微波着陆系统（MLS）机场应用研究

李勇军，朱林寰，赵鹏飞

(国营芜湖机械厂,安徽 芜湖 241007)

微波着陆系统(MLS)是时基扫描波束微波着陆系统的简称,用于加强飞机的进场着陆引导功能，实现飞机在复杂气象条件下的安全着陆[1]。本文根据机场微波着陆设施与机载设备的配合工作情况，研究微波着陆系统测量原理和应用情况。

1 系统组成

微波着陆系统由机载设备和地面台站组成，具体由方位台、仰角台、精密测距器和机载设备组成，典型机场微波着陆系统组成示意图如图1所示。

1.1 方位制导

方位制导由方位电子柜和方位天线柜组成，方位天线一般安装在跑道终端跑道中心线的延长线上。用于提供进近飞机在水平面的引导。方位天线柜含多种不同发射天线，方位扫描天线用于发射方位扫描波束；OCI天线用于发射方位覆盖区外指示信号（OCI）；左/右余隙天线用于发射余隙脉冲信号；单槽缝波导天线用于发射DPSK调制信号。

1.2 仰角制导

图1 机场微波着陆系统组成示意图

仰角制导由仰角电子柜和仰角天线柜组成，一般安装在跑道入口处的跑道一侧，用于提供进近飞机在水平面的引导。仰角制导除了发射仰角扫描波束外，其前向天线只发射前导识别码。

1.3 反方位制导

反方位制导由反方位电子柜和反方位天线柜组成，在跑道入口前端和方位制导对称安装，用于提供进近飞机未完成着陆的复飞引导。

1.4 拉平制导

拉平制导由拉平电子柜和拉平天线柜组成，安装在跑道入口处的跑道一侧，用于提供进近飞机在拉平阶段离地面的高度信息。拉平台工作频率处于Ku波段，(15400～15700)MHz。

1.5 精密测距天线

一般和方位制导同位安装，也可在150米内偏置安装，用于对进近飞机测距询问信号的应答。

1.6 机载设备

机载微波着陆设备用于接收地面发射的引导信息，精确测量飞机的到台距离，引导飞机按正确的下滑路径进近着陆。机载微波着陆设备在各型飞机上的组成大同小异，主要是在具体型号上的差异，在飞机上的主要配置为：接收机、控制盒、航向下滑天线、耦合器、转换盒等。微波着陆系统与载机信号交联关系如图2所示。

图2 微波着陆系统与载机信号交联关系图

2 工作原理

飞机在进近着陆时，由机场地面台站中方位台和仰角台的天线分别发出左右和上下扫描的扇形波束，机载设备接收设备收到相应波束信号后，通过测量两个波束信号经过飞机的时间间隔，这个时间间隔与飞机偏离飞机跑道中心线和离地的仰角成正比，由此得到飞机相对于跑道的方位角、俯仰角等信息，以引导飞机安全着陆。下面以方位测量为例（图3所示），阐述方位测量的方法：

方位天线在水平面内辐射一个很窄（0.5°～5°可调），而在垂直面很宽（约为30°）的扇形波束，该波束在水平内从一个极端位置（例如跑道一侧40°开始）以恒定的速度扫描到另一极端位置（例如跑道另一侧40°）。在这一极端位置停留一段固定时间后，沿相反的方向，以同样的速度返扫到起始位置。按一定的时序安排，反复进行上述扫描过程。

飞机在进入以微波着陆方位天线为顶点、距离20海里以内，以跑道中心线为基准±θi角度范围的地面信号覆盖范围后，机载设备就可正常接收地面引导台的扫描信号，无线电信号的传播速度C为常数3×108米/秒，往返扫描波束扫过飞机的最长时间间隔为13000微秒，在该时段内飞机的位置变化微小，可以忽略其方位角度变化。

国际民航公约对微波着陆系统有关参数规定如下：

波束扫描速度为 V=20000度/秒

方位扫描范围为 -62°～+62°；-42°～+42°(高速率方位)

仰角扫描范围为 -1.5°～+29.5°

由往扫转为返扫的停留时间为 方位600µs，仰角 400µs

波束扫过跑道中心线的时间间隔T0

对正常速率扫描

T0=62×2/0.02+600=6800µs

对高速率扫描

T0=42×2/0.02+600=4800µs

设飞机位置收到往返扫描波束的时间间隔为t，则飞机偏离跑道中心线的方位偏差角

由式（1）可以看出

面向天线，当飞机在跑道右侧时，t＞T0，θ为负角度

当飞机在跑道左侧时，t＜T0，θ为正角度当飞机在跑道中心线上时，t=0，θ=0°

机载设备只要测得收到的地面引导台发射的往返扫描波束信号的时间差，就能获取飞机所在位置以跑道中心线为基准的方位偏差角度。

同理，对仰角扫描而言，只是-θi=-1.5°，+θi=29.5°

T0=29.5×2/0.02+400=3350µs

仰角偏差角度计算公式同式（1）

机载设备接收到地面台发射的数据字及扫描波束后，根据上述公式进行相应的计算处理，然后输出对应的航向和仰角信号，便可实现引导飞机进行安全着陆。

3 着陆引导

飞机在微波着陆模式下工作时，控制盒需选择进场方位角AZ，其范围为0°～359°，进场方位角的选择要根据预着陆机场跑道及地面台站的配置确定，选择的方位角就是进场方向的磁航向。我国现阶段机场微波着陆地面台的配置，均为一个方位台，一个仰角台的基本配置，微波着陆地面台的引导均为单向引导，着陆方向只有一个，不支持反向着陆引导。

某机场配置示意图如图4，对于该机场跑道，如果可双向着陆，当以与图中所示进场方向反向，从跑道终端向跑道入口方向着陆时，由于地面台配置的关系，机载设备在这种情况下不提供着陆引导。

4 结论

微波着陆系统作为新一代精密引导着陆系统，相对于仪表着陆和传统的依靠无线电罗盘和指点信标机进行着陆的方式，微波着陆引导信号具有覆盖空间大、引导精度高，提供的进近方式更为灵活的特点，后续将逐渐成为我国现役飞机的主流着陆引导设备。