淺析場地環境對ILS下滑道結構的影響

郭曉赟

摘 要：該文針對三亞鳳凰機場新建08下滑臺場地限制情況，對下滑信標輻射原理、菲涅爾原理、場地設置規范、場地現狀、校飛結論以及影響下滑道結構的因素等作了介紹及分析。通過理論分析和實際校飛結果得出三亞機場新建08下滑場地基本滿足下滑道結構規范要求。

關鍵詞：M 型下滑天線 菲涅爾原理 入口高度 下滑角

中圖分類號：V351.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（b）-0020-04

三亞鳳凰機場于1994年7月1日通航，跑道長3 400 m，寬60 m，是一座現代化4E級民用機場，機場現有08號跑道主降Ⅰ類精密進近儀表著陸系統，設備型號為WILCOX MK10，投產使用至今逾20年，現有主降下滑臺位于滑行道與跑道之間。民航三亞空管站于2015年4月完成三亞鳳凰機場主降更新、次降新建Ⅰ類儀表著陸系統工程項目，設備型號為SELEX 2100系列，主降08下滑臺則遷建于跑道南側。由于海南國際旅游島的成立，三亞鳳凰機場2011年客流量首次突破1 000萬，機場周邊工程建設日新月異，對機場的電磁環境的保護提出了更高的要求。該文基于三亞鳳凰機場主降08下滑場地的設置以及場地環境對下滑道結構的影響進行分析。

1 下滑信標原理

1.1 下滑信標工作原理

下滑信標的工作原理簡單來說就是設備發射CSB（載波加邊帶波）和SBO（抑制載波后的純邊帶波）信號經過空間調制后，機載接收機接收并比較該調制信號中的90 Hz和150 Hz兩個音頻信號的調制度；在下滑道上，90 Hz和150 Hz兩個音頻信號調制度相等，且調制度差為0，以此來引導飛機著陸；按國標，通常下滑角為3°。

三亞鳳凰機場主次降下滑信標均采用捕獲效應型雙頻天線系統，設備型號為SELEX 2110，共由上、中、下3副天線組成，CSB、SBO和余隙信號按一定比例饋給3副天線。捕獲效應型天線常用于反射區域長度小且地形起伏的反射場地，在下滑道的下方，CSB和SBO的信號強度減弱，削弱了地形對下滑道的影響，同時下滑的余隙調制有150 Hz占優的CSB信號且存在8 kHz的頻差不會對航道產生干擾，覆蓋的是下滑道下方區域，給飛機提供向上的信號。

1.2 下滑信標輻射區

下滑天線可分為零基準、邊帶基準和捕獲效應3種類型，其中M型捕獲效應天線對場地適應性最強，提供的下滑道結構也是最好，但由于此型號下滑信標一般都發射余隙信號，故其結構也最為復雜。根據天線原理，下滑天線的場型主要取決于地面的反射，如果地面為理想導體，入射波被全部反射，空間任何一點的場強均可看成實際天線與鏡像天線場強的疊加，如圖1所示。因下滑信標輻射的是水平極化波，故反射波和入射波幅度相等，相位差180°。

根據惠更斯一菲涅爾原理，在電波的傳輸過程中，發射天線與接收天線之間存在菲涅爾區。如圖1，發射天線T、接收天線R，鏡像天線T`，由電磁波傳播菲涅爾區的概念可知，在鏡像天線T`點到接收天線R點之間電波傳播的主區，就是以T`點和R點為焦點的最小或第一菲涅爾橢球區，該橢球與地面相交的橢圓，就是地面菲涅爾區，如圖2所示。

其中第一菲涅爾區對電磁波傳播的貢獻是最占優勢的，因此下滑輻射場型的好壞主要取決于地面菲涅爾區，影響最大的主要是地形以及地面上的障礙物等。通過查詢FAA order 6750.16E ILS場地設置規范文件，影響下滑道結構的反射區主要在第一菲涅爾區，可以通過如下公式計算出飛機正常進近時的菲涅爾區，而這個區域就是最小的保護區范圍[1]。

公式中θ為下滑角，λ為波長，D為飛機在地平面上的投影至下滑天線的距離。

2 下滑場地設置

2.1 民航業內場地設置規范

目前，中國民航下滑反射場地的設計依據是參照行業標準MH/T4003-1996《航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站場地設置規范》中的相關規定，在上述規范中，A、B區為下滑天線的菲涅爾反射區，如果保護區長度不足將會對下滑道結構造成影響。

2.2 三亞新08下滑場地概況

三亞鳳凰機場現有下滑臺位于跑道和滑行道中間位置，已經不能滿足日益增長的航班量和場地保護要求。新建下滑臺已遷至機場跑道西端的南側，這樣可以大大縮短飛機的等待距離，增加機場航班流量。新建下滑臺位于機場跑道西端的南側，距跑道西端內撤距離291 m，距跑道中心線110 m；機場圍界外側緊挨著海南G225國道。如果按場地規范要求，新下滑臺的位置距跑道中心線的最佳距離是120 m，考慮到A區場地限制，故定為110 m。下滑臺距跑道西端291 m是因為考慮到其所在位置附近有一自動觀測站。新建下滑臺的A、B、C區場地保護如下圖3所示。從圖中可看出，A區（按規范設計長度為360 m）與B區交界處，A區有約5 m區域處于機場圍界外；B區有一半區域位于機場圍界外；C區基本上處于機場圍界外，且位于G225國道上。按《航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規范》要求，完整的C區邊界應距離下滑天線120 m，但這樣就會覆蓋到公路對面民房區。由于場地及條件限制，只能通過征地擴大機場圍界以及土地平整等措施使B區達到場地保護要求。但是A區有約5 m區域處于機場圍界外，C區基本上處于機場圍界外，且位于G225國道上。

如上圖3所示，新建08下滑場地保護區也未能滿足MH/T4003-1996行業標準，其中A、B區總長度L僅為590 m，如果將下滑天線繼續后撤，使A、B區總長達到900 m的話，將會有更多的A區超出機場圍界以外到達國道上。下滑反射場地的長度不足可能會進一步導致下滑道的結構變差。

2.3 對下滑場地限制的理論分析

通過對以上情況的了解，三亞鳳凰機場新建08下滑保護區的場地是滿足不了MH/T4003-1996《航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規范》的。因為影響下滑道結構的反射區主要在第一菲涅爾區，從FAA order 6750.16E ILS場地設置規范文件中可以通過公式計算出下滑反射區的最小范圍，但是在科研階段不具有實際可操作性。

為了確認下滑場地保護區是否滿足要求，也可以通過FAA order 6750.16E中提供的圖6、圖5、圖6來估算下滑天線距離下滑反射場地第一菲涅爾區遠端的長度，即下滑反射區的最小長度L（MH/T4003-1996中A區與B區的總長）[1]。計算下滑反射區的最小長度L，L=L1+L2/2；L1由圖5估算得出，L2由圖6估算得出。圖4為計算下滑反射區的最小長度L示意圖，如圖所示通常選取4海里（24 304 462英尺），即外指點標的位置來進行估算，因為下滑道結構超限往往發生在距離跑道入口4海里之內。從圖5得出L1約為10百英尺，即約305 m；從圖6得出L2約為1.7千英尺，即約518 m；故得出下滑反射區的最小長度L=L1+L2/2=305+518/2=564 m。

三亞鳳凰機場新建08下滑場地A、B區總長度L=590 m，大于計算的理論值564 m，因此從理論上講，現有新08下滑反射區是可以獲得好的下滑道結構的。

3 校飛驗證

3.1 校飛結論

三亞新08Ⅰ類下滑信標于2015年4月30日完成設備投產校飛，其中校飛結果為合格，表1為相關飛行校驗數據。

從表中數據看下滑道結構尚可，但是入口高度按標準是15+3 m，17.5 m的入口高度偏高，理想的入口高度按平均值計算在16.5 m。目前三亞新08下滑場地為新填夯土，后期可能會有地面沉降，這樣就會使入口高度降低，后期場地還有改善的情況。

3.2 影響下滑道結構的多種因素

目前從設備抑或從場地都可以通過各種方式來影響下滑道結構的改變，以下為各種影響下滑道結構的因素。（1）通過調整設備參數，如改變調制平衡，但是建議只能在標準范圍內進行微調。（2）調整天線的掛高、左右偏置等，其中以M型捕獲效應天線來說，中天線的高度決定下滑角度。（3）M型捕獲效應下滑信標將上天線向跑道方向扭動，入口高度增大，反方向扭動入口高度減小[3]。（4）反射場地雜草偏高，相當于反射面抬高，使下滑角升高；另外在雨天如果場地有積水或地面上有積雪時，對下滑道也會有一定影響。（5）機場運行方面，三亞機場現有08主降下滑臺位于滑行道與跑道之間，當五邊飛機建立盲降后，若塔臺指揮大型客機滑過下滑臨界保護區在跑道端等待時，從而就影響了下滑信標信號的正常發射，導致飛機在五邊進近時感覺盲降信號不穩定。

4 結語

盡管三亞鳳凰機場新建08下滑場地保護區未能滿足MH/T4003-1996《航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站設置場地規范》的行業標準，但是通過查閱FAA order 6750.16E ILS場地設置規范文件，從理論原理分析、實際校飛結論、實際運行經驗等多方面進行了探究，最后得出三亞鳳凰機場新建08下滑場地能夠滿足下滑道結構的規范要求。

參考文獻

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

[2] 中國民用航空局.MH/T4003-1996，航空無線電導航臺和空中交通管制雷達站場地設置規范[S].1996.

[3] 瞿淳清，李銘佳，施先貴.淺析水平扭轉M型下滑天線對入口高度及下滑角的影響[J].航空電子技術，2014（1）：35-39.