微波著陸系統（MLS）機場應用研究

李勇軍，朱林寰，趙鵬飛

(國營蕪湖機械廠,安徽 蕪湖 241007)

微波著陸系統(MLS)是時基掃描波束微波著陸系統的簡稱,用于加強飛機的進場著陸引導功能，實現飛機在復雜氣象條件下的安全著陸[1]。本文根據機場微波著陸設施與機載設備的配合工作情況，研究微波著陸系統測量原理和應用情況。

1 系統組成

微波著陸系統由機載設備和地面臺站組成，具體由方位臺、仰角臺、精密測距器和機載設備組成，典型機場微波著陸系統組成示意圖如圖1所示。

1.1 方位制導

方位制導由方位電子柜和方位天線柜組成，方位天線一般安裝在跑道終端跑道中心線的延長線上。用于提供進近飛機在水平面的引導。方位天線柜含多種不同發射天線，方位掃描天線用于發射方位掃描波束；OCI天線用于發射方位覆蓋區外指示信號（OCI）；左/右余隙天線用于發射余隙脈沖信號；單槽縫波導天線用于發射DPSK調制信號。

1.2 仰角制導

圖1 機場微波著陸系統組成示意圖

仰角制導由仰角電子柜和仰角天線柜組成，一般安裝在跑道入口處的跑道一側，用于提供進近飛機在水平面的引導。仰角制導除了發射仰角掃描波束外，其前向天線只發射前導識別碼。

1.3 反方位制導

反方位制導由反方位電子柜和反方位天線柜組成，在跑道入口前端和方位制導對稱安裝，用于提供進近飛機未完成著陸的復飛引導。

1.4 拉平制導

拉平制導由拉平電子柜和拉平天線柜組成，安裝在跑道入口處的跑道一側，用于提供進近飛機在拉平階段離地面的高度信息。拉平臺工作頻率處于Ku波段，(15400～15700)MHz。

1.5 精密測距天線

一般和方位制導同位安裝，也可在150米內偏置安裝，用于對進近飛機測距詢問信號的應答。

1.6 機載設備

機載微波著陸設備用于接收地面發射的引導信息，精確測量飛機的到臺距離，引導飛機按正確的下滑路徑進近著陸。機載微波著陸設備在各型飛機上的組成大同小異，主要是在具體型號上的差異，在飛機上的主要配置為：接收機、控制盒、航向下滑天線、耦合器、轉換盒等。微波著陸系統與載機信號交聯關系如圖2所示。

圖2 微波著陸系統與載機信號交聯關系圖

2 工作原理

飛機在進近著陸時，由機場地面臺站中方位臺和仰角臺的天線分別發出左右和上下掃描的扇形波束，機載設備接收設備收到相應波束信號后，通過測量兩個波束信號經過飛機的時間間隔，這個時間間隔與飛機偏離飛機跑道中心線和離地的仰角成正比，由此得到飛機相對于跑道的方位角、俯仰角等信息，以引導飛機安全著陸。下面以方位測量為例（圖3所示），闡述方位測量的方法：

方位天線在水平面內輻射一個很窄（0.5°～5°可調），而在垂直面很寬（約為30°）的扇形波束，該波束在水平內從一個極端位置（例如跑道一側40°開始）以恒定的速度掃描到另一極端位置（例如跑道另一側40°）。在這一極端位置停留一段固定時間后，沿相反的方向，以同樣的速度返掃到起始位置。按一定的時序安排，反復進行上述掃描過程。

飛機在進入以微波著陸方位天線為頂點、距離20海里以內，以跑道中心線為基準±θi角度范圍的地面信號覆蓋范圍后，機載設備就可正常接收地面引導臺的掃描信號，無線電信號的傳播速度C為常數3×108米/秒，往返掃描波束掃過飛機的最長時間間隔為13000微秒，在該時段內飛機的位置變化微小，可以忽略其方位角度變化。

國際民航公約對微波著陸系統有關參數規定如下：

波束掃描速度為 V=20000度/秒

方位掃描范圍為 -62°～+62°；-42°～+42°(高速率方位)

仰角掃描范圍為 -1.5°～+29.5°

由往掃轉為返掃的停留時間為 方位600μs，仰角 400μs

波束掃過跑道中心線的時間間隔T0

對正常速率掃描

T0=62×2/0.02+600=6800μs

對高速率掃描

T0=42×2/0.02+600=4800μs

設飛機位置收到往返掃描波束的時間間隔為t，則飛機偏離跑道中心線的方位偏差角

由式（1）可以看出

面向天線，當飛機在跑道右側時，t＞T0，θ為負角度

當飛機在跑道左側時，t＜T0，θ為正角度當飛機在跑道中心線上時，t=0，θ=0°

機載設備只要測得收到的地面引導臺發射的往返掃描波束信號的時間差，就能獲取飛機所在位置以跑道中心線為基準的方位偏差角度。

同理，對仰角掃描而言，只是-θi=-1.5°，+θi=29.5°

T0=29.5×2/0.02+400=3350μs

仰角偏差角度計算公式同式（1）

機載設備接收到地面臺發射的數據字及掃描波束后，根據上述公式進行相應的計算處理，然后輸出對應的航向和仰角信號，便可實現引導飛機進行安全著陸。

3 著陸引導

飛機在微波著陸模式下工作時，控制盒需選擇進場方位角AZ，其范圍為0°～359°，進場方位角的選擇要根據預著陸機場跑道及地面臺站的配置確定，選擇的方位角就是進場方向的磁航向。我國現階段機場微波著陸地面臺的配置，均為一個方位臺，一個仰角臺的基本配置，微波著陸地面臺的引導均為單向引導，著陸方向只有一個，不支持反向著陸引導。

某機場配置示意圖如圖4，對于該機場跑道，如果可雙向著陸，當以與圖中所示進場方向反向，從跑道終端向跑道入口方向著陸時，由于地面臺配置的關系，機載設備在這種情況下不提供著陸引導。

4 結論

微波著陸系統作為新一代精密引導著陸系統，相對于儀表著陸和傳統的依靠無線電羅盤和指點信標機進行著陸的方式，微波著陸引導信號具有覆蓋空間大、引導精度高，提供的進近方式更為靈活的特點，后續將逐漸成為我國現役飛機的主流著陸引導設備。