ILS进近程序设计障碍物评估研究

朱林松中国民航飞行学院 飞行技术学院

ILS进近程序设计障碍物评估研究

朱林松
中国民航飞行学院 飞行技术学院

朱林松 ，男，四川省西充县，1992.05，硕士研究生，飞行技术与航空运行，载运工具运用工程专业研二在校生。

仪表着陆系统进近程序是一种既能提供航向引导也能提供下滑引导的进近程序。在进行ILS精密进近程序设计时需要利用不同的障碍物评估面对其机场附近的障碍物进行重复评估，在地形复杂的机场，机场周围障碍物密集，采用人工对其进行逐一评估，工作量较大，且误差较高，不利于程序标准的制定。而当前中国西部地区机场数量逐年增加，其地形多为山区地势较为复杂，进行程序评估时工作量较大，如果程序设计误差性较高，将对机场的安全运行存在较大隐患，本次研究对提高程序运行的安全性具有重要意义。

障碍物位置的确定

程序设计进行障碍物评估时，首先需要确定障碍物的具体位置，传统的处理方法是通过机场细则信息在AutoCAD中逐一绘制，此种方法在数据量较大的情况下误差性较高，基于AutoLISP语言可以实现障碍物信息的自动标注。

Autolisp函数分析

Autolisp语言是二次开发AutoCAD的编程语言，嵌入在AutoCAD的内部，具有语法规则简单，功能函数强大，编程环境简单。以下主要介绍涉及到的几个基本的图形处理函数。

（POLAR 〈点〉 〈方位角〉 〈距离〉）

用于求相对于〈点〉为一定〈方位角〉和一定距离的点的坐标。〈方位角〉是从x轴正方向按逆时针方向计算，单位为弧度。根据点的类型，返回二维或三维点。此函数用于以ARP点为基准确定障碍物的具体位置。

（setq A （LIST 2 3））；表示A点坐标（X=2，Y=3），LIST函数为列表函数

（setq B （POLAR A 0 4））；表示B点坐标（X=6，Y=3），setq函数为赋值函数

（atof string）

当用户通过外部界面对机场基准点输入位置信息时，计算机默认数据类型为字符串数据，若将此数据传递给定义的变量进行图形绘制，程序是不能够成功运行的，需对数据类型进行转换，此函数可用来将字符串转换成实数型。

（atof "97.1"）；返回97.1

简述程序化实现障碍物标注

demo1：dialog｛｝ 《定义创建用户界面函数》

：row｛ 《创建输入窗口，行向量》

edit_box｛ 《创建内嵌在行向量中的列向量》

label="跑道基准点X坐标：" 《创建输入窗口标注》

edit_width=12； 《设计输入窗口宽度》

key="R_X"； ｝ 《赋予对应输入窗口参数标志符》

（setq xr （atof （get_tile "R_X"））） 《获取输入窗口数值并将其数据类型转换为实型》

（setq m1 （polar （list xr yr） （/ pi 2）3000） 《以跑道基准点为基准确定障碍物位置》

以上程序只是完整程序的部分，不能用来单独运行。

障碍物评估

ILS精密进近程序评估障碍物的方法有三种：基本ILS面评估障碍物、障碍物评估面—OAS面评估障碍物、碰撞危险模型（CRM）评价障碍物，上述3种方法在评估过程中处理障碍物的精密程度不同。本次主要研究前两种方法。

基本ILS面评估障碍物

基本ILS 面的构成

基本ILS面是在附件14面的基础上，为处理精密跑道A、B、C类而设计的障碍物限制面，它是由以下几个面组成：过渡面、起降带、进近面、复飞面，下图为各个面的高度方程式。

评估的步骤与方法

①判断障碍物在基本ILS面的哪一个面内。②将每个障碍物的坐标（x，y）分别代入其所在面的高度方程式，计算出障碍物所在位置的ILS面高（z）。③将障碍物高h和基本ILS面高（z）进行比较，如果障碍物高大于基本ILS面高，表示障碍物穿透基本ILS面，否则没有穿透。

OAS面评估障碍物

OAS 面的组成及其表达式

OAS面由对称于精密进近航迹（ILS航道）的6个斜面以及包含入口的水平面组成，如下图所示。

各个面的高度线性方式为：Z=A*x+B*y+C（方程式中x，y为障碍物的位置坐标，z为将位置坐标代入方程式计算而得OAS面高（以入口标高为基准），A，B，C均为OAS常数，需要从OAS面系数表中进行查询，其中A，B分别为各斜面沿x，y方向的斜率，C为斜面的截距。

基于MATLAB评估障碍物是否穿透OAS面的算法

在利用OAS面进行障碍物评估时，首先根据OAS常数表查出对应运行标准的OAS常数。计算某一障碍物对应的OAS面高时需确定障碍物处于哪一面内然后方便代入对应面系数进行计算，障碍物数量较多时可通过以下方法进行评估。

%A为4行3列矩阵，每一行代表一个评估面，分别为W、X、Y、Z面，每一列分别代表x，y的系数和常数项。

%Z=［Zw Zx Zy Zz］. 对应于每个面的高。

%Z=AB’

%B矩阵为n×3阶矩阵，B为障碍物坐标，B（：，1）为x轴坐标，B（：，2）为y轴坐标，（B：，3）为障碍物的高

%m为障碍物个数，P为障碍物所在面高

function［Z，k，p］=OAS（A，B）

m=length（B（：，1））；

a=ones（m，1）；

C=［B（：，1），B（：，2），a］；

Z=A*C’；

for n=1：m

p（n）=max（Z（：，n））；

if p（n）〈B（n，3） %面高与障碍物高比较

k（n）=n；%表示第n个障碍物穿透OAS面

else

k（n）=0；

end

end

非标准条件对OAS常数的修正

①飞机尺寸不标准时的修正

标准条件下飞机机翼的最大半翼展S为30m，且下滑接收天线轨迹与着陆轮之间的竖直间隔L为6m。当实际的S〉30m、L〉6m时，在计算过程中必须对W、W*、X、Y面的常数C进行修正（当小于标准数值可以修正也可以不修正），修正计算如下：

由于该项修正在L〉6m时必须进行，而Bx往往大于0.1，一般按下式计算P值：；当Bx〉0.1，

②ILS基准高（RDH）不标准条件下的修正

标准条件下ILS下滑航迹过入口时的高RDH为15m，当实际的RDH小于15m，则必须对W、W*、X、Y面的常数C进行修正，大于15m时，可以修正也可以不修正。修正的公式为：

C修=C+（RDH-15）（C=表列值、C修正=有关OAS面系数C的修正值）

计算ILS精密进近超障高OCH

计算精密航段的OCH要考虑穿透基本ILS面和OAS面的所有障碍物，这些障碍物分为两类，即进近障碍物（在FAP至入口以后900m之间的障碍物）和复飞障碍物（在其余精密航段内的障碍物）。精密进近航段包括最后进近航段和着陆条件不适合选择复飞的爬升航段。在计算OCH时，进近障碍物和复飞障碍物要区别计算。

判断进近障碍物和复飞障碍物的方法

判断进近障碍物和复飞障碍物应以入口之后900m （x=-900m）为界，当障碍物坐标X≥-900m为进近障碍物，障碍物坐标X〈-900m为复飞障碍物。而x=-900m点之前的某些障碍物也可能处在复飞航径之下，飞机是在上升状态下飞越这些障碍物。因此如果将这些障碍物划分为进近障碍物，将会导致最低着陆标准不必要的增加。可以通过入口之后900m且平行于标称下滑道GP面的斜面GP'为分界面。

GP’面的高度方程式：hGP’=（x+900）*tanθ （θ 为ILS下滑道的下滑角标准3°）

h≤hGP'，属于进近障碍物h〉hGP’，属于复飞障碍物。

计算复飞障碍物的当量高

区分出进近障碍物和复飞障碍物之后，应将复飞障碍物的高h按照换算关系计算成当量进近障碍物高h'：

在所有穿透基本ILS面和OAS面的障碍物中，进近障碍物高和复飞障碍物当量高数值最大者就是计算OCH的控制障碍物。

计算OCH值

为保障飞机安全穿越所有障碍物 ，计算OCH应在控制障碍物高的基础上加上高度损失。即：OCH=h+HL

高度损失（HL）是考虑到飞机由最后进近下降转为复飞上升时，由飞机惯性、空气动力性能以及高度表误差等所引起的高度损失。其大小是依照飞机在规定的进近航径上，在OCH高度上使用正常手操纵复飞程序的情况计算得到的，只适合于Ι、II类进近。对于E类飞机（Vat=307/390km/h）或特定速度（Vat）所要求的高度表余度，应按下式计算：

使用无线电高度表 HL=0.096 Vat-32

使用气压式高度表 HL=0.068 Vat+28.3

（其中Vat单位为km/h，HL单位为m）

高度损失（HL）

飞机分类　使用气压式高度表（I类）（m/ft）使用无线电高度表（II类）（m/ft）A（Vat〈169km/h）　40/130　13/42 B（Vat为169 -222 km/h）　43/142　18/59 C（Vat为223 -260 km/h）　46/150　22/71 D（Vat为261 -306 km/h）　49/161　26/85

结语

本次对程序设计中的障碍物评估进行了系统的分析研究，但对障碍物评估过程中如何更有效、迅速的查找障碍物所对应OAS面常数研究还不够深入，在今后的学习中值得进一步探讨。