仪表着陆系统(ILS)电磁环境分析及测试系统集成

仪表着陆系统(ILS)电磁环境分析及测试
系统集成
作者：张蕴菁
来源：《中国新通信》 2018年第8期
随着当前航班任务的日益频繁，相关的飞机起降次数不断增加，而飞机起飞和着陆事故的
现象时有发生，且当前的仪表着陆系统与场地及电磁环境息息相关，因此，需要针对干扰信号
对仪表着陆系统的影响，开展针对性的分析讨论，以确保系统运行的稳定性。

一、仪表着陆系统的概念与作用机理
仪表着陆系统(ILS) 也称盲降系统，是应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。

它
的作用是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条由跑道指向空中的
虚拟路径，飞机通过机载接收设备，确定自身与该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑
道并且平稳下降高度，最终实现安全着陆，因此，仪表着陆系统能在低天气标准或飞行员看不
到任何目视参考的天气下，引导飞机进近着陆。

仪表着陆系统通常由一个甚高频(VHF) 航向信标台。

一个特高频(UHF) 下滑信标台和几个
甚高频(VHF) 指点标或者特高频(UHF) 测距仪(DME) 组成。

航向信标台给出与跑道中心线对准
的航向面，下滑信标给出仰角2.5° -3.5°的下滑面，这两个面的交线即是仪表着陆系统给出
的飞机进近着陆的准确路线。

二、电磁干扰分析
2.1 电磁信号的干扰影响
电磁信号的干扰对于仪表着陆系统信号不稳的影响较为直接，究其原因可能是因为机场附
近的企业部门或者个人不按照相关的规定使用无线电频段，所以对相关信号的频率产生了干扰。

当信号频率与仪表着陆系统的频率相近时，会形成波形的叠加，造成对既有机场航道导航设置
的偏移，使仪表着陆系统的信号抖动，造成ILS 信号的不稳定。

另外，导致电磁波对仪表着陆
系统的相近波段的信号干扰的影响源还包括，各类移动通信站，交通系统的电磁辐射干扰，包
括电气化铁路和有轨、无轨电车，电力系统的电磁辐射干扰，包括高压输变电线路及地下电缆
和变电站等设备的干扰，最后，各类工业及医疗科研高频设备都可能对机场导航的信号产生干扰，工业的设备如高频感应加热设备，科研设备如电子加速器和电磁灶等，医疗设备如高频、
超短波和紫外线理疗机等。

2.2 多路径干扰
机载接收机接收到的信号除了来自地面站辐射的直达信号和一定的高斯噪声之外，还可能
存在由于障碍物作为反射体而产生的反射信号，即所谓的多路径信号。

为了定性判断跑道哪一
边的反射物会影响到信号，引入矢量分析。

如图所示，ρ1 和ρ2 是反射角，由于反射物的形状不一定是均匀的，所以ρ1 和ρ2
也不一定相等。

但是由于A1 和A2 是对称天线，所以直射波的CSB 幅度是相等的，SBO 幅度
也相等。

如果偏移得太大，出现了SBO 大于CSB的点，这时DDM ≠ 0，设备会产生预警甚至关机。

从图1 可以看出，到达观察点时，反射信号路径大于直射信号，反射信号相位滞后于直射
信号，A2 天线反射信号相位又滞后于A1 天线的反射信号，A2 天线直射信号相位也滞后于A1 天线的直射信号相位。

选取A2 天线为基准天线，用矢量分析，如图2 所示。

图2 是分别对A1 和A2 天线CSB 中90Hz 分量经过等待飞机反射以后的矢量分析，因为
选A2 天线为参考天线，A1天线相对于A2 天线是超前的，所以相位差为θ。

由于存在反射物，航向信标信号从一对对称的天线单元A1、A2 辐射出去，到达观察点信号有两种: ①经空间传
播后直接到达观察点的直射信号；②经过反射物反射后到达观察点的反射信号。

分别将A1、A2 天线辐射的CSB 中90Hz 分量与90Hz 分量反射后的信号矢量合成( 以90Hz 分量为例)。

根据以上分析，周边的反射物如果进入一定区域对航向信号是有影响的。

当排除了保护区
原因后就考虑是否是障碍物引起的，不仅是建筑物、飞机、车辆等，进入航向天线正负10°范
围内的障碍物都会有可能对信号产生影响，可以根据测得的航道线偏移情况来定性判断反射物
处于哪个方位，进而去寻找障碍物。

三、电磋环境测试系统集成
3.1 天线组件
天线组件包括天线和馈线。

天线用于电磁信号的接收，馈线则作为天线与频谱仪间的连线。

因系统的测试频率不同需要的测试天线也不同，不同天线接收信号的能力也不同，故本系统针
对不同天线建立了各自的天线系数表。

对于不同频段，系统采用两种天线: 双锥天线( 测试频
率范围30MHz-300MHz) 及对数周期天线测试频率范围(300MHz-1.3GHz)。

馈线采用射频同轴电缆，其对ILS 频率段的衰减很小(0.05-0.1dB)。

3.2 系统设置模块
每次开机进行测试前，都需对仪器进行自校准，并确保系统设置与通讯的正常。

这部分主
要包括；天线参数文件选取、幅度调整、仪器地址和数据采集卡设备号的读取、仪器自校准等
函数、根据使用的不同天线，按照天线参数文件路径选择具体的天线参数，包括天线名称、天
线频率范围和天线系数表；幅度调整则是选择是否存在使用前置放大器或者衰减器，并设置具
体放大或衰减值(ldB 为单位)；仪器地址和数据采集卡设备号的读取为后续的仪器控制和数据
采集提供地址参数。

综上所述，只有加强对仪表着陆系统自身的校验和维护，从外在的环境变化角度入手，积
极总结出针对干扰信号对仪表着陆系统的影响原因，作为一名实际工作在机场的导航一线的工
作人员，只有平时注意观察信号干扰的细微差别，针对机场的具体情况和设备的变化情况，善
于发现和积极探讨相关的技术问题，才能增强对实际经验的学习能力，不断完善相关的知识技
术体系，为确保飞机的正常起飞和着陆做好后勤保障。