表着陆系统作为一种精密仪表进近系统,已被广泛用于国际、国内各机场的着陆引导系统中,它能在气象条件恶劣以及低能见度条件下为飞行员提供引导信息。本文介绍了仪表着陆系统的作用和工作原理,并对仪表着陆系统的优越性和相关问题进行了分析和探讨,让我们能更加深刻地了解仪表着陆系统。

1949年,仪表着陆系统(ILS:instrument landing system)被国际民航组织采纳为飞机进近着陆引导的标准设备。飞机着陆时,驾驶员可以目视外界地标操纵飞机着陆,但为保证着陆安全,在目视着陆飞行条例中规定,目视着陆的水平能见度必须大于4.8km,云底高不小于300m。当着陆机场气象条件不能满足该条件时,着陆飞机只能依靠飞行仪表系统的引导进行着陆,该系统称为“仪表着陆系统”。盲降是仪表着陆系统的俗称,因为它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,所以人们通常称其为盲降。

仪表着陆系统是一种引导飞机进近着陆的设备,它由地面电台向空中的飞机提供沿跑道横向平面(航向道)和垂直平面(下滑道)着陆的信息。当飞机到达目的地机场上空,就需借助地面航向台和下滑台发射的波束引导着陆。ILS提供的引导信号,驾驶员根据仪表的指示操纵飞机或使用自动驾驶仪“跟踪”仪表的指示,使飞机沿着跑道中心线的垂直距离和规定的下滑角,从450m的高空引导到跑道入口水平面的一定高度上,再由驾驶员看着跑道操纵飞机目视着陆。因此,ILS只能引导飞机到达看见跑道的最低允许高度―― 决断高度(DH:Decision Height)上。那何为DH呢,它是指驾驶员对飞机着陆或复飞作出判断的最低高度。在决断高度上,驾驶员必须看到跑道才能着陆,否则应放弃着陆进行复飞。

仪表着陆系统包括三个分系统:提供航向引导的航向信标、提供垂直引导的下滑信标和提供距离引导的指点信标。每一个分系统又由地面发射设备和机载设备组成。地面设施包括1个甚高频航向台,1个超高频下滑台和1组(2个或3个)甚高频指点标台;在机载ILS系统中,一般有3个接收机:1个甚高频航向接收机,1个超高频下滑接收机和1个甚高频指点接收机。

航向信标天线产生的辐射场,在通过跑道中心延长线的垂直平面内,形成航向面或叫航向道,用来提供飞机偏离航向道的航向引导信号。机载接收机收到信号经航向接收机处理后,输出飞机相对于航向道的偏离信号,经电子飞行仪表系统符号发生器加到驾驶舱仪表板上的电子水平姿态指示器的航向指针。若飞机在航向道上,即对准跑道中心线,偏离指示为零;如果飞机在航向道的左边或右边,航向指针就向右或左指,给驾驶员提供“飞右”或“飞左”的指令。下滑信标台天线产生的辐射场形成下滑面,下滑面和跑道水平平面的夹角,根据机场的净空条件,可在2°～4°之间选择。下滑信标用来产生飞机偏离下滑面的垂直引导信号,机载下滑接收机收到信号处理后,输出相对于下滑面的偏离信号,加到仪表着陆系统上的下滑指示器。如飞机在下滑面上,下滑指针在中心零位;若飞机在下滑面的上面或下面,指针向下或向上指,给驾驶员“飞下”或“飞上”的指令。航向面和下滑面的交线定义为下滑道,飞机沿着这条交线着陆,就对准了跑道中心线和规定的下滑角,在离跑道入口300m处着地。指点信标台装在顺着着陆方向的跑道中心延长线的规定距离上,分别叫内、中、外指点信标。每个指点信标台发射垂直向上的倒锥形波束。当飞机飞越指点信标台上空的有效范围时,机载接收机才能收到信号。由于各指点信标台发射信号的调制频率和识别码不同,机载接收机就分别使驾驶舱仪表板上不同颜色的识别灯亮,同时驾驶员也可以通过耳机听到不同频率的音调和识别码来判断飞机在哪个信标台的上空,即知道飞机离跑道入口的距离。

然而,随着空中交通量的剧增以及交通状况的日益复杂,ILS在某些方面暴露出本身的缺点和局限性。局限性来自它只能提供单一而又固定的下滑道。随着飞机种类的增多,飞机性能的提高和更先进技术的出现,ILS的进近方式也显得适应不了发展,由于ILS进近航线规定在跑道中心延长线所在的平面内,下滑角又很小,这会引起大型飞机接近城市和居民区飞行时产生低空噪声污染进近;而对于具有短距起降和垂直起降的飞机来说,由于固定的下滑角很小,不能发挥其优越性。ILS在单一下滑道的前提下,显得缺乏足够的灵活性,所以它从根本上限制了诸如曲线进近、分段进近和大下滑角进近等各种灵活进近方式的使用。局限性还来源于它所采用的频率。ILS的航向台和下滑台分别工作在VHF和UHF频段,天线尺寸较大,信号波束也宽,其工作在很大程度上受到机场及其附近建筑物所产生的多径干扰的影响。航向台对其较为敏感,信号波束容易受到干扰而产生扭曲。另外,ILS的航向台和下滑台成对提供约40个有用频道。在某些空中比较繁忙的机场,频道拥挤的问题已变得日益显著。同时,随着各地调频无线电台的增加和升级,处于其低频段的ILS航向台的工作频率会受到调频台信号的干扰。

微波着陆系统是基于克服ILS存在的问题提出的,主要提高了工作频率(5031MHz～ 5090.7MHz),采用时间基准扫描波束和时分多址传输方式,从而提高了精度,减少了天线的尺寸,减少了地面建筑物反射信号的影响,可选频道多达200个,引导范围大(方位±60°,仰角0°～20°)。随着科学技术的日益发展,仪表着陆系统将会日臻完善,许多大型飞机上已安装了全球卫星引导的着陆系统,它已经越来越先进,也越来越完善,为飞机着陆提供更加安全可靠的技术保障。

参考文献

[1] 陆芝平,郑德华.全向信标和仪表着陆系统[M].国际工业出版社,1990.

[2] 蔡成仁.航空无线电[M].北京:科学出版社,1992.

[3] 张焕,魏光兴.仪表飞行程序[J].中国民航飞行学院,1995.