某型飛機(jī)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的改裝設(shè)計(jì)?

徐景碩 程春華 嵇紹康 高峰娟

（海軍航空大學(xué)青島校區(qū) 青島 266041）

1 引言

飛機(jī)在進(jìn)近著陸階段已進(jìn)入交通繁忙，凈空條件受限的終端區(qū)，要求飛行員必須在有限的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的操作，操縱飛機(jī)準(zhǔn)確著落在特定跑道的著地區(qū)段。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全著陸，20世紀(jì)40年代末期，國(guó)際民航織就將儀表著陸系統(tǒng)ILS（Instru?ment Landing System）［1～7］作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，用于飛機(jī)進(jìn)近著陸引導(dǎo)。伴隨全球航空業(yè)的高速發(fā)展，ILS 固有的局限性［8～11］，使得在微波波段研制著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的方案陸續(xù)提出。鑒于微波著陸引導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)，20世紀(jì)80年代，國(guó)際民航組織計(jì)劃用微波著陸系統(tǒng) MLS（Microwave Landing System）［12～13］逐步取代ILS。雖然國(guó)際民航組織早已作出規(guī)劃，但由于ILS應(yīng)用十分普遍，造價(jià)低及其設(shè)備的不斷改進(jìn)，其使用壽命還要延續(xù)若干年。為了滿足軍/民用飛機(jī)在不同機(jī)場(chǎng)安全著陸的需求，國(guó)內(nèi)研發(fā)了ILS/MLS/VOR多模式精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。本文就國(guó)產(chǎn)多模式著陸引導(dǎo)系統(tǒng)在某型機(jī)上加裝作以介紹。

2 設(shè)備介紹

精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)信息主要包括三方面的引導(dǎo)信息：航向引導(dǎo)信息、下滑引導(dǎo)信息和距離信息。微波著陸系統(tǒng)（MLS）是時(shí)基掃描波束微波著陸系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，與儀表著陸系統(tǒng)（ILS）均屬于非目視進(jìn)近著陸引導(dǎo)設(shè)備，其基本原理都是由機(jī)載設(shè)備接收到地面發(fā)射的引導(dǎo)信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)處理解算出飛機(jī)相對(duì)于著陸跑道的位置關(guān)系。儀表著陸系統(tǒng)的局限性在于：進(jìn)近限制在一單一的窄航道上；信道數(shù)目有限（共有40個(gè)配對(duì)頻道）、引導(dǎo)信號(hào)的質(zhì)量取決于地形性質(zhì)，比如受下雪的重影響。相對(duì)于儀表著陸系統(tǒng)，微波著陸引導(dǎo)信號(hào)具有覆蓋空間大、精度高，提供的進(jìn)近方式更為靈活的特點(diǎn)。

某型飛機(jī)原裝備了美國(guó)柯林斯公司VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)、DME42測(cè)距設(shè)備。VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)除用于著陸引導(dǎo)外，還有甚高頻全向測(cè)位（VOR）即伏爾功能，它可以接收、處理地面VOR臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，通過(guò)儀表指示出飛機(jī)相對(duì)于地面臺(tái)的方位；與DME42測(cè)距設(shè)備配合可以構(gòu)成極坐標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)并于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合，是該型機(jī)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)中一種重要的組合導(dǎo)航模式。隨著MLS的發(fā)展，尤其近幾年一些機(jī)場(chǎng)只裝備了MLS地面臺(tái)，為了保證飛機(jī)在不同機(jī)場(chǎng)的安全進(jìn)近著陸，決定在該型機(jī)上換裝國(guó)產(chǎn)ILS/MLS/VOR多模式精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。

國(guó)產(chǎn)ILS/MLS/VOR多模式精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)場(chǎng)地面臺(tái)的設(shè)置不同，飛行員自主選擇ILS或MLS不同的著陸引導(dǎo)模式。該系統(tǒng)同樣具有甚高頻全向測(cè)位（VOR）功能，但它輸出的VOR方位角的信號(hào)格式與VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)輸出的VOR方位角信號(hào)格式不同。國(guó)產(chǎn)多模式精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)輸出的VOR方位角，并不與DME配合構(gòu)成極坐標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)。它相當(dāng)于無(wú)線電羅盤的補(bǔ)充或備份，使用上也與無(wú)線羅盤一起，通過(guò)機(jī)上的“羅盤/伏爾”選擇開(kāi)關(guān)由飛行員選擇使用，利用同一個(gè)儀表指針指示出飛機(jī)的相對(duì)方位角。VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)輸出的VOR方位角送到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，與DME送來(lái)的距離信號(hào)一起構(gòu)成極坐標(biāo)導(dǎo)航，并與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一起構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

3 改裝設(shè)計(jì)

由于兩套系統(tǒng)VOR方位輸出信號(hào)格式不一樣，使用理念也不相同。尤其是VIR32的VOR與DME配合與慣導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，多了一種導(dǎo)航選擇模式，飛行員使用比較方便，這一功能必須保留。這就使得國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)不能完全取代VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)論證，可以保留VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的VOR功能，使其繼續(xù)與慣導(dǎo)系統(tǒng)交聯(lián)，構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其余進(jìn)近著陸引導(dǎo)功能，即距離、航向、下滑信息用國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)取代。國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)天線包括：下滑/伏爾/航向（GS/VOR/LOC）三合一天線、信標(biāo)（MARKER）天線和微波著陸天線。原系統(tǒng)天線拆除后，其VOR信號(hào)所需的天線只能共用國(guó)產(chǎn)的下滑/伏爾/航向三合一天線。為此，設(shè)計(jì)加裝了一個(gè)功率分配器如圖1所示，它把VOR/LOC信號(hào)分成兩路，一路送到多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)接收機(jī)，另一路送到VIR32儀表著陸系統(tǒng)接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)了兩套接收機(jī)共用一個(gè)信號(hào)源，如圖1所示。改裝完完成后，經(jīng)地面試驗(yàn)和試飛驗(yàn)證證明兩套系統(tǒng)工作正常，達(dá)到了改裝設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求。

圖1 功率分配器連接圖

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思考

在大型飛機(jī)上（如運(yùn)輸機(jī)），下滑/伏爾/航向天線都是安裝在垂直尾翼上，接收機(jī)一般都安裝在前設(shè)備艙，從垂尾到接收機(jī)射頻電纜長(zhǎng)度近40多米。為了飛機(jī)維護(hù)方便（拆卸垂尾）在垂尾與機(jī)身連接處要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接插頭，穿過(guò)密封艙也要經(jīng)過(guò)密封轉(zhuǎn)接插頭。原VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，在機(jī)上的改裝是：三合一天線信號(hào)經(jīng)過(guò)相位耦合器后耦合后，通過(guò)一根射頻電纜送到接收機(jī)附近的天線分離濾波器（雙工器）如圖2所示。雙工器按照頻率把信號(hào)分成兩路再送到接收機(jī)。國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，天線信號(hào)經(jīng)相位耦合器后輸出兩路信號(hào)（如圖1所示）直接送到接收機(jī)，相對(duì)VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)加裝，增加了一根近40m的射頻線，這增加了布線的難度和改裝成本。通過(guò)設(shè)計(jì)雙工器、功率分配器等，可以實(shí)現(xiàn)天線的共用和信號(hào)的分離，簡(jiǎn)化機(jī)上改裝難度。

圖2 VIR32儀表著陸系統(tǒng)連接圖

5 結(jié)語(yǔ)

20世紀(jì)飛機(jī)上裝備的精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，以美國(guó)柯林斯公司的VIR32儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)居多，隨著時(shí)間的推移，這些設(shè)備除了表現(xiàn)出故障率高、維護(hù)困難等問(wèn)題外還沒(méi)有MLS功能。隨著國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的成熟，利用國(guó)產(chǎn)設(shè)備取代進(jìn)口設(shè)備已成為必然。為適應(yīng)不同機(jī)型的需求，多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)推出了模擬量輸出、ARINC429總線輸出、STD-MIL-1553B總線輸出的產(chǎn)品供用戶選擇。因此，在軍/民用飛機(jī)上加/換裝國(guó)產(chǎn)多模式進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)，可以滿足飛機(jī)在不同機(jī)場(chǎng)安全著陸需求，提高飛機(jī)在復(fù)雜氣象條件下的安全著陸能力。