李勇軍，朱林寰，趙鵬飛

(國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠,安徽 蕪湖 241007)

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(chēng),用于加強(qiáng)飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)著陸引導(dǎo)功能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在復(fù)雜氣象條件下的安全著陸[1]。本文根據(jù)機(jī)場(chǎng)微波著陸設(shè)施與機(jī)載設(shè)備的配合工作情況，研究微波著陸系統(tǒng)測(cè)量原理和應(yīng)用情況。

1 系統(tǒng)組成

微波著陸系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和地面臺(tái)站組成，具體由方位臺(tái)、仰角臺(tái)、精密測(cè)距器和機(jī)載設(shè)備組成，典型機(jī)場(chǎng)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(zhǎng)線上。用于提供進(jìn)近飛機(jī)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(hào)（OCI）；左/右余隙天線用于發(fā)射余隙脈沖信號(hào)；單槽縫波導(dǎo)天線用于發(fā)射DPSK調(diào)制信號(hào)。

1.2 仰角制導(dǎo)

圖1 機(jī)場(chǎng)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(jī)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(shí)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(duì)稱(chēng)安裝，用于提供進(jìn)近飛機(jī)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(jī)在拉平階段離地面的高度信息。拉平臺(tái)工作頻率處于Ku波段，(15400～15700)MHz。

1.5 精密測(cè)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(duì)進(jìn)近飛機(jī)測(cè)距詢問(wèn)信號(hào)的應(yīng)答。

1.6 機(jī)載設(shè)備

機(jī)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(cè)量飛機(jī)的到臺(tái)距離，引導(dǎo)飛機(jī)按正確的下滑路徑進(jìn)近著陸。機(jī)載微波著陸設(shè)備在各型飛機(jī)上的組成大同小異，主要是在具體型號(hào)上的差異，在飛機(jī)上的主要配置為：接收機(jī)、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(jī)信號(hào)交聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

圖2 微波著陸系統(tǒng)與載機(jī)信號(hào)交聯(lián)關(guān)系圖

2 工作原理

飛機(jī)在進(jìn)近著陸時(shí)，由機(jī)場(chǎng)地面臺(tái)站中方位臺(tái)和仰角臺(tái)的天線分別發(fā)出左右和上下掃描的扇形波束，機(jī)載設(shè)備接收設(shè)備收到相應(yīng)波束信號(hào)后，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)波束信號(hào)經(jīng)過(guò)飛機(jī)的時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔與飛機(jī)偏離飛機(jī)跑道中心線和離地的仰角成正比，由此得到飛機(jī)相對(duì)于跑道的方位角、俯仰角等信息，以引導(dǎo)飛機(jī)安全著陸。下面以方位測(cè)量為例（圖3所示），闡述方位測(cè)量的方法：

方位天線在水平面內(nèi)輻射一個(gè)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(gè)極端位置（例如跑道一側(cè)40°開(kāi)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(shí)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(shí)序安排，反復(fù)進(jìn)行上述掃描過(guò)程。

飛機(jī)在進(jìn)入以微波著陸方位天線為頂點(diǎn)、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(hào)覆蓋范圍后，機(jī)載設(shè)備就可正常接收地面引導(dǎo)臺(tái)的掃描信號(hào)，無(wú)線電信號(hào)的傳播速度C為常數(shù)3×108米/秒，往返掃描波束掃過(guò)飛機(jī)的最長(zhǎng)時(shí)間間隔為13000微秒，在該時(shí)段內(nèi)飛機(jī)的位置變化微小，可以忽略其方位角度變化。

國(guó)際民航公約對(duì)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(shí)間為 方位600μs，仰角 400μs

波束掃過(guò)跑道中心線的時(shí)間間隔T0

對(duì)正常速率掃描

T0=62×2/0.02+600=6800μs

對(duì)高速率掃描

T0=42×2/0.02+600=4800μs

設(shè)飛機(jī)位置收到往返掃描波束的時(shí)間間隔為t，則飛機(jī)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(jī)在跑道右側(cè)時(shí)，t＞T0，θ為負(fù)角度

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

機(jī)載設(shè)備只要測(cè)得收到的地面引導(dǎo)臺(tái)發(fā)射的往返掃描波束信號(hào)的時(shí)間差，就能獲取飛機(jī)所在位置以跑道中心線為基準(zhǔn)的方位偏差角度。

同理，對(duì)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(jì)算公式同式（1）

機(jī)載設(shè)備接收到地面臺(tái)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(jì)算處理，然后輸出對(duì)應(yīng)的航向和仰角信號(hào)，便可實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)行安全著陸。

3 著陸引導(dǎo)

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

某機(jī)場(chǎng)配置示意圖如圖4，對(duì)于該機(jī)場(chǎng)跑道，如果可雙向著陸，當(dāng)以與圖中所示進(jìn)場(chǎng)方向反向，從跑道終端向跑道入口方向著陸時(shí)，由于地面臺(tái)配置的關(guān)系，機(jī)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(duì)于儀表著陸和傳統(tǒng)的依靠無(wú)線電羅盤(pán)和指點(diǎn)信標(biāo)機(jī)進(jìn)行著陸的方式，微波著陸引導(dǎo)信號(hào)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(diǎn)，后續(xù)將逐漸成為我國(guó)現(xiàn)役飛機(jī)的主流著陸引導(dǎo)設(shè)備。