仪表着陆系统

仪表着陆系统（ILS）简介

ILS的原理

ILS的作用和历史

仪表着陆系统ILS（Instrument Landing System）是“非目视”进近和着陆的标准助航系统。它为飞机提供对准跑道的航向信号和指导飞机下降的下滑道信号，再加上适当的距离指示信号，使飞机能在低的能见度和恶劣天气条件下借助这些仪表提供的信号指示就可以安全着陆。随着新技术和新器件在ILS上的应用，ILS所提供的精确导航信号使得全天候的着陆成为可能。

为了着陆飞机的安全，在目视着陆飞行条例（VFR）中规定，目视着陆的水平能见度必须大于4.8Km，云底高不小于300M。在很大一部分机场的气象条件都不能满足这一要求，这时着陆的飞机必须依靠ILS提供的引导进行着陆。

ILS是采用“等信号”原理来实现的，即通过比较两个信号的幅度差来给出左右和上下指示，当飞行器处于指定航线时，两个信号幅度相等，差值为零。

最早的ILS雏形出现在上个世纪三十年代，那时有一种叫“AN系统”的设备来帮助飞机着陆。如图一所示。它将“A”和“N”两个字母的MORSE码分开发射，当飞机偏离跑道中心线时，飞行员只能听到其中一个字母的MORSE 码，“A”或“N”，只有飞机对准跑道时，才能同时听到两个字母。而飞机下滑的角度是这样形成的：飞机沿着一个固定信号强度（比如100uA）降落。

后来这两个

MORSE 码被两个音频所代替（90Hz 和150Hz ），并且载波提

高，航向为VHF ，下滑为UHF 。如图

二所示。

但上述两种系统的缺点是显而易见的，就是误差大，波瓣宽度十分大，容易受干扰。现代的ILS 通过采用多个对数周期天线，并添加其它技术元素，如采用双频系统、分离辐射和空间调制、信号频谱精确控制和变换等措施来提高ILS 的精度和可靠性。 图一：AN 系统

图二：双音频系统

ILS的有关述语

决断高度（DH）：ILS引导飞机到达飞行员能看见跑道的最低允许高度，在这个高度上，驾驶员必须做出继续着陆还是复飞的决定。对I类ILS来说，决断高度在中指点上空，II类ILS在指点上空。

能见度（VIS）：白天能看到或辨别出明显不发光物体或晚上看到明显发光物体的最大距离。与跑道视程（RVR）的定义有所不同，但有一定联系。

着陆标准：国际民航组织（ICAO）是根据不同的气象条件，使用决断高度和跑道视距来规定了三类着陆标准。

ILS系统能够满足I、II类着陆标准，但是III类着陆要求有更复杂的辅助设备相配合，例如配合飞行指引仪或自动驾驶仪来完成II类着陆标准的自动控制。III类着陆标准不仅在进近和着陆要使用自动化控制设备，而且滑跑（rollout）和滑行（taxing）也必须在其它电子设备控制下完成。

ILS的分类：根据ICAO三类着陆标准，ILS设施也分相应地为三类。

I类设施性能的仪表着陆系统：从仪表着陆系统覆盖区边缘到航向信标的航道与下滑信标的下滑道在高度不大于60米的从跑道入口水平面量起处相交的一点，能够提供引调信息的仪表着陆系统。

图三：DDM示意图

II类设施性能的仪表陆系统：从仪表着陆系统覆盖区边缘到航向信标的航道与下滑信标的下滑道在高度不大于15米的从跑道入口水平面量起处相交的一点，能够提供引调信息的仪表着陆系统。

III类设施性能的仪表着陆系统：借助必要的辅助设备，从仪表着陆系统覆盖区边缘到跑道表面能提供引调信息的仪表着陆系统。

DDM：调制度差，用较大信号的调制度百分比减去较小信号的调制度百分比，再除以100。在ILS中，即是90Hz的总调制度和150Hz的总调制度的差值的。当对准跑道时，DDM=0；偏离跑道时DDM大于或小于0。在在下滑道左边和上面是90Hz占优，右边和下面是150Hz占优。如图三所示。DDM值的正负表示的是90Hz或150Hz占优。

SDM：调制度和。接收机收到的合成信号中90Hz和150Hz的调制度之和。

航道信号：给飞机进近和着陆时对准跑道中心线的信号。

下滑道信号：提供给飞机沿着一定角度下降的信号。

ILS组成和原理

一个完整的ILS系统包括地面设施和机载设备。

ILS地面台的组成包括：航向(LOCALIZER)、下滑(GLIDE SLOPE)、指点标(MARKER)或DME。

飞机着陆过程：

飞机从五边切入盲降时，首先搜索到航向信号并对准跑道飞行，同时根据航向信号选择下滑信号的频率，搜索到下滑信号的时候，高度降到2500英尺，根据下滑提供的信号进行下降角度的调整，之后在航向信号和下滑信号的共同作用下，以3度左右的下滑角对准跑道中心线飞行。经过外指点标时，飞行高度降为1200英尺，经过中指点标时，高度为300英尺。

参考图四、五、六。

航向台：由航向天线阵和航向设备组成。航向天线产生的辐射场在通过跑道中心延长线的垂直面形成的航向面（也叫航向道）。航向信标就是用来给提供飞机偏离航道的横向引导信号。机载航向接收机收到航向信号后经处理，输出飞机相对于航向道的偏离信号，加到驾驶仪表板上的水平姿态批示器（HSI）的航向指针。若飞机在航道对准跑道中心线，则指针偏离指示为零；若飞机在航向道的左边或右边，航向指针就向右或向左，给驾驶员提供“飞右”或“飞左”的指令。

下滑台：由下滑天线阵和下滑设备组成。下滑信标天线辐射的场型形成下滑面，下滑面与包含跑道中心线的水平面的夹角为2°～4°之间。下滑信标就是

用来给飞机提供偏离下滑面的垂直引导信号。机载下滑接收机收到下滑信号后经处理，输出相对于下滑面的偏离信号，加到HIS上的下滑指示器。若飞机在下滑面上，下滑指针在中心零位，若飞机在下滑面的上方或下方，指针就会向下或向上给驾驶员提供“飞下”或“飞上”的指令。

航向面与下滑面的交线定义为下滑道。飞机沿着这条交线着陆，就以准了跑道中心和规定的下滑角，在离跑道约300M下着陆。

航向信标和下滑信标发射信号空中合成了一个矩形延长的角锥形进场航道。其中航道宽度为4°，下滑道宽度约为1.4°。

uA与DDM的关系

机载设备的HIS指示器除了航向（左右）和下滑（上下）偏离指针外，还有一个“旗”指示器。当机载设备选择了航向频率后，没收到射频信号或收到解调出来的调制信号幅度小于额定值时，“旗”告警就会出现，说明偏离指针的指示是不可靠的。

机载设备接收机的输出与偏离指示器之间有标准的接口，对于航向来说，偏离指针的驱动电流与DDM值的关系是970*DDM(uA)。航向偏离指针的满刻度偏转与0.155DDM相对应，这时的偏转驱动电流就是150uA(970*0.155)，相当于偏离2°。下滑的指示满偏是两个点，一个点对应就是0.35度。