淺析場(chǎng)地環(huán)境對(duì)ILS下滑道結(jié)構(gòu)的影響

郭曉赟

摘 要：該文針對(duì)三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)新建08下滑臺(tái)場(chǎng)地限制情況，對(duì)下滑信標(biāo)輻射原理、菲涅爾原理、場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范、場(chǎng)地現(xiàn)狀、校飛結(jié)論以及影響下滑道結(jié)構(gòu)的因素等作了介紹及分析。通過理論分析和實(shí)際校飛結(jié)果得出三亞機(jī)場(chǎng)新建08下滑場(chǎng)地基本滿足下滑道結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：M 型下滑天線 菲涅爾原理 入口高度 下滑角

中圖分類號(hào)：V351.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（b）-0020-04

三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)于1994年7月1日通航，跑道長(zhǎng)3 400 m，寬60 m，是一座現(xiàn)代化4E級(jí)民用機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有08號(hào)跑道主降Ⅰ類精密進(jìn)近儀表著陸系統(tǒng)，設(shè)備型號(hào)為WILCOX MK10，投產(chǎn)使用至今逾20年，現(xiàn)有主降下滑臺(tái)位于滑行道與跑道之間。民航三亞空管站于2015年4月完成三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)主降更新、次降新建Ⅰ類儀表著陸系統(tǒng)工程項(xiàng)目，設(shè)備型號(hào)為SELEX 2100系列，主降08下滑臺(tái)則遷建于跑道南側(cè)。由于海南國(guó)際旅游島的成立，三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)2011年客流量首次突破1 000萬，機(jī)場(chǎng)周邊工程建設(shè)日新月異，對(duì)機(jī)場(chǎng)的電磁環(huán)境的保護(hù)提出了更高的要求。該文基于三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)主降08下滑場(chǎng)地的設(shè)置以及場(chǎng)地環(huán)境對(duì)下滑道結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。

1 下滑信標(biāo)原理

1.1 下滑信標(biāo)工作原理

下滑信標(biāo)的工作原理簡(jiǎn)單來說就是設(shè)備發(fā)射CSB（載波加邊帶波）和SBO（抑制載波后的純邊帶波）信號(hào)經(jīng)過空間調(diào)制后，機(jī)載接收機(jī)接收并比較該調(diào)制信號(hào)中的90 Hz和150 Hz兩個(gè)音頻信號(hào)的調(diào)制度；在下滑道上，90 Hz和150 Hz兩個(gè)音頻信號(hào)調(diào)制度相等，且調(diào)制度差為0，以此來引導(dǎo)飛機(jī)著陸；按國(guó)標(biāo)，通常下滑角為3°。

三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)主次降下滑信標(biāo)均采用捕獲效應(yīng)型雙頻天線系統(tǒng)，設(shè)備型號(hào)為SELEX 2110，共由上、中、下3副天線組成，CSB、SBO和余隙信號(hào)按一定比例饋給3副天線。捕獲效應(yīng)型天線常用于反射區(qū)域長(zhǎng)度小且地形起伏的反射場(chǎng)地，在下滑道的下方，CSB和SBO的信號(hào)強(qiáng)度減弱，削弱了地形對(duì)下滑道的影響，同時(shí)下滑的余隙調(diào)制有150 Hz占優(yōu)的CSB信號(hào)且存在8 kHz的頻差不會(huì)對(duì)航道產(chǎn)生干擾，覆蓋的是下滑道下方區(qū)域，給飛機(jī)提供向上的信號(hào)。

1.2 下滑信標(biāo)輻射區(qū)

下滑天線可分為零基準(zhǔn)、邊帶基準(zhǔn)和捕獲效應(yīng)3種類型，其中M型捕獲效應(yīng)天線對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)性最強(qiáng)，提供的下滑道結(jié)構(gòu)也是最好，但由于此型號(hào)下滑信標(biāo)一般都發(fā)射余隙信號(hào)，故其結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。根據(jù)天線原理，下滑天線的場(chǎng)型主要取決于地面的反射，如果地面為理想導(dǎo)體，入射波被全部反射，空間任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)均可看成實(shí)際天線與鏡像天線場(chǎng)強(qiáng)的疊加，如圖1所示。因下滑信標(biāo)輻射的是水平極化波，故反射波和入射波幅度相等，相位差180°。

根據(jù)惠更斯一菲涅爾原理，在電波的傳輸過程中，發(fā)射天線與接收天線之間存在菲涅爾區(qū)。如圖1，發(fā)射天線T、接收天線R，鏡像天線T`，由電磁波傳播菲涅爾區(qū)的概念可知，在鏡像天線T`點(diǎn)到接收天線R點(diǎn)之間電波傳播的主區(qū)，就是以T`點(diǎn)和R點(diǎn)為焦點(diǎn)的最小或第一菲涅爾橢球區(qū)，該橢球與地面相交的橢圓，就是地面菲涅爾區(qū)，如圖2所示。

其中第一菲涅爾區(qū)對(duì)電磁波傳播的貢獻(xiàn)是最占優(yōu)勢(shì)的，因此下滑輻射場(chǎng)型的好壞主要取決于地面菲涅爾區(qū)，影響最大的主要是地形以及地面上的障礙物等。通過查詢FAA order 6750.16E ILS場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范文件，影響下滑道結(jié)構(gòu)的反射區(qū)主要在第一菲涅爾區(qū)，可以通過如下公式計(jì)算出飛機(jī)正常進(jìn)近時(shí)的菲涅爾區(qū)，而這個(gè)區(qū)域就是最小的保護(hù)區(qū)范圍[1]。

公式中θ為下滑角，λ為波長(zhǎng)，D為飛機(jī)在地平面上的投影至下滑天線的距離。

2 下滑場(chǎng)地設(shè)置

2.1 民航業(yè)內(nèi)場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范

目前，中國(guó)民航下滑反射場(chǎng)地的設(shè)計(jì)依據(jù)是參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺(tái)和空中交通管制雷達(dá)站場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，在上述規(guī)范中，A、B區(qū)為下滑天線的菲涅爾反射區(qū)，如果保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度不足將會(huì)對(duì)下滑道結(jié)構(gòu)造成影響。

2.2 三亞新08下滑場(chǎng)地概況

三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有下滑臺(tái)位于跑道和滑行道中間位置，已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的航班量和場(chǎng)地保護(hù)要求。新建下滑臺(tái)已遷至機(jī)場(chǎng)跑道西端的南側(cè)，這樣可以大大縮短飛機(jī)的等待距離，增加機(jī)場(chǎng)航班流量。新建下滑臺(tái)位于機(jī)場(chǎng)跑道西端的南側(cè)，距跑道西端內(nèi)撤距離291 m，距跑道中心線110 m；機(jī)場(chǎng)圍界外側(cè)緊挨著海南G225國(guó)道。如果按場(chǎng)地規(guī)范要求，新下滑臺(tái)的位置距跑道中心線的最佳距離是120 m，考慮到A區(qū)場(chǎng)地限制，故定為110 m。下滑臺(tái)距跑道西端291 m是因?yàn)榭紤]到其所在位置附近有一自動(dòng)觀測(cè)站。新建下滑臺(tái)的A、B、C區(qū)場(chǎng)地保護(hù)如下圖3所示。從圖中可看出，A區(qū)（按規(guī)范設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為360 m）與B區(qū)交界處，A區(qū)有約5 m區(qū)域處于機(jī)場(chǎng)圍界外；B區(qū)有一半?yún)^(qū)域位于機(jī)場(chǎng)圍界外；C區(qū)基本上處于機(jī)場(chǎng)圍界外，且位于G225國(guó)道上。按《航空無線電導(dǎo)航臺(tái)和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》要求，完整的C區(qū)邊界應(yīng)距離下滑天線120 m，但這樣就會(huì)覆蓋到公路對(duì)面民房區(qū)。由于場(chǎng)地及條件限制，只能通過征地?cái)U(kuò)大機(jī)場(chǎng)圍界以及土地平整等措施使B區(qū)達(dá)到場(chǎng)地保護(hù)要求。但是A區(qū)有約5 m區(qū)域處于機(jī)場(chǎng)圍界外，C區(qū)基本上處于機(jī)場(chǎng)圍界外，且位于G225國(guó)道上。

如上圖3所示，新建08下滑場(chǎng)地保護(hù)區(qū)也未能滿足MH/T4003-1996行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中A、B區(qū)總長(zhǎng)度L僅為590 m，如果將下滑天線繼續(xù)后撤，使A、B區(qū)總長(zhǎng)達(dá)到900 m的話，將會(huì)有更多的A區(qū)超出機(jī)場(chǎng)圍界以外到達(dá)國(guó)道上。下滑反射場(chǎng)地的長(zhǎng)度不足可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致下滑道的結(jié)構(gòu)變差。

2.3 對(duì)下滑場(chǎng)地限制的理論分析

通過對(duì)以上情況的了解，三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)新建08下滑保護(hù)區(qū)的場(chǎng)地是滿足不了MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺(tái)和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》的。因?yàn)橛绊懴禄澜Y(jié)構(gòu)的反射區(qū)主要在第一菲涅爾區(qū)，從FAA order 6750.16E ILS場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范文件中可以通過公式計(jì)算出下滑反射區(qū)的最小范圍，但是在科研階段不具有實(shí)際可操作性。

為了確認(rèn)下滑場(chǎng)地保護(hù)區(qū)是否滿足要求，也可以通過FAA order 6750.16E中提供的圖6、圖5、圖6來估算下滑天線距離下滑反射場(chǎng)地第一菲涅爾區(qū)遠(yuǎn)端的長(zhǎng)度，即下滑反射區(qū)的最小長(zhǎng)度L（MH/T4003-1996中A區(qū)與B區(qū)的總長(zhǎng)）[1]。計(jì)算下滑反射區(qū)的最小長(zhǎng)度L，L=L1+L2/2；L1由圖5估算得出，L2由圖6估算得出。圖4為計(jì)算下滑反射區(qū)的最小長(zhǎng)度L示意圖，如圖所示通常選取4海里（24 304 462英尺），即外指點(diǎn)標(biāo)的位置來進(jìn)行估算，因?yàn)橄禄澜Y(jié)構(gòu)超限往往發(fā)生在距離跑道入口4海里之內(nèi)。從圖5得出L1約為10百英尺，即約305 m；從圖6得出L2約為1.7千英尺，即約518 m；故得出下滑反射區(qū)的最小長(zhǎng)度L=L1+L2/2=305+518/2=564 m。

三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)新建08下滑場(chǎng)地A、B區(qū)總長(zhǎng)度L=590 m，大于計(jì)算的理論值564 m，因此從理論上講，現(xiàn)有新08下滑反射區(qū)是可以獲得好的下滑道結(jié)構(gòu)的。

3 校飛驗(yàn)證

3.1 校飛結(jié)論

三亞新08Ⅰ類下滑信標(biāo)于2015年4月30日完成設(shè)備投產(chǎn)校飛，其中校飛結(jié)果為合格，表1為相關(guān)飛行校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表中數(shù)據(jù)看下滑道結(jié)構(gòu)尚可，但是入口高度按標(biāo)準(zhǔn)是15+3 m，17.5 m的入口高度偏高，理想的入口高度按平均值計(jì)算在16.5 m。目前三亞新08下滑場(chǎng)地為新填夯土，后期可能會(huì)有地面沉降，這樣就會(huì)使入口高度降低，后期場(chǎng)地還有改善的情況。

3.2 影響下滑道結(jié)構(gòu)的多種因素

目前從設(shè)備抑或從場(chǎng)地都可以通過各種方式來影響下滑道結(jié)構(gòu)的改變，以下為各種影響下滑道結(jié)構(gòu)的因素。（1）通過調(diào)整設(shè)備參數(shù)，如改變調(diào)制平衡，但是建議只能在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)。（2）調(diào)整天線的掛高、左右偏置等，其中以M型捕獲效應(yīng)天線來說，中天線的高度決定下滑角度。（3）M型捕獲效應(yīng)下滑信標(biāo)將上天線向跑道方向扭動(dòng)，入口高度增大，反方向扭動(dòng)入口高度減小[3]。（4）反射場(chǎng)地雜草偏高，相當(dāng)于反射面抬高，使下滑角升高；另外在雨天如果場(chǎng)地有積水或地面上有積雪時(shí)，對(duì)下滑道也會(huì)有一定影響。（5）機(jī)場(chǎng)運(yùn)行方面，三亞機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有08主降下滑臺(tái)位于滑行道與跑道之間，當(dāng)五邊飛機(jī)建立盲降后，若塔臺(tái)指揮大型客機(jī)滑過下滑臨界保護(hù)區(qū)在跑道端等待時(shí)，從而就影響了下滑信標(biāo)信號(hào)的正常發(fā)射，導(dǎo)致飛機(jī)在五邊進(jìn)近時(shí)感覺盲降信號(hào)不穩(wěn)定。

4 結(jié)語

盡管三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)新建08下滑場(chǎng)地保護(hù)區(qū)未能滿足MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺(tái)和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是通過查閱FAA order 6750.16E ILS場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范文件，從理論原理分析、實(shí)際校飛結(jié)論、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等多方面進(jìn)行了探究，最后得出三亞鳳凰機(jī)場(chǎng)新建08下滑場(chǎng)地能夠滿足下滑道結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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