儀表著陸系統(tǒng)課件

本章學習要點①理解儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理；②理解航向信標系統(tǒng)的工作原理③理解下滑信標系統(tǒng)的工作原理④理解指點信標系的工作原理課時分配4學時第十二章儀表著陸系統(tǒng)本章學習要點第十二章儀表著陸系統(tǒng)本章主要內容第一節(jié)儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理

；第二節(jié)航向信標系統(tǒng)；第三節(jié)下滑信標系統(tǒng);第四節(jié)指點信標系統(tǒng)；本章主要內容一、功用

儀表著陸系統(tǒng)(ILS)提供的引導信號，由駕駛艙指示儀表顯示。駕駛員根據儀表的指示操縱飛機或使用自動駕駛儀“跟蹤”儀表的指示，使飛機沿著跑道中心線的垂直面和規(guī)定的下滑角，從450m的高空引導到跑道入口的水平面以上的一定高度上，然后再由駕駛員看著跑道操縱飛機目視著陸。因此，ILS系統(tǒng)只能引導飛機到達看見跑道的最低允許高度(叫決斷高度)上，它是一種不能獨立地引導飛機至接地點的儀表低高度進場系統(tǒng)。第一節(jié)儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理

一、功用儀表著陸系統(tǒng)(ILS)提供的一、著陸標準等級

國際民航組織根據在不同氣象條件下的著陸能力，規(guī)定了三類著陸標準，使用跑道視距(RVR)和決斷高度(DH)兩個量來表示。其規(guī)定如下表所示。類別跑道視距（RVR）決斷高度（DH）ⅠⅡⅢaⅢbⅢc800m(2600ft)400m(1200ft)200m(700ft)50m(150ft)060m(200ft)30m(100ft)一、著陸標準等級國際民航組織根據在不同氣象條件下的

決斷高度(DH):是指駕駛員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低高度。在決斷高度上，駕駛員必須看見跑道才能著陸，否則應放棄著陸，進行復飛。決斷高度在中指點信標(I類著陸)或內指點信標(II類著陸)上空，由低高度無線電高度表測量。跑道視距(RVR):又叫跑道能見度。它是指在跑道表面的水平方向上能在天空背景上看見物體的最大距離(白天)。跑道視距使用大氣透射計來測量。決斷高度(DH):是指駕駛員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低ILS系統(tǒng)設施的性能類別能達到的運用目標如下：I類設施的運用性能：在跑道視距不小于800m的條件下，以高的進場成功概率，能將飛機引導至60m的決斷高度。II類設施的運用性能：在跑道視距不小于400m的條件下，以高的進場成功概率，能將飛機引導至30m的決斷高度。Ⅲa類設施的運用性能：沒有決斷高度限制，在跑道視距不小于200m的條件下，著陸的最后階段憑外界目視參考，引導飛機至跑道表面。因此叫“看著著陸”(seetoland)。Ⅲb類設施的運用性能：沒有決斷高度限制和不依賴外界目視參考，一直運用到跑道表面，接著在跑道視距50m的條件下，憑外界目視參考滑行，因此叫“看著滑行”(seetotaxi)。Ⅲc類設施的運用性能：無決斷高度限制，不依靠外界目視參考，能沿著跑道表面著陸和滑行。ILS系統(tǒng)設施的性能類別能達到的運用目標如下：三、儀表著陸系統(tǒng)的組成

ILS系統(tǒng)包括三個分系統(tǒng)：提供橫向引導的航向信標(localizer)、提供垂直引導的下滑信標(glideslope)和提供距離引導的指點信標(markerbeacon)。每一個分系統(tǒng)又由地面發(fā)射設備和機載設備所組成。地面臺在機場的配置情況如下圖所示。內指點信標僅在II類著陸標準的機場安裝。三、儀表著陸系統(tǒng)的組成航向信標：航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂直平面內，形成航向面或叫航向道。如下圖所示，用來提供飛機偏離航向道的橫向引導信號。

下滑信標：下滑信標臺天線產生的輻射場形成下滑面(見下圖)，下滑面和跑道水平平面的夾角，根據機場的凈空條件，可在之間選擇。航向信標：航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂指點信標：指點信標臺為2個或3個，裝在順著著陸方向的跑道中心延長線的規(guī)定距離上，分別叫內、中、外指點信標(見下圖1)。每個指點信標臺發(fā)射垂直向上的扇形波束。只有在飛機飛越指點信標臺上空的不大范圍時，機載接收機才能收到發(fā)射信號。由于各指點信標臺發(fā)射信號的調制頻率和識別碼不同，機載接收機就分別使駕駛艙儀表板上不同顏色的識別燈亮，同時駕駛員耳機中也可以聽到不同音調的頻率和識別碼。駕駛員就可以判斷飛機在那個信標臺的上空，即知道飛機離跑道頭的距離。圖2表示飛機進場的示意圖。航向信標和下滑信標發(fā)射信號組合的結果，在空間形成一個矩形延長的角錐形進場航道。其中航向道寬度為40，下滑道寬度為1.40(指示器滿刻度偏轉的角度)。圖1圖2指點信標：指點信標臺為2個或3個，裝在順著著陸方向的跑道中心四、儀表著陸系統(tǒng)的工作頻率航向信標：工作頻率為108.10—111.95MHz。其中航向信標僅用1/10MHz的奇數頻率和再加50kHz的頻率，共有40個波道。下滑信標：工作頻率為329.15—335MHz的UHF波段，頻率間隔150kHz，共有40個波道。指點信標：工作頻率為75MHz(固定)。航向信標和下滑信標工作頻率是配對工作的。機上的航向接收機和下滑接收機是統(tǒng)調的，控制盒上只選擇和顯示航向頻率，下滑頻率自動配對調諧。航向信標和下滑信標頻率配對關系見下表。航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ)航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ)108.10334.70110.10334.40108.15334.55110.15334.25............109.90333.80111.90331.10109.95333.65111.95330.95四、儀表著陸系統(tǒng)的工作頻率航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ一、航向信標發(fā)射信號組成：航向信標天線安裝在順著著陸方向跑道遠端以外300—400m的跑道中心線延長線上。下圖（一）為航向信標發(fā)射機的示意圖。工作原理：下面以等強信號型航向信標為例來說明它的工作原理。VHF振蕩器產生108.10—111.95MHz頻段中的任意一個航向信標頻率，分別加到兩個調制器。一個載波用90Hz調幅，另一個用150Hz調幅。兩個通道的調幅度相同（20±1%)。調制后的信號通過兩個水平極化的天線陣發(fā)射，在空間產生兩個朝著著陸方向、有一邊相重疊的相同形狀的定向波束，左波束用90Hz正弦波調幅，右波束用150Hz正弦波調幅。如圖(二)所示。兩個波束組合的航道寬度約為40，發(fā)射功率約100W。圖(一)圖(二)第二節(jié)航向信標系統(tǒng)

一、航向信標發(fā)射信號圖(一)圖(二)第二節(jié)航向信標系統(tǒng)

二、調制深度差和偏離指示的關系

ILS輻射場是一個由兩個音頻(90Hz和150Hz)調制的載波。調制途徑有兩種：發(fā)射機調制和空間調制。發(fā)射機調制是在發(fā)射機內形成的，對航向信標來說，兩個頻率的調幅度各為20%(±10%)?？臻g調制是由兩個天線輻射信號在空間的合成。對等強信號型航向信標來說，空間調制度取決于天線輻射的方向圖。調制深度差DDM：在空間的某一點，90Hz和150Hz調制度等于發(fā)射機調制和空間調制度的合成。兩個信號調制度的差值除以100，定義為調制深度差DDM。機載設備的航道偏離指示器的指針偏移量是DDM的函數，而不是調制度的函數。

航向信標天線發(fā)射信號的波束形狀必須滿足調制深度差DDM和位移靈敏度的要求，如下圖所示。

二、調制深度差和偏離指示的關系航道扇區(qū)：DDM等于0.155的射線所包含的角度θ，稱航道扇區(qū)(如下圖所示)。θ隨著航向信標臺與跑道入口之間的距離不同而變。

標準的航道偏離指示器滿刻度偏轉對應于0.155DDM，即飛機偏離航道中心線20—30。并在ILS基準數據點橫向偏轉靈敏度等于0.00145DDM／m。航道扇區(qū)：DDM等于0.155的射線所包含的角度θ，稱航道扇三、航向信標覆蓋范圍

航向信標發(fā)射信號應提供使典型的機載設備在覆蓋扇區(qū)內滿意工作的信號電平。航向信標覆蓋區(qū)應從天線系統(tǒng)的中心算起到下列規(guī)定的立體角范圍內，能接收到的場強不低于40μv／m。在方位±10o的覆蓋區(qū)內，引導距離不小于25nmile(46.3km)；方位±10o—35o的覆蓋區(qū)內，引導距離為17nmile(31.5km)；當要求提供方位±35o以外的覆蓋時，則引導距離為10nmile(18.5km)，如下圖(a)所示。在垂直面內的覆蓋范圍，如下圖(b)所示。最低應高于跑道入口處的標高600m以上，或在中間和最后進場區(qū)內，高于最高點的標高300m以上(以高者為準)；從天線向外延伸并與跑道水平面成夾角的平面內，能夠接到滿意發(fā)射信號。

三、航向信標覆蓋范圍四、航向信標接收機

航向信標的機載設備包括天線、控制盒、接收機和航道偏離指示器。在大多數飛機上，航向信標接收機及航道偏離指示器是與全向信標合用的，只是在接收機檢波器之后的導航音頻處理電路(幅度比較電路)是分開的。1．接收機簡化方框圖(見下圖)組成：機上天線接收的地面臺發(fā)射信號，送到常規(guī)的單變頻或雙變頻外差式接收機。由于LOC和VOR接收機部分是公用的，接收機接收和處理哪種信號，決定于控制盒選擇的頻率是LOC頻率還是VOR頻率。當選擇LOC頻率時，接收機接收LOC臺的發(fā)射信號。通過高頻、中頻和檢波電路，輸出信號包括90Hz和150Hz導航音頻，1020Hz的臺識別碼以及地—空通信話音信號(300—3000Hz)。這些信號的分離是由濾波器來完成的。四、航向信標接收機組成：機上天線接收的地面臺發(fā)射信號，送到常原理：90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz信號，然后分別加至各自的整流器。兩個整流器的輸出加到航道偏離電路進行幅度比較。即兩個整流器輸出的“差信號”驅動偏離指示器，而兩個整流器輸出的“和信號”驅動警告旗。當飛機對準航向道時，90Hz和150Hz調制度相等(DDM等于零)，也就是說90Hz和150Hz信號幅度相等，流過偏離指示器的差電流等于零，偏離指示器指中間零位；如果飛機偏左，90Hz信號的調幅度大于150Hz信號的調幅度，整流后的，差電流使指示器的指針向右偏，反之，飛機偏右，，差電流使指針向左偏。（如下圖所示）。原理：90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz

2．航向偏離指示和旗警告電路

下圖是一個使用LC調諧濾波器和全波整流器的航向偏離電路(51RV—2B的實際電路)。原理：經激勵器Q202放大90Hz和150Hz組合音頻加至調諧濾波器FL20l的初級繞組，次級繞組分別調諧于90Hz和150Hz。兩個諧振回路用來分開90Hz和150Hz信號。然后分別加到90Hz和150Hz全波整流器。兩個整流器輸出電流反向流過航道偏離指示器CDI(差電流)。當飛機準確沿航道進近時，90Hz和150Hz電壓幅度相等，流過指示器的電流大小相等，方向相反，指示器指在中心零位；當飛機偏在航道左邊時，90Hz信號幅度大于150Hz信號幅度，整流器輸出電流CDI指針右偏；反之，如果飛機偏在航道右邊CDI指針左偏。兩個整流器輸出電流在R259和R258上產生直流電壓降作為90Hz和150Hz幅度監(jiān)視電壓，加到旗監(jiān)控電路，同其他監(jiān)視信號(如誤差)一起共同控制警告旗出現或消隱。2．航向偏離指示和旗警告電路當飛機偏在航道左邊時，

下圖是一個使用運算放大器進行幅度比較的電路。導航檢波器輸出，首先經過低通濾波器，去掉話音通信音頻和識別碼音頻，再經過90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz信號，然后分別加到兩個具有相反輸出極性的整流器D1和D2。整流器輸出經過和濾波后，獲得直流電壓和，加至求和運算放大器Ul，其輸出的偏離電壓為(相-)：若選擇R1=R2=R時，則

可見當飛機在航道上時，90Hz和150Hz信號幅度相等，整流后的等于，求和放大器的輸出等于零，航道偏離指示器指中心零位。系統(tǒng)的精度決定于90Hz和150Hz通道增益是否一樣，并且常用電位計調整。下圖是一個使用運算放大器進行幅度比較的電路。導第三節(jié)下滑信標系統(tǒng)

下滑信標和航向信標工作原理基本相似，特別是機載設備。兩者主要不同之處是下滑信標工作頻率在UHF波段(329.15—335.00MHz)，對飛機提供垂直引導(上／下引導)。下滑信標發(fā)射功率小，因為它的引導距離僅10nmile。此外，下滑信標不發(fā)射臺識別碼和地—空話音通信信號，因為它是和航向信標配對工作的。一、下滑信標輻射場

下滑信標天線安裝在跑道入口處的一側。天線通常安裝在一個垂直桿上。下滑信標的形式由兩個(零基準下滑信標)或三個(邊帶基準型和M型下滑信標)處于不同高度上的水平振子天線陣組成，天線發(fā)射水平極化波。

第三節(jié)下滑信標系統(tǒng)下滑信標天線的等效輻射場如下圖所示。在順著著陸方向上發(fā)射兩個與跑道平面成一個定仰角(叫飛機下滑角)，并有一邊相重疊的相同形狀的波束。兩個波束中心的最大值以相同量向上或向下偏離下滑道，兩個波束信號以相同的頻率發(fā)射。但上波束用90Hz調幅，下波束用150Hz調幅，調幅度均為40％。

從圖中可以看到，在下滑道上，90Hz和150Hz調制信號幅度相等；在下滑道上面，90Hz調制信號大于150Hz調制信號；在下滑道下面，90Hz調制信號小于150Hz調制信號。離下滑道越遠，兩個調制信號的差值就越大。如果像航向信標那樣，用90Hz和150Hz的DDM來表示，則在下滑道上DDM等于零，離開下滑道DDM線性增大，直至DDM等于0.22。下滑信標天線的等效輻射場如下圖所示。在順著著陸方向上

下滑信標發(fā)射信號提供的引導范圍如下圖所示。在下滑道中心線兩邊各80的方位內，引導距離不小于10nmile，從地平面以上的0.45θ到1.75θ的扇區(qū)內，應使接收機滿意地工作，在整個覆蓋區(qū)內，最低信號場強應為400μV／m。θ：θ為ILS下滑角，可在2—4o之間調整，最佳下滑角應在2.5o—3o之間選擇。

R：R為ILS下滑道直線向下延伸部分與跑道中心線的交點。下滑道扇區(qū)：在仰角覆蓋范圍內，由最靠近下滑道的DDM等于0.175的各點的軌跡所限定的扇區(qū)叫下滑道扇區(qū)，約1.4o(±0.7o)。在下滑道扇區(qū)內，下滑指針偏離指示和飛機偏離下滑道的角度成比例。

下滑信標發(fā)射信號提供的引導范圍如下圖所示。在下滑道中二、下滑信標接收機

下圖是零中頻接收機的簡化方框圖。優(yōu)點：在低中頻比較容易獲得高增益，并且穩(wěn)定性較好。

缺點：在發(fā)射信號和接收機本振信號之間沒有任何頻率差，而由于發(fā)射頻率和接收機本振頻率有一定的允許誤差，因而混頻后往往產生不需要“拍頻”。如果“拍頻”在90Hz到150Hz范圍內，將會對下滑接收產生一些干擾。

為了防止產生上述干擾，本振頻率用500Hz調頻，頻移為±15kHz(30kHz峰—峰偏移)。這樣，就可避免產生任何低于500Hz的“拍頻”。低通截止濾波器用來通過混頻后的15kHz頻率調制信號以及由于誤差引起的頻率變化?；祛l后的中頻波形如圖12—16所示。中頻信號經無失真放大后，它的包絡就是原來的調制音頻。中頻放大器的輸出加到常規(guī)的幅度檢波器，解調出90Hz和150Hz音頻信號，然后加到幅度比較電路(測量出飛機偏離下滑道的角度。

二、下滑信標接收機為了防止產生上述干擾，本振頻率用50第四節(jié)指點信標系統(tǒng)一、系統(tǒng)的功用指點信標系統(tǒng)可按其用途分為航路信標(runwaymarker)和航道信標(coursemarker)。航路信標：航路信標安裝在航路上，向飛行員報告飛機正在通過航路上某些特定點的地理位置。航道信標：航道信標用于飛機進場著陸，用來報告著陸飛機離跑道頭預定點(遠、中、近指點信標上空)的距離。兩種信標地面臺天線發(fā)射垂直向上的扇形波束(fanmarker)或倒錐形波束(z—marker)，以便飛機飛越信標臺上空時被機載接收機接收。

指點信標臺發(fā)射頻率均為75MHz，天線輻射水平極化波。而調制頻率和臺識別碼各不相同，以便識別飛機在哪個信標臺上空。指點信標臺的發(fā)射功率從幾瓦到100瓦不等。高功率信標臺用于外指點信標和航路指點信標，在這里飛機高度比較高。不管是航道指點信標或航路指點信標，機載信標接收機是相同的。第四節(jié)指點信標系統(tǒng)二、指點信標發(fā)射信號

航道指點信標臺安裝在沿著著陸方向的跑道中心線延長線上。根據ICAO規(guī)定，包括外指點信標、中指點信標和內指點信標。在一些機場還裝有反航道指點信標，用于飛機從反航道進場。指點信標系統(tǒng)工作如下圖所示。

內指點信標偏離跑道中心延長線不應超過30m，中指點信標和外指點信標不應超過75m。

二、指點信標發(fā)射信號指點信標系統(tǒng)作用

指點信標系統(tǒng)在ILS系統(tǒng)中的作用如下所述。外指點信標：指示下滑道截獲點；中指點信標：用來測定I類著陸標準的決斷高點，即下滑道通過中指點信標臺上空的高度約等于60m；內指點信標：用來測定II類著陸標準的決斷高度點，即下滑道通過內指點信標臺上空的高度約為30m?？紤]到內指點信標和中指點信標之間的干擾和機上目視指示燈發(fā)亮時間間隔，內指點信標和下滑道之間所標示的最大高度限制在高于跑道入口37m。

指點信標系統(tǒng)作用指點信標覆蓋范圍：各指點信標臺均發(fā)射扇形波束以便覆蓋整個航道寬度。發(fā)射功率是由指點信標覆蓋范圍確定的。各指點信標覆蓋范圍規(guī)定如下表所示。

指點信標高度(m)寬度內指點標中指點標外指點標150±50300±100600±200在整個航向道寬度內能打到正常指示為了便于飛行員識別飛機正在飛越哪個信標臺上空，以便知道飛機距跑道入口的預定距離，各指點信標臺的發(fā)射頻率采用不同的音頻編碼鍵控調制，如表下所示。指點信標調制頻率識別碼機上指示燈外指點標中指點標內指點標反航道信標400Hz±2.5%1300Hz±2.5％3000Hz±2.5％3000Hz連續(xù)拍發(fā)，每秒2劃連續(xù)交替拍發(fā)點一劃連續(xù)拍發(fā)，每秒6點連續(xù)拍發(fā)，每秒6個對點藍色(或紫色)琥珀色(黃色)白色白色指點信標覆蓋范圍：各指點信標臺均發(fā)射扇形波束以便覆蓋整個航道三、航路指點信標

任何航路上，如果需要用指點信標來標定一個地理位置的地方，應安裝扇形指點信標。在需要用指點信標來標出航路上無線電導航設備的地理位置的地方，應安裝“Z”指點信標，航路指點信標發(fā)射信號的調制頻率為3000Hz±75Hz，鍵控發(fā)送莫爾斯識別碼，以表示該指點信標的名稱或地理位置。在發(fā)送識別信號間隙期間，載波不得間斷。

三、航路指點信標四、機載接收機1．機載設備組成

指點信標系統(tǒng)的機載設備如下圖所示。天線安裝在機身下部，以便接收指點信標臺發(fā)射的垂直向上的波束信號。在高速飛機上，一般采用低阻力天線。接收機通常采用一次變頻的超外差接收機。接收機輸出的音頻信號加至正、副駕駛員儀表板指示燈和音頻選擇板，給駕駛員提供目視和音響信號，以區(qū)別飛機飛越哪個信標臺的上空。

中指點信標和外指點信標音頻識別信號還加到飛行記錄中的飛行數據收集組件(FDAU)，作為飛行記錄器的信號源之一。靈敏度和電源開關，用來控制接收機的靈敏度和接通電源，四、機載接收機中指點信標和外指點信標音頻識別信號2．接收機方框圖

下圖為一次變頻的外差式接收機方框圖。天線所接收的信號經75MHz調諧濾波加到混頻器?；祛l后產生的中頻信號，經過中頻晶體濾波器，加到中頻放大器放大。晶體濾波器是一個窄帶濾波器，在20dB點帶寬為±15kHz，它決定了接收機的選擇性。中頻放大器的輸出經包絡檢波器得到400Hz，1300Hz，或3000Hz音頻，其幅度為3.5V。3個帶通濾波器用來分別通過400Hz，1300Hz和3000Hz音頻，再分別經整流后得到直流電壓，以接通晶體管燈開關，使相應的指示燈亮。同時，檢波后的音頻經音頻放大后加到音頻選擇板，提供音響信號。2．接收機方框圖混頻器是一個非線性器件，是產生內部調制最嚴重的器件。所以有的指點信標接收機采用調諧高放式(TRT)接收機電路，如下圖所示。自動增益控制電路（AGC）是指點信標接收機的一個重要組成部分。因為飛機通過指點信標方向性天線波束時，接收信號強度會迅速變化，AGC的作用就是在接收信號變化時，保持輸出電平基本穩(wěn)定，通常利用幅度檢波器輸出的平均電壓作為AGC控制電壓。因為它的大小和輸入信號電平成正比。該電壓經濾波放大后，加到中頻或高頻放大器，改變放大器的直流工作點，從而實現增益控制。AGC電壓的控制能力通常要求輸出信號電平變化小于6dB?；祛l器是一個非線性器件，是產生內部調制最嚴重的器件。3．高低靈敏度控制

為了滿足進場和航路兩種情況下使用的要求，在接收機外部有一個高-低靈敏度控制開關，高靈敏度用于航路信標，低靈敏度用于進場著陸。

下圖所示的電路是改變接收機靈敏度的一種方法，用一個衰減電路串接在信號輸入線上，選擇低靈敏度時，衰減器對輸入信號進行衰減，從而達到降低靈敏度的目的。3．高低靈敏度控制4.指示燈電路

檢波器輸出的音頻信號加到400Hz，1300Hz和3000Hz濾波器，用來分別通過三種頻率不同的調制信號。濾波器的輸出經整流后變成直流電壓，接通相應的晶體管開關，使駕駛艙儀表板上不同顏色的指示燈通亮。下圖所示的指示燈電路是51Z—4指點信標接收機的實際電路。使用調諧變壓器式濾波器，初級繞組并聯(lián)電容器分別調諧于400Hz，1300Hz，3000Hz。次級輸出分別加到相應的指示燈晶體管開關的基極，3個晶體管開關,,工作于零偏壓狀態(tài)，無信號輸入時截止。4.指示燈電路

由于調諧變壓器式濾波器在低頻工作時，體積大，重量大，因此在現代的指點信標接收機中使用如下圖所示的指示燈電路。在圖中畫出了3個音頻濾波器和1300Hz指示燈電路，其余兩個和它完全相同。音頻濾波器的工作原理在前面的章節(jié)中已有說明，此處不再重復。如飛機通過中指點信標臺上空時，檢波器輸出的1300Hz音頻，通過電運算放大器和阻容元件組成的1300Hz帶通濾波器，加到整流器。當整流電壓大于比較器反向輸入端的固定偏壓(門限電壓)時，輸出邏輯1(相當于開路)，12V經由，加到基極．導通，琥珀色燈亮。由于調諧變壓器式濾波器在低頻工作時，體積大，重5．自檢電路

自檢電路產生模擬的信標臺發(fā)射信號，用于在地面或空中檢查機載接收機的工作情況。下圖是自檢電路的示意圖。

當接通自檢開關時，定時器產生約5s的鋸齒波，加到調制頻率產生器，順序產生1.5s間隔的400Hz，1300H2和3000Hz的音頻信號，該信號對75MHz晶體振蕩器進行調幅，然后加到接收機輸入端。如果機載設備工作正常，目視指示燈按藍、黃、白順序點亮1.5s，同時駕駛員耳機中可順序聽到400Hz，1300Hz和3000Hz音調。5．自檢電路當接通自檢開關時，定時器產生約51、簡述儀表著陸系統(tǒng)的組成及功用。2、簡述航向信標系統(tǒng)的組成及工作原理。3、簡述下滑信標系統(tǒng)的組成及工作原理。4、畫出航向信標接收機原理圖，說明其工作原理。5、畫出外差式指點信標接收機原理圖，說明其工作原理。習題

習題

本章學習要點①理解儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理；②理解航向信標系統(tǒng)的工作原理③理解下滑信標系統(tǒng)的工作原理④理解指點信標系的工作原理課時分配4學時第十二章儀表著陸系統(tǒng)本章學習要點第十二章儀表著陸系統(tǒng)本章主要內容第一節(jié)儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理

；第二節(jié)航向信標系統(tǒng)；第三節(jié)下滑信標系統(tǒng);第四節(jié)指點信標系統(tǒng)；本章主要內容一、功用

儀表著陸系統(tǒng)(ILS)提供的引導信號，由駕駛艙指示儀表顯示。駕駛員根據儀表的指示操縱飛機或使用自動駕駛儀“跟蹤”儀表的指示，使飛機沿著跑道中心線的垂直面和規(guī)定的下滑角，從450m的高空引導到跑道入口的水平面以上的一定高度上，然后再由駕駛員看著跑道操縱飛機目視著陸。因此，ILS系統(tǒng)只能引導飛機到達看見跑道的最低允許高度(叫決斷高度)上，它是一種不能獨立地引導飛機至接地點的儀表低高度進場系統(tǒng)。第一節(jié)儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理

一、功用儀表著陸系統(tǒng)(ILS)提供的一、著陸標準等級

國際民航組織根據在不同氣象條件下的著陸能力，規(guī)定了三類著陸標準，使用跑道視距(RVR)和決斷高度(DH)兩個量來表示。其規(guī)定如下表所示。類別跑道視距（RVR）決斷高度（DH）ⅠⅡⅢaⅢbⅢc800m(2600ft)400m(1200ft)200m(700ft)50m(150ft)060m(200ft)30m(100ft)一、著陸標準等級國際民航組織根據在不同氣象條件下的

決斷高度(DH):是指駕駛員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低高度。在決斷高度上，駕駛員必須看見跑道才能著陸，否則應放棄著陸，進行復飛。決斷高度在中指點信標(I類著陸)或內指點信標(II類著陸)上空，由低高度無線電高度表測量。跑道視距(RVR):又叫跑道能見度。它是指在跑道表面的水平方向上能在天空背景上看見物體的最大距離(白天)。跑道視距使用大氣透射計來測量。決斷高度(DH):是指駕駛員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低ILS系統(tǒng)設施的性能類別能達到的運用目標如下：I類設施的運用性能：在跑道視距不小于800m的條件下，以高的進場成功概率，能將飛機引導至60m的決斷高度。II類設施的運用性能：在跑道視距不小于400m的條件下，以高的進場成功概率，能將飛機引導至30m的決斷高度。Ⅲa類設施的運用性能：沒有決斷高度限制，在跑道視距不小于200m的條件下，著陸的最后階段憑外界目視參考，引導飛機至跑道表面。因此叫“看著著陸”(seetoland)。Ⅲb類設施的運用性能：沒有決斷高度限制和不依賴外界目視參考，一直運用到跑道表面，接著在跑道視距50m的條件下，憑外界目視參考滑行，因此叫“看著滑行”(seetotaxi)。Ⅲc類設施的運用性能：無決斷高度限制，不依靠外界目視參考，能沿著跑道表面著陸和滑行。ILS系統(tǒng)設施的性能類別能達到的運用目標如下：三、儀表著陸系統(tǒng)的組成

ILS系統(tǒng)包括三個分系統(tǒng)：提供橫向引導的航向信標(localizer)、提供垂直引導的下滑信標(glideslope)和提供距離引導的指點信標(markerbeacon)。每一個分系統(tǒng)又由地面發(fā)射設備和機載設備所組成。地面臺在機場的配置情況如下圖所示。內指點信標僅在II類著陸標準的機場安裝。三、儀表著陸系統(tǒng)的組成航向信標：航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂直平面內，形成航向面或叫航向道。如下圖所示，用來提供飛機偏離航向道的橫向引導信號。

下滑信標：下滑信標臺天線產生的輻射場形成下滑面(見下圖)，下滑面和跑道水平平面的夾角，根據機場的凈空條件，可在之間選擇。航向信標：航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂指點信標：指點信標臺為2個或3個，裝在順著著陸方向的跑道中心延長線的規(guī)定距離上，分別叫內、中、外指點信標(見下圖1)。每個指點信標臺發(fā)射垂直向上的扇形波束。只有在飛機飛越指點信標臺上空的不大范圍時，機載接收機才能收到發(fā)射信號。由于各指點信標臺發(fā)射信號的調制頻率和識別碼不同，機載接收機就分別使駕駛艙儀表板上不同顏色的識別燈亮，同時駕駛員耳機中也可以聽到不同音調的頻率和識別碼。駕駛員就可以判斷飛機在那個信標臺的上空，即知道飛機離跑道頭的距離。圖2表示飛機進場的示意圖。航向信標和下滑信標發(fā)射信號組合的結果，在空間形成一個矩形延長的角錐形進場航道。其中航向道寬度為40，下滑道寬度為1.40(指示器滿刻度偏轉的角度)。圖1圖2指點信標：指點信標臺為2個或3個，裝在順著著陸方向的跑道中心四、儀表著陸系統(tǒng)的工作頻率航向信標：工作頻率為108.10—111.95MHz。其中航向信標僅用1/10MHz的奇數頻率和再加50kHz的頻率，共有40個波道。下滑信標：工作頻率為329.15—335MHz的UHF波段，頻率間隔150kHz，共有40個波道。指點信標：工作頻率為75MHz(固定)。航向信標和下滑信標工作頻率是配對工作的。機上的航向接收機和下滑接收機是統(tǒng)調的，控制盒上只選擇和顯示航向頻率，下滑頻率自動配對調諧。航向信標和下滑信標頻率配對關系見下表。航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ)航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ)108.10334.70110.10334.40108.15334.55110.15334.25............109.90333.80111.90331.10109.95333.65111.95330.95四、儀表著陸系統(tǒng)的工作頻率航向信標(MHZ)下滑信標(MHZ一、航向信標發(fā)射信號組成：航向信標天線安裝在順著著陸方向跑道遠端以外300—400m的跑道中心線延長線上。下圖（一）為航向信標發(fā)射機的示意圖。工作原理：下面以等強信號型航向信標為例來說明它的工作原理。VHF振蕩器產生108.10—111.95MHz頻段中的任意一個航向信標頻率，分別加到兩個調制器。一個載波用90Hz調幅，另一個用150Hz調幅。兩個通道的調幅度相同（20±1%)。調制后的信號通過兩個水平極化的天線陣發(fā)射，在空間產生兩個朝著著陸方向、有一邊相重疊的相同形狀的定向波束，左波束用90Hz正弦波調幅，右波束用150Hz正弦波調幅。如圖(二)所示。兩個波束組合的航道寬度約為40，發(fā)射功率約100W。圖(一)圖(二)第二節(jié)航向信標系統(tǒng)

一、航向信標發(fā)射信號圖(一)圖(二)第二節(jié)航向信標系統(tǒng)

二、調制深度差和偏離指示的關系

ILS輻射場是一個由兩個音頻(90Hz和150Hz)調制的載波。調制途徑有兩種：發(fā)射機調制和空間調制。發(fā)射機調制是在發(fā)射機內形成的，對航向信標來說，兩個頻率的調幅度各為20%(±10%)?？臻g調制是由兩個天線輻射信號在空間的合成。對等強信號型航向信標來說，空間調制度取決于天線輻射的方向圖。調制深度差DDM：在空間的某一點，90Hz和150Hz調制度等于發(fā)射機調制和空間調制度的合成。兩個信號調制度的差值除以100，定義為調制深度差DDM。機載設備的航道偏離指示器的指針偏移量是DDM的函數，而不是調制度的函數。

航向信標天線發(fā)射信號的波束形狀必須滿足調制深度差DDM和位移靈敏度的要求，如下圖所示。

二、調制深度差和偏離指示的關系航道扇區(qū)：DDM等于0.155的射線所包含的角度θ，稱航道扇區(qū)(如下圖所示)。θ隨著航向信標臺與跑道入口之間的距離不同而變。

標準的航道偏離指示器滿刻度偏轉對應于0.155DDM，即飛機偏離航道中心線20—30。并在ILS基準數據點橫向偏轉靈敏度等于0.00145DDM／m。航道扇區(qū)：DDM等于0.155的射線所包含的角度θ，稱航道扇三、航向信標覆蓋范圍

航向信標發(fā)射信號應提供使典型的機載設備在覆蓋扇區(qū)內滿意工作的信號電平。航向信標覆蓋區(qū)應從天線系統(tǒng)的中心算起到下列規(guī)定的立體角范圍內，能接收到的場強不低于40μv／m。在方位±10o的覆蓋區(qū)內，引導距離不小于25nmile(46.3km)；方位±10o—35o的覆蓋區(qū)內，引導距離為17nmile(31.5km)；當要求提供方位±35o以外的覆蓋時，則引導距離為10nmile(18.5km)，如下圖(a)所示。在垂直面內的覆蓋范圍，如下圖(b)所示。最低應高于跑道入口處的標高600m以上，或在中間和最后進場區(qū)內，高于最高點的標高300m以上(以高者為準)；從天線向外延伸并與跑道水平面成夾角的平面內，能夠接到滿意發(fā)射信號。

三、航向信標覆蓋范圍四、航向信標接收機

航向信標的機載設備包括天線、控制盒、接收機和航道偏離指示器。在大多數飛機上，航向信標接收機及航道偏離指示器是與全向信標合用的，只是在接收機檢波器之后的導航音頻處理電路(幅度比較電路)是分開的。1．接收機簡化方框圖(見下圖)組成：機上天線接收的地面臺發(fā)射信號，送到常規(guī)的單變頻或雙變頻外差式接收機。由于LOC和VOR接收機部分是公用的，接收機接收和處理哪種信號，決定于控制盒選擇的頻率是LOC頻率還是VOR頻率。當選擇LOC頻率時，接收機接收LOC臺的發(fā)射信號。通過高頻、中頻和檢波電路，輸出信號包括90Hz和150Hz導航音頻，1020Hz的臺識別碼以及地—空通信話音信號(300—3000Hz)。這些信號的分離是由濾波器來完成的。四、航向信標接收機組成：機上天線接收的地面臺發(fā)射信號，送到常原理：90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz信號，然后分別加至各自的整流器。兩個整流器的輸出加到航道偏離電路進行幅度比較。即兩個整流器輸出的“差信號”驅動偏離指示器，而兩個整流器輸出的“和信號”驅動警告旗。當飛機對準航向道時，90Hz和150Hz調制度相等(DDM等于零)，也就是說90Hz和150Hz信號幅度相等，流過偏離指示器的差電流等于零，偏離指示器指中間零位；如果飛機偏左，90Hz信號的調幅度大于150Hz信號的調幅度，整流后的，差電流使指示器的指針向右偏，反之，飛機偏右，，差電流使指針向左偏。（如下圖所示）。原理：90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz

2．航向偏離指示和旗警告電路

下圖是一個使用LC調諧濾波器和全波整流器的航向偏離電路(51RV—2B的實際電路)。原理：經激勵器Q202放大90Hz和150Hz組合音頻加至調諧濾波器FL20l的初級繞組，次級繞組分別調諧于90Hz和150Hz。兩個諧振回路用來分開90Hz和150Hz信號。然后分別加到90Hz和150Hz全波整流器。兩個整流器輸出電流反向流過航道偏離指示器CDI(差電流)。當飛機準確沿航道進近時，90Hz和150Hz電壓幅度相等，流過指示器的電流大小相等，方向相反，指示器指在中心零位；當飛機偏在航道左邊時，90Hz信號幅度大于150Hz信號幅度，整流器輸出電流CDI指針右偏；反之，如果飛機偏在航道右邊CDI指針左偏。兩個整流器輸出電流在R259和R258上產生直流電壓降作為90Hz和150Hz幅度監(jiān)視電壓，加到旗監(jiān)控電路，同其他監(jiān)視信號(如誤差)一起共同控制警告旗出現或消隱。2．航向偏離指示和旗警告電路當飛機偏在航道左邊時，

下圖是一個使用運算放大器進行幅度比較的電路。導航檢波器輸出，首先經過低通濾波器，去掉話音通信音頻和識別碼音頻，再經過90Hz和150Hz帶通濾波器分開90Hz和150Hz信號，然后分別加到兩個具有相反輸出極性的整流器D1和D2。整流器輸出經過和濾波后，獲得直流電壓和，加至求和運算放大器Ul，其輸出的偏離電壓為(相-)：若選擇R1=R2=R時，則

可見當飛機在航道上時，90Hz和150Hz信號幅度相等，整流后的等于，求和放大器的輸出等于零，航道偏離指示器指中心零位。系統(tǒng)的精度決定于90Hz和150Hz通道增益是否一樣，并且常用電位計調整。下圖是一個使用運算放大器進行幅度比較的電路。導第三節(jié)下滑信標系統(tǒng)

下滑信標和航向信標工作原理基本相似，特別是機載設備。兩者主要不同之處是下滑信標工作頻率在UHF波段(329.15—335.00MHz)，對飛機提供垂直引導(上／下引導)。下滑信標發(fā)射功率小，因為它的引導距離僅10nmile。此外，下滑信標不發(fā)射臺識別碼和地—空話音通信信號，因為它是和航向信標配對工作的。一、下滑信標輻射場

下滑信標天線安裝在跑道入口處的一側。天線通常安裝在一個垂直桿上。下滑信標的形式由兩個(零基準下滑信標)或三個(邊帶基準型和M型下滑信標)處于不同高度上的水平振子天線陣組成，天線發(fā)射水平極化波。

第三節(jié)下滑信標系統(tǒng)下滑信標天線的等效輻射場如下圖所示。在順著著陸方向上發(fā)射兩個與跑道平面成一個定仰角(叫飛機下滑角)，并有一邊相重疊的相同形狀的波束。兩個波束中心的最大值以相同量向上或向下偏離下滑道，兩個波束信號以相同的頻率發(fā)射。但上波束用90Hz調幅，下波束用150Hz調幅，調幅度均為40％。

從圖中可以看到，在下滑道上，90Hz和150Hz調制信號幅度相等；在下滑道上面，90Hz調制信號大于150Hz調制信號；在下滑道下面，90Hz調制信號小于150Hz調制信號。離下滑道越遠，兩個調制信號的差值就越大。如果像航向信標那樣，用90Hz和150Hz的DDM來表示，則在下滑道上DDM等于零，離開下滑道DDM線性增大，直至DDM等于0.22。下滑信標天線的等效輻射場如下圖所示。在順著著陸方向上

下滑信標發(fā)射信號提供的引導范圍如下圖所示。在下滑道中心線兩邊各80的方位內，引導距離不小于10nmile，從地平面以上的0.45θ到1.75θ的扇區(qū)內，應使接收機滿意地工作，在整個覆蓋區(qū)內，最低信號場強應為400μV／m。θ：θ為ILS下滑角，可在2—4o之間調整，最佳下滑角應在2.5o—3o之間選擇。

R：R為ILS下滑道直線向下延伸部分與跑道中心線的交點。下滑道扇區(qū)：在仰角覆蓋范圍內，由最靠近下滑道的DDM等于0.175的各點的軌跡所限定的扇區(qū)叫下滑道扇區(qū)，約1.4o(±0.7o)。在下滑道扇區(qū)內，下滑指針偏離指示和飛機偏離下滑道的角度成比例。

下滑信標發(fā)射信號提供的引導范圍如下圖所示。在下滑道中二、下滑信標接收機

下圖是零中頻接收機的簡化方框圖。優(yōu)點：在低中頻比較容易獲得高增益，并且穩(wěn)定性較好。

缺點：在發(fā)射信號和接收機本振信號之間沒有任何頻率差，而由于發(fā)射頻率和接收機本振頻率有一定的允許誤差，因而混頻后往往產生不需要“拍頻”。如果“拍頻”在90Hz到150Hz范圍內，將會對下滑接收產生一些干擾。

為了防止產生上述干擾，本振頻率用500Hz調頻，頻移為±15kHz(30kHz峰—峰偏移)。這樣，就可避免產生任何低于500Hz的“拍頻”。低通截止濾波器用來通過混頻后的15kHz頻率調制信號以及由于誤差引起的頻率變化?；祛l后的中頻波形如圖12—16所示。中頻信號經無失真放大后，它的包絡就是原來的調制音頻。中頻放大器的輸出加到常規(guī)的幅度檢波器，解調出90Hz和150Hz音頻信號，然后加到幅度比較電路(測量出飛機偏離下滑道的角度。

二、下滑信標接收機為了防止產生上述干擾，本振頻率用50第四節(jié)指點信標系統(tǒng)一、系統(tǒng)的功用指點信標系統(tǒng)可按其用途分為航路信標(runwaymarker)和航道信標(coursemarker)。航路信標：航路信標安裝在航路上，向飛行員報告飛機正在通過航路上某些特定點的地理位置。航道信標：航道信標用于飛機進場著陸，用來報告著陸飛機離跑道頭預定點(遠、中、近指點信標上空)的距離。兩種信標地面臺天線發(fā)射垂直向上的扇形波束(fanmarker)或倒錐形波束(z—marker)，以便飛機飛越信標臺上空時被機載接收機接收。

指點信標臺發(fā)射頻率均為75MHz，天線輻射水平極化波。而調制頻率和臺識別碼各不相同，以便識別飛機在哪個信標臺上空。指點信標臺的發(fā)射功率從幾瓦到100瓦不等。高功率信標臺用于外指點信標和航路指點信標，在這里飛機高度比較高。不管是航道指點信標或航路指點信標，機載信標接收機是相同的。第四節(jié)指點信標系統(tǒng)二、指點信標發(fā)射信號

航道指點信標臺安裝在沿著著陸方向的跑道中心線延長線上。根據ICAO規(guī)定，包括外指點信標、中指點信標和內指點信標。在一些機場還裝有反航道指點信標，用于飛機從反航道進場。指點信標系統(tǒng)工作如下圖所示。

內指點信標偏離跑道中心延長線不應超過30m，中指點信標和外指點信標不應超過75m。

二、指點信標發(fā)射信號指點信標系統(tǒng)作用

指點信標系統(tǒng)在ILS系統(tǒng)中的作用如下所述。外指點信標：指示下滑道截獲點；中指點信標：用來測定I類著陸標準的決斷高點，即下滑道通過中指點信標臺上空的高度約等于60m；內指點信標：用來測定II類著陸標準的決斷高度點，即下滑道通過內指點信標臺上空的高度約為30m?？紤]到內指點信標和中指點信標之間的干擾和機上目視指示燈發(fā)亮時間間隔，內指點信標和下滑道之間所標示的最大高度限制在高于跑道入口37m。

指點信標系統(tǒng)作用指點信標覆蓋范圍：各指點信標臺均發(fā)射扇形波束以便覆蓋整個航道寬度。發(fā)射功率是由指點信標覆蓋范圍確定的。各指點信標覆蓋范圍規(guī)定如下表所示。

指點信標高度(m)寬度內指點標中指點標外指點標150±50300±100600±200在整個航向道寬度內能打到正常指示為了便于飛行員識別飛機正在飛越哪個信標臺上空，以便知道飛機距跑道入口的預定距離，各指點信標臺的發(fā)射頻率采用不同的音頻編碼鍵控調制，如表下所示。指點信標調制頻率識別碼機上指示燈外指點標中指點標內指點標反航道信標400Hz±2.5%1300Hz±2.5％3000Hz±2.5％3000Hz連續(xù)拍發(fā)，每秒2劃連續(xù)交替拍發(fā)點一劃連續(xù)拍發(fā)，每秒6點連續(xù)拍發(fā)，每秒6個對點藍色(或紫色)琥珀色(黃色)白色白色指點信標覆蓋范圍：各指點信標臺均發(fā)射扇形波束以便覆蓋整個航道三、航路指點信標

任何航路上，如果需要用指點信標來標定一個地理位置的地方，應安裝扇形指點信標。在需要用指點信標來標出航路上無線電導航設備的地理位置的地方，應安裝“Z”指點信標，航路指點信標發(fā)射信號的調制頻率為3000Hz±75Hz，鍵控發(fā)送莫爾斯識別碼，以表示該指點信標的名稱或地理位置。在發(fā)送識別信號間隙期間，載波不得間斷。

三、航路指點信標四、機載接收機1．機載設備組成