下滑入口高度低的分析及處理

郭寶軍

摘? 要：該文針對某機場下滑設(shè)備更新后入口高超限問題進行理論分析，探尋切實可行的解決方法。目前，按照15 m計算的內(nèi)撤距離設(shè)計方案，大部分出現(xiàn)了飛行校驗時入口高度超限問題。該文依照下滑臺站的物理設(shè)計數(shù)據(jù)，象下滑天線的內(nèi)撤距離、下滑反射區(qū)的縱向坡度、入口跑道面與反射區(qū)高差（橫向坡度），結(jié)合下滑入口高度的飛行校驗的取值方法，并參考法國民航大學的LAGON下滑模擬軟件進行測試，提出了改善入口高度的方案。

關(guān)鍵詞：入口高度;下滑結(jié)構(gòu);內(nèi)撤距離;模擬軟件LAGON;下滑場型

中圖分類號：V351? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

入口高度是下滑信標重要的參數(shù)之一，而入口高度超限問題較難解決。該文從以下幾個方面進行綜合分析，詳細闡述解決下滑入口高度超限的方法。

1 某機場下滑臺的基本情況以及存在的問題

某機場跑道長度2 500 m，設(shè)計下滑角3.1°，下滑天線距跑道中心線140 m，下滑反射區(qū)前坡FSL=+0.07°，下滑天線內(nèi)撤距離為283 m。每次飛行校驗下滑入口高度在15 m的臨界值，考慮到原來設(shè)備的運行情況、建設(shè)成本等因素，進行了原址更新（下滑天線位置不變）。由零基準天線的NM3500下滑設(shè)備，更新為捕獲效應(yīng)天線的NM7033B下滑設(shè)備，如圖1所示。

更新后的投產(chǎn)校驗下滑角度符合要求，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)符合要求，入口高度不符合15 m～18 m的要求，TX1、TX2的入口高度分別為14.7 m和14.6 m，與設(shè)備更新前情況基本一致。該次投產(chǎn)校驗數(shù)據(jù)見表1。

2.2 下滑設(shè)備調(diào)整

下滑信號是由上、中、下3個天線分別輻射的CSB、SBO、CLR信號疊加而成的 ，根據(jù)外場公式

外場某點獲得的下滑信號與CSB、SB0信號的幅度以及CSB、SB0信號之間的相位密切相關(guān)。因此，必須保證CSB、SB0信號以及它們之間的相位差獲得正確的關(guān)系。在下滑設(shè)備中，發(fā)射機的CSB和SB0信號幅度可以進行調(diào)整，它們之間的相位也可以進行調(diào)整，必須保證下滑發(fā)射機輸出的CSB、SB0的幅度及相位差保持正確的關(guān)系。下滑天線分配單元把發(fā)射機輸出的CSB、SB0按照適當?shù)姆群拖辔魂P(guān)系分配到上中下天線，必須保證上、中、下天線獲得正確的幅度和相位。上、中、下3個射頻電纜的損耗和電氣長度會影響CSB、SB0信號天線輸入端的幅度和相位，必須保證在天線輸入端獲得正確的幅度和相位。天線振子的傳輸特性等也會影響下滑信號的空間合成，進而影響下滑道結(jié)構(gòu)，下滑道結(jié)構(gòu)的變化會影響入口高度數(shù)據(jù)。該下滑臺的校飛數(shù)據(jù)顯示下滑道結(jié)構(gòu)良好，說明空中各信號幅度及相位關(guān)系正確。

2.3 下滑天線振子的安裝

下滑上、中、下天線的掛高應(yīng)保持3︰2︰1的比例關(guān)系，3個下滑天線應(yīng)保持在同一個平面內(nèi)（如圖3所示），否則影響下滑空間合成信號。上天線和下天線的偏置值（如圖4所示）主要影響下滑道三區(qū)結(jié)構(gòu)，可以影響入口高度。

在飛行校驗過程中，嘗試了用調(diào)整上、下天線偏置的方法來改善入口高度，通過反復地調(diào)整天線偏置，下滑道結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定變化，但是入口高度變化不明顯。最后，入口高度仍然沒有達到15 m的要求，說明這種情況下，僅調(diào)整天線偏置不能達到要求的入口高度。

3 入口高度超標的解決方法

3.1 理論分析

飛行校驗檢測設(shè)備計算下滑入口高度算法是通過對下滑偏移信號的記錄以及對偏移誤差曲線的計算，擬合出距跑道入口1 830 m～300 m的最佳擬合直線，并計算出該最佳擬合直線向下延伸穿過跑道入口處時，相對于跑道入口的高度。因此，Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)對入口高度的影響較大，通過改變Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)就能夠改變?nèi)肟诟叨?。下滑天線安裝在跑道一側(cè)，并且上、中、下天線高度不同，上、中、下天線與跑道中心線之間存在行程差（即相位差），為了獲得滿意的下滑信號結(jié)構(gòu)，上天線必須偏向跑道，下天線必須偏離跑道，以此來彌補上、中、下天線安裝不同產(chǎn)生的相位偏差，如圖4所示。因此，通過調(diào)整偏置會使下滑信號三區(qū)結(jié)構(gòu)變化，從而影響入口高度，在該次投產(chǎn)校驗中，這種方法效果不明顯。

由于天線安裝位置以及天線偏置的原因，每個天線輻射波束的最大點不是正對跑道中心線，而是平行于跑道中心線。對于遠場，這種幅度和相位差異的疊加影響是可以忽略的。隨著飛機越來越接近跑道入口，因此就必須考慮幅度和相位了，不正確的疊加會影響下滑結(jié)構(gòu)，尤其在近場，下滑道本來就有一個上翹，但如果因為內(nèi)撤距離的原因推后上翹位置，會影響入口高度的計算值，所以需要想辦法抬高近場下滑道。如果適度增加上天線SB0的信號輻射強度，會使下滑150 Hz成分增大，由于近場對幅度和相位的變化更加敏感，下滑道抬升明顯，遠場下滑道變化不明顯，從而可以提高入口高度的平均計算結(jié)果。既然上天線SB0幅度會影響入口高度，那么也可以用其他調(diào)整SB0幅度的方式來改變?nèi)肟诟叨?。因為下滑天線安裝在跑道一側(cè)，輻射波束的最大值不在跑道中心線方向，而是與跑道中心線平行，如圖5所示。所以，如果通過旋轉(zhuǎn)上天線，將上天線輻射的最大點靠近跑道方向，就能夠增加跑道中心線及下滑道延長線上的SB0信號強度，從而改善入口高度。基于以上理論分析，通過旋轉(zhuǎn)上天線波束軸向是可以改變?nèi)肟诟叨鹊模瑫r也會改變整體下滑結(jié)構(gòu)。

3.2 仿真軟件模擬分析

利用法國民航大學的LAGON下滑模擬軟件，分別對下滑天線正常設(shè)置和下滑天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°的情況進行分析。

3.2.1 正常的下滑天線設(shè)置

下滑天線正常設(shè)置時，下滑信號的下滑角度和入口高度如圖6所示。跑道長度2 500 m，下滑天線距離跑道中心線140 m，下滑天線后撤距離283 m，下滑天線前方反射面角度+0.07°，理論下滑角3.1°。圖6是利用LAGON模擬軟件仿真的下滑信號，圖中模擬下滑結(jié)構(gòu)平滑，獲得的下滑角為3.098°，入口高度為15.79 m。

3.2.2下滑天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°

將下滑的上天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°，其他條件與3.2.1中的設(shè)置相同。圖7是利用LAGON模擬軟件仿真的下滑信號，圖中模擬下滑結(jié)構(gòu)平滑，獲得的下滑角為3.090°，入口高度為16.98 m。

下滑天線正常設(shè)置與下滑的上天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°的對比。如圖8所示。“天線調(diào)整前”為下滑天線正常設(shè)置的模擬結(jié)果，“天線調(diào)整后”為下滑的上天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°的模擬結(jié)果。下滑的上天線向跑道方向旋轉(zhuǎn)5°的模擬曲線比下滑天線正常設(shè)置的模擬曲線有上翹，在1 830 m～300 m部分比較明顯。因此，校驗飛機計算獲得的入口高度也會提高。天線旋轉(zhuǎn)前后，入口高度從15.79 m變?yōu)?6.98 m，升高了1.19 m，下滑角度從3.098°變?yōu)?.090°，下降了0.008°，下滑角變化不大。軟件模擬結(jié)果與表1中實際的飛行校驗相比，存在一定差異，可以通過相對值來分析下滑天線正常設(shè)置和下滑的上天線旋轉(zhuǎn)的結(jié)果。

3.3 實際飛行校驗情況

在實際飛行校驗時，參考了軟件模擬的結(jié)果，把上天線向跑道的方向轉(zhuǎn)動了3°，下滑結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，分別為Ⅰ區(qū)3、Ⅱ區(qū)13、Ⅲ區(qū)12，下滑道曲線在近場上翹幅度明顯，校驗數(shù)據(jù)入口高度為15.26 m，比下滑天線正常設(shè)置時升高了0.57 m，且符合要求。在后期的多次飛行校驗中，再無入口高度超限問題發(fā)生，說明旋轉(zhuǎn)上天線效果明顯，證明了理論分析、軟件模擬和實際飛行校驗結(jié)果是一致的。

4 避免出現(xiàn)下滑入口高度低的方法

4.1 在下滑臺的新建及更新改造時，要充分考慮場地因素

由于下滑入口高度受場地影響大，下滑入口高度是下滑天線位置設(shè)計時需要重點考慮的重要數(shù)據(jù)，在設(shè)計階段要充分考慮各個因素對入口高度的影響，尤其是要考慮下滑反射面的縱向坡度對入口高度的影響。另外，跑道入口處，跑道中心線與跑道入口交叉點的高度，與下滑天線正前方延長線與跑道入口處交叉點的高度差，即圖2中P點與P?點的高度。在新建機場場地施工時應(yīng)符合設(shè)計要求。建議設(shè)計入口高度時以15 m～18 m的中間值16.5 m為參考。對于更新改造的下滑系統(tǒng)，需要對跑道入口處跑道面和下滑基礎(chǔ)面高差、下滑反射面的縱向坡度等進行實地測繪，并根據(jù)測繪結(jié)果重新計算下滑入口高度，如果偏差較大，建議重新調(diào)整設(shè)計數(shù)據(jù)，必要時重新計算和確定下滑天線位置。

4.2 下滑設(shè)備的安裝調(diào)整要精確

安裝調(diào)試時要將CSB和SB0相位、天線電纜相位、天線掛高和偏置等調(diào)整至最佳狀態(tài)，避免在出現(xiàn)入口高度超限問題時再做重復工作，提高飛行校驗中各項指標的精準度。該次入口高度低的問題能夠順利解決的重要前提就是上述各項參數(shù)調(diào)整準確，下滑道結(jié)構(gòu)良好，才能夠通過旋轉(zhuǎn)天線，降低下滑結(jié)構(gòu)指標來改善入口高度的。

4.3 改善入口高度的方法不是唯一的，要具體問題具體分析

雖然上面提到的旋轉(zhuǎn)下滑的上天線改善入口高度有較為明顯的效果，但是并不推薦使用這種方法改善所有入口高度問題，最根本的問題還是要從下滑臺的設(shè)計、安裝、調(diào)整等各個方面入手，嚴格把控質(zhì)量，只有這樣才能有效保證下滑信號的各項指標的順利通過。

5 結(jié)論

當校飛過程中發(fā)現(xiàn)下滑入口高度不符合要求時，在排除設(shè)備調(diào)整、天線安裝等原因后，如果仍然不能達到要求，可以通過調(diào)整下滑上天線水平角度的方法，改善入口高度。通過下滑模擬軟件模擬得出的結(jié)果：上天線向跑道方向水平旋轉(zhuǎn)，入口高度會抬高。上天線背離跑道方向旋轉(zhuǎn)，入口高度會降低。此種方法解決了因為設(shè)計原因造成的入口高度超限問題。

參考文獻

[1]中國民用航空總局.儀表著陸系統(tǒng)技術(shù)（ILS）要求MH/T4006.1—1998[S].北京：中國民用航空總局，1998.

[2]中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.民用航空陸基導航設(shè)備飛行校驗規(guī)范AC-86-TM-2016-01[S].北京：中國民用航空局，2016.

[3]中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室.儀表著陸系統(tǒng)安裝調(diào)試及驗收技術(shù)規(guī)范AC-85-TM-2015-01[S].北京：中國民用航空局，2015.