仪表着陆系统监控网络的原理及调整

仪表着陆系统监控网络的原理及调整

作者：简建红

来源：《科技资讯》 2014年第30期

简建红

(民航中南空管设备工程公司广东广州 510405)

摘要：该文从仪表着陆系统的重要性出发，简单介绍了仪表着陆系统的工作原理。利用空间信号矢量合成及镜像天线原理，对航向、下滑信标台的监控网络进行了分析，阐述了航向、

下滑监控网络信号合成的幅度及相位关系，揭示了航向、下滑信标监控网络的理论要求。其后，介绍了Normarc公司7000B系列设备监控网络的实现方法，以及在这种实现方式下监控网络的

调试方法及步骤。该文对仪表着陆系统监控系统的调试、维护及维修提供有价值的理论依据，

同时为后续对航向、下滑信标的进一步研究提供参考。

关键词：仪表着陆系统监控网络空间信号合成调整

中图分类号：TP272文献标识码：A文章编号：1672-3791(2014)10(c)-0060-02

仪表着陆系统(Instrument Landing System)，俗称盲降。这是在精密进近程序的最后阶段，为飞机提供航向道和下滑道信号，引导飞机沿预定的轨迹下降着陆。仪表着陆系统信号准确性

及完好性直接影响到航空安全，也关系到机场运行的天气标准及航班的正常率。在民航的设备

运行维护规程中要求导航设备运行的完好率要达到90%，而正常率要达到99.98%。由此，需要

一套完整的系统对设备发出的信号进行监控。

1 仪表着陆系统简介

ILS的地面设备包括航向信标台(LOC)、下滑信标台(GP)及测距仪(DME)。航向信标台设置

在飞机着陆方向的对端，其天线阵通常设置在跑道中线延长线上，它由一组垂直于跑道中心线

的天线组成，向前辐射出航向信号，为进场着陆的飞机提供相对于跑道中心线的水平方位引导

信息。下滑信标台则设置在跑道入口端，位于跑道的一侧，其天线阵由一组挂在下滑铁塔上的

垂直于地面的天线组成，向前辐射出下滑信号，为进场着陆的飞机提供垂直方位引导信息。

为了能给飞机提供水平方向及垂直方向的引导信号，在《国际民航公约》的附件10中对航向及下滑的信号的场型、分布及强度等进行了详细的规定。如在附件10中第三章第一节“仪表着陆系统(ILS)规范”中，“3.1.3甚高频航向信标及其监视器”对航向的射频、覆盖、航道结构、载波调制、航道对准的准确度、位移灵敏度及监控提出了要求，而在3.1.4中则对下滑相

应的内容提出了具体的要求。

如何形成符合要求的空间场型呢，航向的实现方法就在跑道延长线上在与跑道垂直的方向

上安装一排的航向天线阵，而下滑则是根据场地地形设置在跑道的一侧，在铁塔上垂直安装

2～3个下滑天线来实现。分配网络将航向机房送来的射频信号CSB和SBO(双频系统还有CLR CSB及CLR SBO)进行幅度与相位的分配，以特定的幅度和相位关系馈给每个天线单元，将信号

辐射到出去后在空间合成，形成航道及下滑道扇区。

当天线将信号发射出去后在空间合成，给飞机提供引导信号。但怎样才能保证信号的符合

附件10要求的呢。当然，每180天的飞行校验，让校验飞机在空中接收航向信号，通过分析来检查信号是否合格是最好的方法。但在平时，我们怎么检查信号是否正常呢，这就要依靠监控

系统了。通过监控网络，对发射出去的信号进行取样分析，来保证信号的正常。下面就以国内

使用最普遍的Normarc设备为例对监控网络进行讨论分析。

2 航向监控网络分析

为了监控航向发射的信号，我们可以在外场接收信号，对信号进行取样分析。比如为了检

查航道的位置，在天线前端约100 m处的跑道中心延长线上安装一个近场监控天线。对这个天

线所收到的信号进行分析，得到它的信号强度、调制度和及调制度差。由此来监控航道信号的

正确与否。

但是，其它位置的信号是否正确呢？比如宽度信号点，余隙信号点等等。当然，我们也可

以在这些位置放置接收天线来分析信号的正确与否。但在实际工作中，这种实现方法比较复杂，同时，不是所有的机场都有合适的位置来放置这些天线。进一步想，如果环境没有什么变化，

那么，空间信号就是由发射天线所发出的信号所决定。因此，重要的是发射天线发出去的信号

一定要正确，不能有偏差。通过校飞，我们知道了空间的信号符合附件10的要求，但随着时间的变化，由于环境温度的变化，元器件的老化，甚至设备故障，都会导致空间信号发生变化。

因为这些变化都是由发射信号的变化所引起的，因此我们监测发射信号的变化就可以体现空间

信号的变化了。

那么应该如何监测发射信号呢。变化是必然有的，但变化多少是在容许的范围内呢，变化

多少又必须关闭设备，以免误导飞机呢。在附件10的“3.1.3.11监控”部分对此有要求：“a)对于Ⅰ类设备性能的航向信标，在ILS基准数据点处，平均航道线从跑道中心线的位移大于

10.5 m(35英尺)，或线性等于0.015DDM(以小者为准)；......d)使用单频系统提供基本功能的航向信标，输出功率降低到额定值的50％；......f)位移灵敏度的变化超过航向信标设备频率

定值的17％”。因此，我们对发射信号进行取样，对几个关键的参数进行模拟，就可以监控外

场信号是否正确了。对此，航向监控网络对每个天线的发射信号进行取样，模拟了跑道中心的

航道信号、航道宽度点处的信号及余隙信号。

当我们模拟远场的信号时，我们认为测量点P足够远，这样各个天线到达测量点的信号是

平行的，只是因为位置的不同，到达测量点有路程差。这个路程差与角度θ(P点与天线阵中心点的连线与跑道中心线的夹角)有关，与天线阵的各天线到1号天线的距离有关，当选定天线类型时，各天线之间的距离是确定的，而当P点确定后，角度θ也是确定的。当P点在跑道中心线上时，θ=0，各天线的取样信号同相合成，这样得到航道的模拟信号。当P点在宽度点时，

将各个天线的采样信号移相合成。根据天线阵的类型及航道宽度不同，各天线采样信号的移相

多少也不同，这些信号移相的多少在出厂时已经定做好了的，在现场只做微调就可以了。同样，当P点处于余隙位置时，同将采样信号移相合成即可。图1显示了20单元航向天线的监控网络信号合成示意图：信号分配器将天线采样信号分成三路，分别合成航道、宽度及余隙信号。其

中图中只画出了航道CL这一路信号的合成图。

3 航向监控网络的调整

航向监控网络的调整就比较简单，首先，要保证取样信号的正确及一致性，这样，就要测

量从天线取样回来的信号是否能正确反映天线所发射的信号。我们通过网络分析仪测量每个监

控天线对发射信号的采样是否一致，相对于1号天线，采样信号相对发射信号的幅度与相位要

求在一定的范围内，如Normarc要求在±0.2 dB及±3 °的范围内。如果是幅度达不到要求，

则要检查天线、发射电缆及监控电缆是否有故障。如果是相位达不到要求，则要修剪监控电缆

长度，使之达到要求。