ILS進(jìn)近程序設(shè)計障礙物評估研究

朱林松中國民航飛行學(xué)院 飛行技術(shù)學(xué)院

ILS進(jìn)近程序設(shè)計障礙物評估研究

朱林松
中國民航飛行學(xué)院 飛行技術(shù)學(xué)院

朱林松 ，男，四川省西充縣，1992.05，碩士研究生，飛行技術(shù)與航空運(yùn)行，載運(yùn)工具運(yùn)用工程專業(yè)研二在校生。

儀表著陸系統(tǒng)進(jìn)近程序是一種既能提供航向引導(dǎo)也能提供下滑引導(dǎo)的進(jìn)近程序。在進(jìn)行ILS精密進(jìn)近程序設(shè)計時需要利用不同的障礙物評估面對其機(jī)場附近的障礙物進(jìn)行重復(fù)評估，在地形復(fù)雜的機(jī)場，機(jī)場周圍障礙物密集，采用人工對其進(jìn)行逐一評估，工作量較大，且誤差較高，不利于程序標(biāo)準(zhǔn)的制定。而當(dāng)前中國西部地區(qū)機(jī)場數(shù)量逐年增加，其地形多為山區(qū)地勢較為復(fù)雜，進(jìn)行程序評估時工作量較大，如果程序設(shè)計誤差性較高，將對機(jī)場的安全運(yùn)行存在較大隱患，本次研究對提高程序運(yùn)行的安全性具有重要意義。

障礙物位置的確定

程序設(shè)計進(jìn)行障礙物評估時，首先需要確定障礙物的具體位置，傳統(tǒng)的處理方法是通過機(jī)場細(xì)則信息在AutoCAD中逐一繪制，此種方法在數(shù)據(jù)量較大的情況下誤差性較高，基于AutoLISP語言可以實(shí)現(xiàn)障礙物信息的自動標(biāo)注。

Autolisp函數(shù)分析

Autolisp語言是二次開發(fā)AutoCAD的編程語言，嵌入在AutoCAD的內(nèi)部，具有語法規(guī)則簡單，功能函數(shù)強(qiáng)大，編程環(huán)境簡單。以下主要介紹涉及到的幾個基本的圖形處理函數(shù)。

（POLAR 〈點(diǎn)〉 〈方位角〉 〈距離〉）

用于求相對于〈點(diǎn)〉為一定〈方位角〉和一定距離的點(diǎn)的坐標(biāo)。〈方位角〉是從x軸正方向按逆時針方向計算，單位為弧度。根據(jù)點(diǎn)的類型，返回二維或三維點(diǎn)。此函數(shù)用于以ARP點(diǎn)為基準(zhǔn)確定障礙物的具體位置。

（setq A （LIST 2 3））；表示A點(diǎn)坐標(biāo)（X=2，Y=3），LIST函數(shù)為列表函數(shù)

（setq B （POLAR A 0 4））；表示B點(diǎn)坐標(biāo)（X=6，Y=3），setq函數(shù)為賦值函數(shù)

（atof string）

當(dāng)用戶通過外部界面對機(jī)場基準(zhǔn)點(diǎn)輸入位置信息時，計算機(jī)默認(rèn)數(shù)據(jù)類型為字符串?dāng)?shù)據(jù)，若將此數(shù)據(jù)傳遞給定義的變量進(jìn)行圖形繪制，程序是不能夠成功運(yùn)行的，需對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此函數(shù)可用來將字符串轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)型。

（atof "97.1"）；返回97.1

簡述程序化實(shí)現(xiàn)障礙物標(biāo)注

demo1：dialog｛｝ 《定義創(chuàng)建用戶界面函數(shù)》

：row｛ 《創(chuàng)建輸入窗口，行向量》

edit_box｛ 《創(chuàng)建內(nèi)嵌在行向量中的列向量》

label="跑道基準(zhǔn)點(diǎn)X坐標(biāo)：" 《創(chuàng)建輸入窗口標(biāo)注》

edit_width=12； 《設(shè)計輸入窗口寬度》

key="R_X"； ｝ 《賦予對應(yīng)輸入窗口參數(shù)標(biāo)志符》

（setq xr （atof （get_tile "R_X"））） 《獲取輸入窗口數(shù)值并將其數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為實(shí)型》

（setq m1 （polar （list xr yr） （/ pi 2）3000） 《以跑道基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)確定障礙物位置》

以上程序只是完整程序的部分，不能用來單獨(dú)運(yùn)行。

障礙物評估

ILS精密進(jìn)近程序評估障礙物的方法有三種：基本ILS面評估障礙物、障礙物評估面—OAS面評估障礙物、碰撞危險模型（CRM）評價障礙物，上述3種方法在評估過程中處理障礙物的精密程度不同。本次主要研究前兩種方法。

基本ILS面評估障礙物

基本ILS 面的構(gòu)成

基本ILS面是在附件14面的基礎(chǔ)上，為處理精密跑道A、B、C類而設(shè)計的障礙物限制面，它是由以下幾個面組成：過渡面、起降帶、進(jìn)近面、復(fù)飛面，下圖為各個面的高度方程式。

評估的步驟與方法

①判斷障礙物在基本ILS面的哪一個面內(nèi)。②將每個障礙物的坐標(biāo)（x，y）分別代入其所在面的高度方程式，計算出障礙物所在位置的ILS面高（z）。③將障礙物高h(yuǎn)和基本ILS面高（z）進(jìn)行比較，如果障礙物高大于基本ILS面高，表示障礙物穿透基本ILS面，否則沒有穿透。

OAS面評估障礙物

OAS 面的組成及其表達(dá)式

OAS面由對稱于精密進(jìn)近航跡（ILS航道）的6個斜面以及包含入口的水平面組成，如下圖所示。

各個面的高度線性方式為：Z=A*x+B*y+C（方程式中x，y為障礙物的位置坐標(biāo)，z為將位置坐標(biāo)代入方程式計算而得OAS面高（以入口標(biāo)高為基準(zhǔn)），A，B，C均為OAS常數(shù)，需要從OAS面系數(shù)表中進(jìn)行查詢，其中A，B分別為各斜面沿x，y方向的斜率，C為斜面的截距。

基于MATLAB評估障礙物是否穿透OAS面的算法

在利用OAS面進(jìn)行障礙物評估時，首先根據(jù)OAS常數(shù)表查出對應(yīng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的OAS常數(shù)。計算某一障礙物對應(yīng)的OAS面高時需確定障礙物處于哪一面內(nèi)然后方便代入對應(yīng)面系數(shù)進(jìn)行計算，障礙物數(shù)量較多時可通過以下方法進(jìn)行評估。

%A為4行3列矩陣，每一行代表一個評估面，分別為W、X、Y、Z面，每一列分別代表x，y的系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)。

%Z=［Zw Zx Zy Zz］. 對應(yīng)于每個面的高。

%Z=AB’

%B矩陣為n×3階矩陣，B為障礙物坐標(biāo)，B（：，1）為x軸坐標(biāo)，B（：，2）為y軸坐標(biāo)，（B：，3）為障礙物的高

%m為障礙物個數(shù)，P為障礙物所在面高

function［Z，k，p］=OAS（A，B）

m=length（B（：，1））；

a=ones（m，1）；

C=［B（：，1），B（：，2），a］；

Z=A*C’；

for n=1：m

p（n）=max（Z（：，n））；

if p（n）〈B（n，3） %面高與障礙物高比較

k（n）=n；%表示第n個障礙物穿透OAS面

else

k（n）=0；

end

end

非標(biāo)準(zhǔn)條件對OAS常數(shù)的修正

①飛機(jī)尺寸不標(biāo)準(zhǔn)時的修正

標(biāo)準(zhǔn)條件下飛機(jī)機(jī)翼的最大半翼展S為30m，且下滑接收天線軌跡與著陸輪之間的豎直間隔L為6m。當(dāng)實(shí)際的S〉30m、L〉6m時，在計算過程中必須對W、W*、X、Y面的常數(shù)C進(jìn)行修正（當(dāng)小于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值可以修正也可以不修正），修正計算如下：

由于該項(xiàng)修正在L〉6m時必須進(jìn)行，而Bx往往大于0.1，一般按下式計算P值：；當(dāng)Bx〉0.1，

②ILS基準(zhǔn)高（RDH）不標(biāo)準(zhǔn)條件下的修正

標(biāo)準(zhǔn)條件下ILS下滑航跡過入口時的高RDH為15m，當(dāng)實(shí)際的RDH小于15m，則必須對W、W*、X、Y面的常數(shù)C進(jìn)行修正，大于15m時，可以修正也可以不修正。修正的公式為：

C修=C+（RDH-15）（C=表列值、C修正=有關(guān)OAS面系數(shù)C的修正值）

計算ILS精密進(jìn)近超障高OCH

計算精密航段的OCH要考慮穿透基本ILS面和OAS面的所有障礙物，這些障礙物分為兩類，即進(jìn)近障礙物（在FAP至入口以后900m之間的障礙物）和復(fù)飛障礙物（在其余精密航段內(nèi)的障礙物）。精密進(jìn)近航段包括最后進(jìn)近航段和著陸條件不適合選擇復(fù)飛的爬升航段。在計算OCH時，進(jìn)近障礙物和復(fù)飛障礙物要區(qū)別計算。

判斷進(jìn)近障礙物和復(fù)飛障礙物的方法

判斷進(jìn)近障礙物和復(fù)飛障礙物應(yīng)以入口之后900m （x=-900m）為界，當(dāng)障礙物坐標(biāo)X≥-900m為進(jìn)近障礙物，障礙物坐標(biāo)X〈-900m為復(fù)飛障礙物。而x=-900m點(diǎn)之前的某些障礙物也可能處在復(fù)飛航徑之下，飛機(jī)是在上升狀態(tài)下飛越這些障礙物。因此如果將這些障礙物劃分為進(jìn)近障礙物，將會導(dǎo)致最低著陸標(biāo)準(zhǔn)不必要的增加。可以通過入口之后900m且平行于標(biāo)稱下滑道GP面的斜面GP'為分界面。

GP’面的高度方程式：hGP’=（x+900）*tanθ （θ 為ILS下滑道的下滑角標(biāo)準(zhǔn)3°）

h≤hGP'，屬于進(jìn)近障礙物h〉hGP’，屬于復(fù)飛障礙物。

計算復(fù)飛障礙物的當(dāng)量高

區(qū)分出進(jìn)近障礙物和復(fù)飛障礙物之后，應(yīng)將復(fù)飛障礙物的高h(yuǎn)按照換算關(guān)系計算成當(dāng)量進(jìn)近障礙物高h(yuǎn)'：

在所有穿透基本ILS面和OAS面的障礙物中，進(jìn)近障礙物高和復(fù)飛障礙物當(dāng)量高數(shù)值最大者就是計算OCH的控制障礙物。

計算OCH值

為保障飛機(jī)安全穿越所有障礙物 ，計算OCH應(yīng)在控制障礙物高的基礎(chǔ)上加上高度損失。即：OCH=h+HL

高度損失（HL）是考慮到飛機(jī)由最后進(jìn)近下降轉(zhuǎn)為復(fù)飛上升時，由飛機(jī)慣性、空氣動力性能以及高度表誤差等所引起的高度損失。其大小是依照飛機(jī)在規(guī)定的進(jìn)近航徑上，在OCH高度上使用正常手操縱復(fù)飛程序的情況計算得到的，只適合于Ι、II類進(jìn)近。對于E類飛機(jī)（Vat=307/390km/h）或特定速度（Vat）所要求的高度表余度，應(yīng)按下式計算：

使用無線電高度表 HL=0.096 Vat-32

使用氣壓式高度表 HL=0.068 Vat+28.3

（其中Vat單位為km/h，HL單位為m）

高度損失（HL）

飛機(jī)分類　使用氣壓式高度表（I類）（m/ft）使用無線電高度表（II類）（m/ft）A（Vat〈169km/h）　40/130　13/42 B（Vat為169 -222 km/h）　43/142　18/59 C（Vat為223 -260 km/h）　46/150　22/71 D（Vat為261 -306 km/h）　49/161　26/85

結(jié)語

本次對程序設(shè)計中的障礙物評估進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，但對障礙物評估過程中如何更有效、迅速的查找障礙物所對應(yīng)OAS面常數(shù)研究還不夠深入，在今后的學(xué)習(xí)中值得進(jìn)一步探討。