海上动平台飞机着降系统发展综述

王晓旺，原彬

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

具备飞机起降和作战保障能力的海上大型移动平台（如航母）是当今世界上具备强大综合战斗能力的平台，也是军事强国的核心标志，其全面的作战能力是目前其它各类平台无法替代的。对此类动平台而言，配备的各类飞机是其超强战力的直接体现和保障。而在实际应用中，要使这些飞机具有战斗力，必须能在平台上安全起降，因此飞机的安全着降尤为重要。本文以航母为例对海上动平台飞机着降系统的发展进行综合研究分析。

由于航母飞行甲板不仅狭小，还处于持续运动中，海洋气候环境也比陆地机场更为复杂，飞机在甲板上着降是非常困难又危险的事情。自航母问世以来，如何提高着降精度、最大限度降低着降风险、降低着降阶段事故率，一直是航母装备研究的关键所在，先后产生了多种着降引导系统。

国外相关着降系统的发展主要经历三个阶段：20世纪50年代的“助降镜”；20世纪60年代的“菲涅尔透镜光学助降系统”；基于时基波速扫描技术的第三代“全天候电子助降系统”。21世纪以来，基于GNSS的着降引导系统也逐渐实现应用。

目前，欧美强国航母着降系统主要有无线电着降系统和光学助降系统[3]，前者主要通过着降引导雷达为飞机提供相对位置、速度信息和飞行状态，光学助降系统是通过灯光信号，给飞行员提供正确的下滑轨迹。

1 航母着降系统发展历程

航母问世初期没有专门的着降系统，主要由飞行甲板上的引导官利用信号旗等装置引导飞机降落。1945年，美国首次把着陆雷达用于航母着降引导，二战后曾生产过 AN/SPN-6、AN/SPN-8、AN/SPN-12等型号装备，作为辅助设备为飞行员提供方位和距离信息。

图1 美军各类着降系统装备

1952年，英国首先发明了光学助降装置——助降镜，装在舰尾的灯光照向镜面再反射到空中，给飞行员提供灯光下滑斜面，引导飞机安全降落到航母上。1953年，助降镜在英国航母“光辉”号上实验成功并得到了应用。20世纪60年代，英国又发明了菲涅耳透镜光学助降系统，几经改进一直沿用到今天。美国海军后来也采用了这种设备，将它作为目视着降的主要手段。

美国海军在1951年开始研制全天候全自动着降系统，1957年确定了以圆锥扫描跟踪雷达为基础的自动着降系统，1963年AN/SPN-10系统进行了试验，1969年改进的自动着降系统AN/SPN-42投入使用并开始装备美国航母。20世纪80年代初期AN/SPN-42的改进型号AN/SPN-46研制成功，目前，美国航母普遍装备这两种型号的系统。

美国海军在1969年将微波波束扫描技术应用于着降引导，这种系统包括设舰面设备和机载设备，舰面设备型号是 AN/SPN-41，机载设备型号是AN/ARA-63。AN/SPN-41也称为仪表着降系统，目前美国航母普遍装备该系统，与AN/SPN-42系统或AN/SPN-46系统配套使用，可独立完成仪表着降引导，也可作为独立监视器，监视AN/SPN-42系统自动着降引导过程。

1980年代以来，激光、红外、电视和计算机技术飞速发展，各种新型光学助降设备（如激光中线定位仪，激光下滑指示器，集激光、红外、电视于一体的甲板进近着降激光系统等）先后出现，这些设备利用激光、红外或电视技术增强目视能力，为飞行员提供直接目视信号，有效增强了着降的安全性。同时也给着降引导官在夜间或恶劣天气下精确判断飞机状态提供更多信息，便于确定飞机是否在许可的飞行范围内进近着降。

20世纪90年代中期，美国GPS系统正式投入使用，基于GPS的飞机着降系统也拉开了序幕。雷神公司为美国海军研制的联合精密进近和着陆系统（Joint Precision Approach and Landing System，JPALS）于2001年7月在潘图生河的海军试验中心用F/A-18飞机完成了首次自主着降试验，2014年利用X-47B无人机实现航母着降引导，具备初始工作能力，并已装备福特级航母，后续随着JPALS系统应用逐渐成熟后逐步替代现有着降引导装备。

2 航母着降引导系统

2.1 着降方式分析

（1）目视着降装备

采用目视方式进行着降的飞机在航母上空按长方形航线进行回旋飞行，航母位于长方形右边线的中心。一旦获得着降许可，飞机飞到航母右侧上方，并下降高度，放下起落架和尾钩，飞行到规定的进近点；当到达下滑点处开始降低高度，逐渐增加下滑速度，飞行员确认已经看到光学助降系统灯光后，按助降灯光引导，逐渐靠近航母，完成着降。

图2 着降引导方式

（2）仪表着降方式

与陆地机场仪表着陆系统方式类似，甲板着降过程中先截获仪表着降系统引导信号，通过仪表显示偏差引导信息，飞行员操纵飞机保持垂直指针和水平指针都在中心位置继续飞行，进入最终进近段，确认看见光学助降系统灯光后按目视方式着降。

（3）自动着降方式

目前主用的自动着降手段主要为雷达着降系统，飞机通过导航设备引导向舰尾方向飞去，到达航母后部约20km处开始降低高度，放下起落架和尾钩，减速并向着降系统雷达捕获窗口飞去，当飞机被雷达捕获并跟踪后，由着降引导系统提供引导信息，自动控制飞机按预定下滑道飞行，最终进近段启动运动补偿功能，引导飞机完成着降。

2.2 着降系统装备分析

2.2.1 舰面主动系统

（1）雷达着降引导系统

雷达着降引导主要是 AN/SPN-42着降引导雷达或AN/SPN-46精密进场着降系统（PALS），能为飞机提供全天候、安全可靠的着降保障，在恶劣天气和复杂海况下也能使用，且不受低云幕和低能见度限制。AN/SPN-46系统由两部精密跟踪雷达、计算机、一台数据链发射机、船体运动传感器和控制平台组成。两部雷达可以同时对两架飞机进行跟踪，实现自动着降引导。

（2）光电着降系统

法国研制的“达拉斯（DALLAS）”甲板进场着降激光系统，能实现测距精度±5m，方位精度±0.6mrad，仰角精度±0.3 mrad引导能力。

2.2.2 机上主动系统

（1）仪表着降系统

由航母上的发射设备AN/SPN-41、飞机上的接收/解码设备AN/ARA-63组成，在座舱显示出偏差指令。

图5 仪表着降系统

（2）微波着降系统

法国在戴高乐号航母上对 TEXTRON Systems公司的 AN/TRA-45型微波着降引导设备进行过评价试验。这种系统与AN/SPN-41功能基本相同，能完成仪表方式的着降引导功能。

图6 微波着降系统

（3）联合精密进近与着陆系统

JPALS系统是一个精确、抗恶劣天气和复杂地形影响、易存活、易维护、具有兼容互操作能力的着降系统，发展目标为在未来逐渐替代传统的手段，为飞机着降提供更安全、更可靠的引导保障。

图7 JPALS系统

2.2.3 目视着降系统

（1）甲板灯光助降系统

甲板灯光助降系统虽然作用距离短、引导精度低，但作为最基本的着降跑道对中系统，在各国航母上广泛装备。

图8 甲板灯光助降系统

（2）菲涅尔透镜光学助降系统

目前，美国海军的光学助降系统主要有菲涅耳透镜光学助降系统（FLOLS）和改进型菲涅耳透镜光学助降系统（IFLOLS）两种，后者能提供更精确的下滑信息，其数字控制、内部稳定的光学系统及精确的透镜使其在距离和性能上都优于FLOLS。

图9 FLOLS系统

图10 IFLOLS系统

（3）激光目视助降系统（ICOLS）

美国海军的“艾科尔斯”（ICOLS）光学助降改进系统是有代表性的激光目视助降系统，能够实现在夜间和不利气候条件下的着降引导。

图11 ICOLS系统

3 着降系统发展趋势简析

按照美国海军全球战略要求，其未来的航母将逐步开始装备无人作战飞机，对着降引导精度要求更高、引导跟踪过程要求更平滑，航母着降引导系统今后主要在以下几个方面进行突破改进：

（1）无人化：支持各类无人作战飞机着降引导，引导模式包括下滑着降和垂直着降等；

（2）自动着降引导：针对飞机特别是无人飞机，全自动着降引导能够满足高效率、高性能的飞机着降引导；

（3）综合化：利用各种着降引导信息进行综合化处理，获得最优的着降引导信息；

（4）集成化：航空电子设备集成化，如美军的EGI，通过各类电子装备集成化设计，降低设备成本、功耗，提升性能。

从国外自动着降系统发展看，全自动着降系统由多种手段构成，各种手段相互独立、相互融合、相互监视，构建一个完备的全自动着降系统。

4 结语

飞机安全着降对航母整体作战性能意义重大，而飞机着降引导装备从最初仅依赖飞行员个人的高超驾驶技术，逐渐发展到通过各类着降引导系统综合使用为飞机提供高精度引导性能保障，实现飞机自动控制状态下的着降引导。随着科技的不断发展，未来的航母飞机着降系统将逐步使着降引导成为越来越简单、安全的事情，保障飞机作战性能得到更充分的发挥。