風(fēng)電場(chǎng)條件下儀表著陸系統(tǒng)性能分析

汪紫燕

摘 要：儀表著陸系統(tǒng)為飛機(jī)進(jìn)近著陸階段提供精確的導(dǎo)航信號(hào)，其工作性能可靠與否直接關(guān)系到航空安全。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，儀表著陸系統(tǒng)的性能往往受到外在干擾，導(dǎo)致導(dǎo)航信號(hào)的獲取產(chǎn)生偏差。本文利用Matlab模擬對(duì)有風(fēng)電場(chǎng)條件下ILS信號(hào)進(jìn)行仿真，分析干擾信號(hào)并將其轉(zhuǎn)為因變量，為今后的運(yùn)行維護(hù)提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：儀表著陸系統(tǒng)；風(fēng)電場(chǎng)；干擾信號(hào)

1 項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性和需求分析

儀表著陸系統(tǒng)是一種精密進(jìn)近著陸系統(tǒng)，包括三個(gè)分系統(tǒng)：提供航向引導(dǎo)的航向信標(biāo)、提供垂直引導(dǎo)的下滑信標(biāo)和提供距離引導(dǎo)的指點(diǎn)信標(biāo)。儀表著陸系統(tǒng)的性能嚴(yán)重影響到能否提供給飛機(jī)精確的導(dǎo)航信號(hào)，而這些導(dǎo)航信號(hào)的獲取又取決于儀表著陸系統(tǒng)的工作狀態(tài)，考慮適當(dāng)?shù)母蓴_因素，用Matlab對(duì)其建立動(dòng)態(tài)模型，然后仿真，分析，通過比較前后有無(wú)干擾信號(hào)的狀態(tài)對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的性能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而得到不同的干擾信號(hào)對(duì)儀表著陸系統(tǒng)性能的影響。

2 項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù)

如果在儀表著陸系統(tǒng)（ILS）作用范圍內(nèi)飛機(jī)接收的信號(hào)不是信標(biāo)發(fā)出的理想信號(hào)，而是參雜有干擾信號(hào)，ILS的相應(yīng)制導(dǎo)性能就會(huì)受到影響。本課題旨在根據(jù)ILS工作原理對(duì)有風(fēng)電場(chǎng)干擾條件下ILS信標(biāo)信號(hào)進(jìn)行仿真。

儀表著陸系統(tǒng)的引導(dǎo)信息是通過兩個(gè)調(diào)制信號(hào)來(lái)反映的，可以間接地分析儀表著陸系統(tǒng)的性能。當(dāng)加入干擾信號(hào)后，儀表著陸系統(tǒng)的性能會(huì)發(fā)生變化。本文主要研究航向信標(biāo)信號(hào)中的CSB和SBO信號(hào)，對(duì)于干擾信號(hào)的加入通過研究音頻相位以及調(diào)制度的改變，來(lái)體現(xiàn)對(duì)儀表著陸系統(tǒng)性能的影響。

3 儀表著陸系統(tǒng)天線原理

空間航向信號(hào)形成時(shí)，以航向天線為例，根據(jù)八單元天線陣，把CSB和SBO信號(hào)的饋電相位送到每對(duì)天線單元，因?yàn)榈矫總€(gè)天線單元的路徑相等，因此調(diào)制度差為零。此時(shí)調(diào)制是平衡的。

如果是由多對(duì)天線組成的天線陣，則最后合成的總信號(hào)為E=E1+E2+E3…為各對(duì)天線合成信號(hào)的疊加。

對(duì)數(shù)周期天線陣的方向性會(huì)有一定的強(qiáng)度，在處于正常狀態(tài)的儀表著陸系統(tǒng)的航向指引設(shè)備中，位于左右天線單元中的CSB信號(hào)一般是通過采用一種方法，其為同相饋電，這種方式可以在一定程度上使跑道中心線上的信號(hào)幅度達(dá)到了一個(gè)最大值。而位于左右天線單元中的SBO信號(hào)恰好與CSB信號(hào)處于一個(gè)相反的狀態(tài)，采用了反相饋電的方法，此時(shí)在跑道中心線上的信號(hào)幅度將會(huì)得到了一個(gè)最小值，這個(gè)最小值的取值為0。因此在理想的沒有其他的干擾的條件的情況下，位于跑道中心線上的DDM的計(jì)算的理論值為0。在航向設(shè)備的調(diào)試過程中，需要進(jìn)行一定的整理，本質(zhì)上就是調(diào)整一下左右兩邊天線的SBO信號(hào)的饋電相位，使最后結(jié)果是處于中心線上的左右兩邊天線的SBO信號(hào)處于剛好反相的狀態(tài)，從而得到SBO的幅度可以取到一個(gè)最小值0，DDM同時(shí)也為0。

在實(shí)際的情況下，假設(shè)選取空間中的某一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)是任意的，一般說(shuō)來(lái)，這個(gè)點(diǎn)的DDM的取值，與該點(diǎn)的CSB和SBO這兩個(gè)信號(hào)有著關(guān)系，它們之間的相位聯(lián)系直接關(guān)系到DDM的取值。由空間調(diào)制的理論可以得知，當(dāng)選取的任一點(diǎn)的信號(hào)中的CSB與SBO處于正交狀態(tài)時(shí)，空間調(diào)制為0，當(dāng)同相或反相時(shí)的狀況時(shí)產(chǎn)生的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)最大調(diào)制，空間調(diào)制表達(dá)式m=ASBOACSBcosΦ，其中A為幅度，Φ為CSB與SBO相位差。當(dāng)討論一對(duì)天線時(shí)，如果信號(hào)中的兩個(gè)信號(hào)是處于正交的狀態(tài)，我們可以得到一個(gè)空間調(diào)制，這個(gè)值在理論上是最大的，這個(gè)時(shí)候，這兩個(gè)信號(hào)有著最適宜的相位差。同時(shí)，我們也可以看到一個(gè)特殊情況，就是當(dāng)飛機(jī)處于跑道中心線上時(shí)，這種情況左右的天線信號(hào)不存在相位差，SBO1與SB02可以互相抵消，CSB1與CSB2有著最大的合成，所以在航向跑道中心線上，此時(shí)接收信號(hào)電平也是最大的。

4 干擾信號(hào)分析

當(dāng)航向信標(biāo)中的信號(hào)音頻相位不符合規(guī)定時(shí)，在航向信標(biāo)的狀態(tài)中，航向信標(biāo)中的兩個(gè)音頻信號(hào)90HZ和150HZ的相位需要有一個(gè)確定的關(guān)系，此時(shí)兩個(gè)信號(hào)的波形才會(huì)表現(xiàn)正常，當(dāng)因?yàn)槟承┰蚧蛘呤歉蓴_，導(dǎo)致它們的相位不正常時(shí)，波形的振蕩會(huì)發(fā)生一些明顯的變化，這個(gè)變化可以通過波形反映出來(lái)，而且部分的波形的峰-峰值會(huì)不相等。

當(dāng)兩個(gè)音頻相位不正確時(shí)，可以考慮其中的一個(gè)因素，即反射信號(hào)所導(dǎo)致的相位差不正確，飛機(jī)的接收機(jī)接收到航向信標(biāo)臺(tái)發(fā)射的兩個(gè)信號(hào)，然后利用兩個(gè)信號(hào)的調(diào)制度差（DDM）來(lái)確定最后的結(jié)果進(jìn)而確定飛機(jī)相對(duì)于航道線的方位，所以調(diào)制度差的誤差決定了航向定位誤差。

而對(duì)于反射信號(hào)因素時(shí)，要考慮波束覆蓋范圍，飛機(jī)天線接收信號(hào)，轉(zhuǎn)為電平差，為DDM給出與航道的偏差。在接收機(jī)中，DDM通過檢測(cè)90HZ和150HZ電路的電流差來(lái)獲得，接收機(jī)經(jīng)過給十字指示器一個(gè)150μA的電流為扇區(qū)寬度來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)，由于航向和下滑扇區(qū)的DDM值不同，對(duì)于航向，DDM=15.5%，對(duì)于下滑，DDM=17.5%。此時(shí)，有個(gè)重要內(nèi)容，關(guān)于扇區(qū)寬度，信號(hào)要在航向與下滑的扇區(qū)寬度內(nèi)，扇區(qū)寬度與DDM有關(guān)。當(dāng)考慮風(fēng)電場(chǎng)條件時(shí)，比如各個(gè)場(chǎng)區(qū)的風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)的位置不同時(shí)，也有影響，當(dāng)風(fēng)機(jī)處在航向扇區(qū)寬度里時(shí)，則風(fēng)機(jī)對(duì)DDM有影響，同理，在下滑扇區(qū)寬度里時(shí)，對(duì)其有影響。

5 結(jié)論

沒有干擾信號(hào)作用時(shí)，SBO和CSB信號(hào)的仿真與90HZ和150HZ的波形有關(guān)，當(dāng)加入干擾信號(hào)后，在此，只研究干擾信號(hào)加入后導(dǎo)致的音頻信號(hào)不正確和調(diào)制度的改變對(duì)SBO和CSB的信號(hào)的影響，從而影響儀表著陸系統(tǒng)性能。在仿真過程中，加入干擾信號(hào)后，波形會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)變化可以通過波形反映出來(lái)，而且部分的波形的峰-峰值會(huì)不相等。

經(jīng)過以上這些過程研究，儀表著陸系統(tǒng)在運(yùn)行期間的時(shí)候，都必須經(jīng)過嚴(yán)格的地面檢驗(yàn)和運(yùn)行維護(hù)過程，在檢驗(yàn)和維護(hù)的過程中，信號(hào)波形是否符合要求又是工作研究的關(guān)鍵，因此，應(yīng)當(dāng)在一定的情況下，得到了標(biāo)準(zhǔn)的CSB、SBO信號(hào)的波形。這篇論文利用仿真工具M(jìn)atlab實(shí)現(xiàn)了理想信道環(huán)境下儀表著陸系統(tǒng)航向信標(biāo)的波形仿真，顯示出信號(hào)的具體波形，分析了在各種不同的情況下，加入干擾信號(hào)后并將干擾信號(hào)換算成因變量，得到的CSB、SBO信號(hào)的波形，為今后的運(yùn)行維護(hù)以及性能研究工作提供了一定的理論基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

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