ILS進近程序設計障礙物評估研究

朱林松中國民航飛行學院 飛行技術學院

ILS進近程序設計障礙物評估研究

朱林松
中國民航飛行學院 飛行技術學院

朱林松 ，男，四川省西充縣，1992.05，碩士研究生，飛行技術與航空運行，載運工具運用工程專業研二在校生。

儀表著陸系統進近程序是一種既能提供航向引導也能提供下滑引導的進近程序。在進行ILS精密進近程序設計時需要利用不同的障礙物評估面對其機場附近的障礙物進行重復評估，在地形復雜的機場，機場周圍障礙物密集，采用人工對其進行逐一評估，工作量較大，且誤差較高，不利于程序標準的制定。而當前中國西部地區機場數量逐年增加，其地形多為山區地勢較為復雜，進行程序評估時工作量較大，如果程序設計誤差性較高，將對機場的安全運行存在較大隱患，本次研究對提高程序運行的安全性具有重要意義。

障礙物位置的確定

程序設計進行障礙物評估時，首先需要確定障礙物的具體位置，傳統的處理方法是通過機場細則信息在AutoCAD中逐一繪制，此種方法在數據量較大的情況下誤差性較高，基于AutoLISP語言可以實現障礙物信息的自動標注。

Autolisp函數分析

Autolisp語言是二次開發AutoCAD的編程語言，嵌入在AutoCAD的內部，具有語法規則簡單，功能函數強大，編程環境簡單。以下主要介紹涉及到的幾個基本的圖形處理函數。

（POLAR 〈點〉 〈方位角〉 〈距離〉）

用于求相對于〈點〉為一定〈方位角〉和一定距離的點的坐標。〈方位角〉是從x軸正方向按逆時針方向計算，單位為弧度。根據點的類型，返回二維或三維點。此函數用于以ARP點為基準確定障礙物的具體位置。

（setq A （LIST 2 3））；表示A點坐標（X=2，Y=3），LIST函數為列表函數

（setq B （POLAR A 0 4））；表示B點坐標（X=6，Y=3），setq函數為賦值函數

（atof string）

當用戶通過外部界面對機場基準點輸入位置信息時，計算機默認數據類型為字符串數據，若將此數據傳遞給定義的變量進行圖形繪制，程序是不能夠成功運行的，需對數據類型進行轉換，此函數可用來將字符串轉換成實數型。

（atof "97.1"）；返回97.1

簡述程序化實現障礙物標注

demo1：dialog｛｝ 《定義創建用戶界面函數》

：row｛ 《創建輸入窗口，行向量》

edit_box｛ 《創建內嵌在行向量中的列向量》

label="跑道基準點X坐標：" 《創建輸入窗口標注》

edit_width=12； 《設計輸入窗口寬度》

key="R_X"； ｝ 《賦予對應輸入窗口參數標志符》

（setq xr （atof （get_tile "R_X"））） 《獲取輸入窗口數值并將其數據類型轉換為實型》

（setq m1 （polar （list xr yr） （/ pi 2）3000） 《以跑道基準點為基準確定障礙物位置》

以上程序只是完整程序的部分，不能用來單獨運行。

障礙物評估

ILS精密進近程序評估障礙物的方法有三種：基本ILS面評估障礙物、障礙物評估面—OAS面評估障礙物、碰撞危險模型（CRM）評價障礙物，上述3種方法在評估過程中處理障礙物的精密程度不同。本次主要研究前兩種方法。

基本ILS面評估障礙物

基本ILS 面的構成

基本ILS面是在附件14面的基礎上，為處理精密跑道A、B、C類而設計的障礙物限制面，它是由以下幾個面組成：過渡面、起降帶、進近面、復飛面，下圖為各個面的高度方程式。

評估的步驟與方法

①判斷障礙物在基本ILS面的哪一個面內。②將每個障礙物的坐標（x，y）分別代入其所在面的高度方程式，計算出障礙物所在位置的ILS面高（z）。③將障礙物高h和基本ILS面高（z）進行比較，如果障礙物高大于基本ILS面高，表示障礙物穿透基本ILS面，否則沒有穿透。

OAS面評估障礙物

OAS 面的組成及其表達式

OAS面由對稱于精密進近航跡（ILS航道）的6個斜面以及包含入口的水平面組成，如下圖所示。

各個面的高度線性方式為：Z=A*x+B*y+C（方程式中x，y為障礙物的位置坐標，z為將位置坐標代入方程式計算而得OAS面高（以入口標高為基準），A，B，C均為OAS常數，需要從OAS面系數表中進行查詢，其中A，B分別為各斜面沿x，y方向的斜率，C為斜面的截距。

基于MATLAB評估障礙物是否穿透OAS面的算法

在利用OAS面進行障礙物評估時，首先根據OAS常數表查出對應運行標準的OAS常數。計算某一障礙物對應的OAS面高時需確定障礙物處于哪一面內然后方便代入對應面系數進行計算，障礙物數量較多時可通過以下方法進行評估。

%A為4行3列矩陣，每一行代表一個評估面，分別為W、X、Y、Z面，每一列分別代表x，y的系數和常數項。

%Z=［Zw Zx Zy Zz］. 對應于每個面的高。

%Z=AB’

%B矩陣為n×3階矩陣，B為障礙物坐標，B（：，1）為x軸坐標，B（：，2）為y軸坐標，（B：，3）為障礙物的高

%m為障礙物個數，P為障礙物所在面高

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） %面高與障礙物高比較

k（n）=n；%表示第n個障礙物穿透OAS面

else

k（n）=0；

end

end

非標準條件對OAS常數的修正

①飛機尺寸不標準時的修正

標準條件下飛機機翼的最大半翼展S為30m，且下滑接收天線軌跡與著陸輪之間的豎直間隔L為6m。當實際的S〉30m、L〉6m時，在計算過程中必須對W、W*、X、Y面的常數C進行修正（當小于標準數值可以修正也可以不修正），修正計算如下：

由于該項修正在L〉6m時必須進行，而Bx往往大于0.1，一般按下式計算P值：；當Bx〉0.1，

②ILS基準高（RDH）不標準條件下的修正

標準條件下ILS下滑航跡過入口時的高RDH為15m，當實際的RDH小于15m，則必須對W、W*、X、Y面的常數C進行修正，大于15m時，可以修正也可以不修正。修正的公式為：

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

計算ILS精密進近超障高OCH

計算精密航段的OCH要考慮穿透基本ILS面和OAS面的所有障礙物，這些障礙物分為兩類，即進近障礙物（在FAP至入口以后900m之間的障礙物）和復飛障礙物（在其余精密航段內的障礙物）。精密進近航段包括最后進近航段和著陸條件不適合選擇復飛的爬升航段。在計算OCH時，進近障礙物和復飛障礙物要區別計算。

判斷進近障礙物和復飛障礙物的方法

判斷進近障礙物和復飛障礙物應以入口之后900m （x=-900m）為界，當障礙物坐標X≥-900m為進近障礙物，障礙物坐標X〈-900m為復飛障礙物。而x=-900m點之前的某些障礙物也可能處在復飛航徑之下，飛機是在上升狀態下飛越這些障礙物。因此如果將這些障礙物劃分為進近障礙物，將會導致最低著陸標準不必要的增加。可以通過入口之后900m且平行于標稱下滑道GP面的斜面GP'為分界面。

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

h≤hGP'，屬于進近障礙物h〉hGP’，屬于復飛障礙物。

計算復飛障礙物的當量高

區分出進近障礙物和復飛障礙物之后，應將復飛障礙物的高h按照換算關系計算成當量進近障礙物高h'：

在所有穿透基本ILS面和OAS面的障礙物中，進近障礙物高和復飛障礙物當量高數值最大者就是計算OCH的控制障礙物。

計算OCH值

為保障飛機安全穿越所有障礙物 ，計算OCH應在控制障礙物高的基礎上加上高度損失。即：OCH=h+HL

高度損失（HL）是考慮到飛機由最后進近下降轉為復飛上升時，由飛機慣性、空氣動力性能以及高度表誤差等所引起的高度損失。其大小是依照飛機在規定的進近航徑上，在OCH高度上使用正常手操縱復飛程序的情況計算得到的，只適合于Ι、II類進近。對于E類飛機（Vat=307/390km/h）或特定速度（Vat）所要求的高度表余度，應按下式計算：

使用無線電高度表 HL=0.096 Vat-32

使用氣壓式高度表 HL=0.068 Vat+28.3

（其中Vat單位為km/h，HL單位為m）

高度損失（HL）

飛機分類　使用氣壓式高度表（I類）（m/ft）使用無線電高度表（II類）（m/ft）A（Vat〈169km/h）　40/130　13/42 B（Vat為169 -222 km/h）　43/142　18/59 C（Vat為223 -260 km/h）　46/150　22/71 D（Vat為261 -306 km/h）　49/161　26/85

結語

本次對程序設計中的障礙物評估進行了系統的分析研究，但對障礙物評估過程中如何更有效、迅速的查找障礙物所對應OAS面常數研究還不夠深入，在今后的學習中值得進一步探討。