浅析场地环境对ILS下滑道结构的影响

郭晓赟

摘 要：该文针对三亚凤凰机场新建08下滑台场地限制情况，对下滑信标辐射原理、菲涅尔原理、场地设置规范、场地现状、校飞结论以及影响下滑道结构的因素等作了介绍及分析。通过理论分析和实际校飞结果得出三亚机场新建08下滑场地基本满足下滑道结构规范要求。

关键词：M 型下滑天线 菲涅尔原理 入口高度 下滑角

中图分类号：V351.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0020-04

三亚凤凰机场于1994年7月1日通航，跑道长3 400 m，宽60 m，是一座现代化4E级民用机场，机场现有08号跑道主降Ⅰ类精密进近仪表着陆系统，设备型号为WILCOX MK10，投产使用至今逾20年，现有主降下滑台位于滑行道与跑道之间。民航三亚空管站于2015年4月完成三亚凤凰机场主降更新、次降新建Ⅰ类仪表着陆系统工程项目，设备型号为SELEX 2100系列，主降08下滑台则迁建于跑道南侧。由于海南国际旅游岛的成立，三亚凤凰机场2011年客流量首次突破1 000万，机场周边工程建设日新月异，对机场的电磁环境的保护提出了更高的要求。该文基于三亚凤凰机场主降08下滑场地的设置以及场地环境对下滑道结构的影响进行分析。

1 下滑信标原理

1.1 下滑信标工作原理

下滑信标的工作原理简单来说就是设备发射CSB（载波加边带波）和SBO（抑制载波后的纯边带波）信号经过空间调制后，机载接收机接收并比较该调制信号中的90 Hz和150 Hz两个音频信号的调制度；在下滑道上，90 Hz和150 Hz两个音频信号调制度相等，且调制度差为0，以此来引导飞机着陆；按国标，通常下滑角为3°。

三亚凤凰机场主次降下滑信标均采用捕获效应型双频天线系统，设备型号为SELEX 2110，共由上、中、下3副天线组成，CSB、SBO和余隙信号按一定比例馈给3副天线。捕获效应型天线常用于反射区域长度小且地形起伏的反射场地，在下滑道的下方，CSB和SBO的信号强度减弱，削弱了地形对下滑道的影响，同时下滑的余隙调制有150 Hz占优的CSB信号且存在8 kHz的频差不会对航道产生干扰，覆盖的是下滑道下方区域，给飞机提供向上的信号。

1.2 下滑信标辐射区

下滑天线可分为零基准、边带基准和捕获效应3种类型，其中M型捕获效应天线对场地适应性最强，提供的下滑道结构也是最好，但由于此型号下滑信标一般都发射余隙信号，故其结构也最为复杂。根据天线原理，下滑天线的场型主要取决于地面的反射，如果地面为理想导体，入射波被全部反射，空间任何一点的场强均可看成实际天线与镜像天线场强的叠加，如图1所示。因下滑信标辐射的是水平极化波，故反射波和入射波幅度相等，相位差180°。

根据惠更斯一菲涅尔原理，在电波的传输过程中，发射天线与接收天线之间存在菲涅尔区。如图1，发射天线T、接收天线R，镜像天线T`，由电磁波传播菲涅尔区的概念可知，在镜像天线T`点到接收天线R点之间电波传播的主区，就是以T`点和R点为焦点的最小或第一菲涅尔椭球区，该椭球与地面相交的椭圆，就是地面菲涅尔区，如图2所示。

其中第一菲涅尔区对电磁波传播的贡献是最占优势的，因此下滑辐射场型的好坏主要取决于地面菲涅尔区，影响最大的主要是地形以及地面上的障碍物等。通过查询FAA order 6750.16E ILS場地设置规范文件，影响下滑道结构的反射区主要在第一菲涅尔区，可以通过如下公式计算出飞机正常进近时的菲涅尔区，而这个区域就是最小的保护区范围[1]。

公式中θ为下滑角，λ为波长，D为飞机在地平面上的投影至下滑天线的距离。

2 下滑场地设置

2.1 民航业内场地设置规范

目前，中国民航下滑反射场地的设计依据是参照行业标准MH/T4003-1996《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站场地设置规范》中的相关规定，在上述规范中，A、B区为下滑天线的菲涅尔反射区，如果保护区长度不足将会对下滑道结构造成影响。

2.2 三亚新08下滑场地概况

三亚凤凰机场现有下滑台位于跑道和滑行道中间位置，已经不能满足日益增长的航班量和场地保护要求。新建下滑台已迁至机场跑道西端的南侧，这样可以大大缩短飞机的等待距离，增加机场航班流量。新建下滑台位于机场跑道西端的南侧，距跑道西端内撤距离291 m，距跑道中心线110 m；机场围界外侧紧挨着海南G225国道。如果按场地规范要求，新下滑台的位置距跑道中心线的最佳距离是120 m，考虑到A区场地限制，故定为110 m。下滑台距跑道西端291 m是因为考虑到其所在位置附近有一自动观测站。新建下滑台的A、B、C区场地保护如下图3所示。从图中可看出，A区（按规范设计长度为360 m）与B区交界处，A区有约5 m区域处于机场围界外；B区有一半区域位于机场围界外；C区基本上处于机场围界外，且位于G225国道上。按《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范》要求，完整的C区边界应距离下滑天线120 m，但这样就会覆盖到公路对面民房区。由于场地及条件限制，只能通过征地扩大机场围界以及土地平整等措施使B区达到场地保护要求。但是A区有约5 m区域处于机场围界外，C区基本上处于机场围界外，且位于G225国道上。

如上图3所示，新建08下滑场地保护区也未能满足MH/T4003-1996行业标准，其中A、B区总长度L仅为590 m，如果将下滑天线继续后撤，使A、B区总长达到900 m的话，将会有更多的A区超出机场围界以外到达国道上。下滑反射场地的长度不足可能会进一步导致下滑道的结构变差。

2.3 对下滑场地限制的理论分析

通过对以上情况的了解，三亚凤凰机场新建08下滑保护区的场地是满足不了MH/T4003-1996《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范》的。因为影响下滑道结构的反射区主要在第一菲涅尔区，从FAA order 6750.16E ILS场地设置规范文件中可以通过公式计算出下滑反射区的最小范围，但是在科研阶段不具有实际可操作性。

为了确认下滑场地保护区是否满足要求，也可以通过FAA order 6750.16E中提供的图6、图5、图6来估算下滑天线距离下滑反射场地第一菲涅尔区远端的长度，即下滑反射区的最小长度L（MH/T4003-1996中A区与B区的总长）[1]。计算下滑反射区的最小长度L，L=L1+L2/2；L1由图5估算得出，L2由图6估算得出。图4为计算下滑反射区的最小长度L示意图，如图所示通常选取4海里（24 304 462英尺），即外指点标的位置来进行估算，因为下滑道结构超限往往发生在距离跑道入口4海里之内。从图5得出L1约为10百英尺，即约305 m；从图6得出L2约为1.7千英尺，即约518 m；故得出下滑反射区的最小长度L=L1+L2/2=305+518/2=564 m。

三亚凤凰机场新建08下滑场地A、B区总长度L=590 m，大于计算的理论值564 m，因此从理论上讲，现有新08下滑反射区是可以获得好的下滑道结构的。

3 校飞验证

3.1 校飞结论

三亚新08Ⅰ类下滑信标于2015年4月30日完成设备投产校飞，其中校飞结果为合格，表1为相关飞行校验数据。

从表中数据看下滑道结构尚可，但是入口高度按标准是15+3 m，17.5 m的入口高度偏高，理想的入口高度按平均值计算在16.5 m。目前三亚新08下滑场地为新填夯土，后期可能会有地面沉降，这样就会使入口高度降低，后期场地还有改善的情况。

3.2 影响下滑道结构的多种因素

目前从设备抑或从场地都可以通过各种方式来影响下滑道结构的改变，以下为各种影响下滑道结构的因素。（1）通过调整设备参数，如改变调制平衡，但是建议只能在标准范围内进行微调。（2）调整天线的挂高、左右偏置等，其中以M型捕获效应天线来说，中天线的高度决定下滑角度。（3）M型捕获效应下滑信标将上天线向跑道方向扭动，入口高度增大，反方向扭动入口高度减小[3]。（4）反射场地杂草偏高，相当于反射面抬高，使下滑角升高；另外在雨天如果场地有积水或地面上有积雪时，对下滑道也会有一定影响。（5）机场运行方面，三亚机场现有08主降下滑台位于滑行道与跑道之间，当五边飞机建立盲降后，若塔台指挥大型客机滑过下滑临界保护区在跑道端等待时，从而就影响了下滑信标信号的正常发射，导致飞机在五边进近时感觉盲降信号不稳定。

4 结语

尽管三亚凤凰机场新建08下滑场地保护区未能满足MH/T4003-1996《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范》的行业标准，但是通过查阅FAA order 6750.16E ILS场地设置规范文件，从理论原理分析、实际校飞结论、实际运行经验等多方面进行了探究，最后得出三亞凤凰机场新建08下滑场地能够满足下滑道结构的规范要求。

参考文献

[1] FAA order 6750.16E，SITING CRITERIA FOR INSTRUMENT LANDING SYSTEMS[S].2014.

[2] 中国民用航空局.MH/T4003-1996，航空无线电导航台和空中交通管制雷达站场地设置规范[S].1996.

[3] 瞿淳清，李铭佳，施先贵.浅析水平扭转M型下滑天线对入口高度及下滑角的影响[J].航空电子技术，2014（1）：35-39.