微波著陸系統(tǒng)（MLS）機場應(yīng)用研究

李勇軍，朱林寰，趙鵬飛

(國營蕪湖機械廠,安徽 蕪湖 241007)

微波著陸系統(tǒng)(MLS)是時基掃描波束微波著陸系統(tǒng)的簡稱,用于加強飛機的進(jìn)場著陸引導(dǎo)功能，實現(xiàn)飛機在復(fù)雜氣象條件下的安全著陸[1]。本文根據(jù)機場微波著陸設(shè)施與機載設(shè)備的配合工作情況，研究微波著陸系統(tǒng)測量原理和應(yīng)用情況。

1 系統(tǒng)組成

微波著陸系統(tǒng)由機載設(shè)備和地面臺站組成，具體由方位臺、仰角臺、精密測距器和機載設(shè)備組成，典型機場微波著陸系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

1.1 方位制導(dǎo)

方位制導(dǎo)由方位電子柜和方位天線柜組成，方位天線一般安裝在跑道終端跑道中心線的延長線上。用于提供進(jìn)近飛機在水平面的引導(dǎo)。方位天線柜含多種不同發(fā)射天線，方位掃描天線用于發(fā)射方位掃描波束；OCI天線用于發(fā)射方位覆蓋區(qū)外指示信號（OCI）；左/右余隙天線用于發(fā)射余隙脈沖信號；單槽縫波導(dǎo)天線用于發(fā)射DPSK調(diào)制信號。

1.2 仰角制導(dǎo)

圖1 機場微波著陸系統(tǒng)組成示意圖

仰角制導(dǎo)由仰角電子柜和仰角天線柜組成，一般安裝在跑道入口處的跑道一側(cè)，用于提供進(jìn)近飛機在水平面的引導(dǎo)。仰角制導(dǎo)除了發(fā)射仰角掃描波束外，其前向天線只發(fā)射前導(dǎo)識別碼。

1.3 反方位制導(dǎo)

反方位制導(dǎo)由反方位電子柜和反方位天線柜組成，在跑道入口前端和方位制導(dǎo)對稱安裝，用于提供進(jìn)近飛機未完成著陸的復(fù)飛引導(dǎo)。

1.4 拉平制導(dǎo)

拉平制導(dǎo)由拉平電子柜和拉平天線柜組成，安裝在跑道入口處的跑道一側(cè)，用于提供進(jìn)近飛機在拉平階段離地面的高度信息。拉平臺工作頻率處于Ku波段，(15400～15700)MHz。

1.5 精密測距天線

一般和方位制導(dǎo)同位安裝，也可在150米內(nèi)偏置安裝，用于對進(jìn)近飛機測距詢問信號的應(yīng)答。

1.6 機載設(shè)備

機載微波著陸設(shè)備用于接收地面發(fā)射的引導(dǎo)信息，精確測量飛機的到臺距離，引導(dǎo)飛機按正確的下滑路徑進(jìn)近著陸。機載微波著陸設(shè)備在各型飛機上的組成大同小異，主要是在具體型號上的差異，在飛機上的主要配置為：接收機、控制盒、航向下滑天線、耦合器、轉(zhuǎn)換盒等。微波著陸系統(tǒng)與載機信號交聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

圖2 微波著陸系統(tǒng)與載機信號交聯(lián)關(guān)系圖

2 工作原理

飛機在進(jìn)近著陸時，由機場地面臺站中方位臺和仰角臺的天線分別發(fā)出左右和上下掃描的扇形波束，機載設(shè)備接收設(shè)備收到相應(yīng)波束信號后，通過測量兩個波束信號經(jīng)過飛機的時間間隔，這個時間間隔與飛機偏離飛機跑道中心線和離地的仰角成正比，由此得到飛機相對于跑道的方位角、俯仰角等信息，以引導(dǎo)飛機安全著陸。下面以方位測量為例（圖3所示），闡述方位測量的方法：

方位天線在水平面內(nèi)輻射一個很窄（0.5°～5°可調(diào)），而在垂直面很寬（約為30°）的扇形波束，該波束在水平內(nèi)從一個極端位置（例如跑道一側(cè)40°開始）以恒定的速度掃描到另一極端位置（例如跑道另一側(cè)40°）。在這一極端位置停留一段固定時間后，沿相反的方向，以同樣的速度返掃到起始位置。按一定的時序安排，反復(fù)進(jìn)行上述掃描過程。

飛機在進(jìn)入以微波著陸方位天線為頂點、距離20海里以內(nèi)，以跑道中心線為基準(zhǔn)±θi角度范圍的地面信號覆蓋范圍后，機載設(shè)備就可正常接收地面引導(dǎo)臺的掃描信號，無線電信號的傳播速度C為常數(shù)3×108米/秒，往返掃描波束掃過飛機的最長時間間隔為13000微秒，在該時段內(nèi)飛機的位置變化微小，可以忽略其方位角度變化。

國際民航公約對微波著陸系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)規(guī)定如下：

波束掃描速度為 V=20000度/秒

方位掃描范圍為 -62°～+62°；-42°～+42°(高速率方位)

仰角掃描范圍為 -1.5°～+29.5°

由往掃轉(zhuǎn)為返掃的停留時間為 方位600μs，仰角 400μs

波束掃過跑道中心線的時間間隔T0

對正常速率掃描

T0=62×2/0.02+600=6800μs

對高速率掃描

T0=42×2/0.02+600=4800μs

設(shè)飛機位置收到往返掃描波束的時間間隔為t，則飛機偏離跑道中心線的方位偏差角

由式（1）可以看出

面向天線，當(dāng)飛機在跑道右側(cè)時，t＞T0，θ為負(fù)角度

當(dāng)飛機在跑道左側(cè)時，t＜T0，θ為正角度當(dāng)飛機在跑道中心線上時，t=0，θ=0°

機載設(shè)備只要測得收到的地面引導(dǎo)臺發(fā)射的往返掃描波束信號的時間差，就能獲取飛機所在位置以跑道中心線為基準(zhǔn)的方位偏差角度。

同理，對仰角掃描而言，只是-θi=-1.5°，+θi=29.5°

T0=29.5×2/0.02+400=3350μs

仰角偏差角度計算公式同式（1）

機載設(shè)備接收到地面臺發(fā)射的數(shù)據(jù)字及掃描波束后，根據(jù)上述公式進(jìn)行相應(yīng)的計算處理，然后輸出對應(yīng)的航向和仰角信號，便可實現(xiàn)引導(dǎo)飛機進(jìn)行安全著陸。

3 著陸引導(dǎo)

飛機在微波著陸模式下工作時，控制盒需選擇進(jìn)場方位角AZ，其范圍為0°～359°，進(jìn)場方位角的選擇要根據(jù)預(yù)著陸機場跑道及地面臺站的配置確定，選擇的方位角就是進(jìn)場方向的磁航向。我國現(xiàn)階段機場微波著陸地面臺的配置，均為一個方位臺，一個仰角臺的基本配置，微波著陸地面臺的引導(dǎo)均為單向引導(dǎo)，著陸方向只有一個，不支持反向著陸引導(dǎo)。

某機場配置示意圖如圖4，對于該機場跑道，如果可雙向著陸，當(dāng)以與圖中所示進(jìn)場方向反向，從跑道終端向跑道入口方向著陸時，由于地面臺配置的關(guān)系，機載設(shè)備在這種情況下不提供著陸引導(dǎo)。

4 結(jié)論

微波著陸系統(tǒng)作為新一代精密引導(dǎo)著陸系統(tǒng)，相對于儀表著陸和傳統(tǒng)的依靠無線電羅盤和指點信標(biāo)機進(jìn)行著陸的方式，微波著陸引導(dǎo)信號具有覆蓋空間大、引導(dǎo)精度高，提供的進(jìn)近方式更為靈活的特點，后續(xù)將逐漸成為我國現(xiàn)役飛機的主流著陸引導(dǎo)設(shè)備。