下滑入口高度低的分析及处理

郭宝军

摘  要：该文针对某机场下滑设备更新后入口高超限问题进行理论分析，探寻切实可行的解决方法。目前，按照15 m计算的内撤距离设计方案，大部分出现了飞行校验时入口高度超限问题。该文依照下滑台站的物理设计数据，象下滑天线的内撤距离、下滑反射区的纵向坡度、入口跑道面与反射區高差（横向坡度），结合下滑入口高度的飞行校验的取值方法，并参考法国民航大学的LAGON下滑模拟软件进行测试，提出了改善入口高度的方案。

关键词：入口高度;下滑结构;内撤距离;模拟软件LAGON;下滑场型

中图分类号：V351            文献标志码：A

0 引言

入口高度是下滑信标重要的参数之一，而入口高度超限问题较难解决。该文从以下几个方面进行综合分析，详细阐述解决下滑入口高度超限的方法。

1 某机场下滑台的基本情况以及存在的问题

某机场跑道长度2 500 m，设计下滑角3.1°，下滑天线距跑道中心线140 m，下滑反射区前坡FSL=+0.07°，下滑天线内撤距离为283 m。每次飞行校验下滑入口高度在15 m的临界值，考虑到原来设备的运行情况、建设成本等因素，进行了原址更新（下滑天线位置不变）。由零基准天线的NM3500下滑设备，更新为捕获效应天线的NM7033B下滑设备，如图1所示。

更新后的投产校验下滑角度符合要求，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区结构符合要求，入口高度不符合15 m～18 m的要求，TX1、TX2的入口高度分别为14.7 m和14.6 m，与设备更新前情况基本一致。该次投产校验数据见表1。

2.2 下滑设备调整

下滑信号是由上、中、下3个天线分别辐射的CSB、SBO、CLR信号叠加而成的 ，根据外场公式

外场某点获得的下滑信号与CSB、SB0信号的幅度以及CSB、SB0信号之间的相位密切相关。因此，必须保证CSB、SB0信号以及它们之间的相位差获得正确的关系。在下滑设备中，发射机的CSB和SB0信号幅度可以进行调整，它们之间的相位也可以进行调整，必须保证下滑发射机输出的CSB、SB0的幅度及相位差保持正确的关系。下滑天线分配单元把发射机输出的CSB、SB0按照适当的幅度和相位关系分配到上中下天线，必须保证上、中、下天线获得正确的幅度和相位。上、中、下3个射频电缆的损耗和电气长度会影响CSB、SB0信号天线输入端的幅度和相位，必须保证在天线输入端获得正确的幅度和相位。天线振子的传输特性等也会影响下滑信号的空间合成，进而影响下滑道结构，下滑道结构的变化会影响入口高度数据。该下滑台的校飞数据显示下滑道结构良好，说明空中各信号幅度及相位关系正确。

2.3 下滑天线振子的安装

下滑上、中、下天线的挂高应保持3︰2︰1的比例关系，3个下滑天线应保持在同一个平面内（如图3所示），否则影响下滑空间合成信号。上天线和下天线的偏置值（如图4所示）主要影响下滑道三区结构，可以影响入口高度。

在飞行校验过程中，尝试了用调整上、下天线偏置的方法来改善入口高度，通过反复地调整天线偏置，下滑道结构发生了一定变化，但是入口高度变化不明显。最后，入口高度仍然没有达到15 m的要求，说明这种情况下，仅调整天线偏置不能达到要求的入口高度。

3 入口高度超标的解决方法

3.1 理论分析

飞行校验检测设备计算下滑入口高度算法是通过对下滑偏移信号的记录以及对偏移误差曲线的计算，拟合出距跑道入口1 830 m～300 m的最佳拟合直线，并计算出该最佳拟合直线向下延伸穿过跑道入口处时，相对于跑道入口的高度。因此，Ⅲ区结构对入口高度的影响较大，通过改变Ⅲ区结构就能够改变入口高度。下滑天线安装在跑道一侧，并且上、中、下天线高度不同，上、中、下天线与跑道中心线之间存在行程差（即相位差），为了获得满意的下滑信号结构，上天线必须偏向跑道，下天线必须偏离跑道，以此来弥补上、中、下天线安装不同产生的相位偏差，如图4所示。因此，通过调整偏置会使下滑信号三区结构变化，从而影响入口高度，在该次投产校验中，这种方法效果不明显。

由于天线安装位置以及天线偏置的原因，每个天线辐射波束的最大点不是正对跑道中心线，而是平行于跑道中心线。对于远场，这种幅度和相位差异的叠加影响是可以忽略的。随着飞机越来越接近跑道入口，因此就必须考虑幅度和相位了，不正确的叠加会影响下滑结构，尤其在近场，下滑道本来就有一个上翘，但如果因为内撤距离的原因推后上翘位置，会影响入口高度的计算值，所以需要想办法抬高近场下滑道。如果适度增加上天线SB0的信号辐射强度，会使下滑150 Hz成分增大，由于近场对幅度和相位的变化更加敏感，下滑道抬升明显，远场下滑道变化不明显，从而可以提高入口高度的平均计算结果。既然上天线SB0幅度会影响入口高度，那么也可以用其他调整SB0幅度的方式来改变入口高度。因为下滑天线安装在跑道一侧，辐射波束的最大值不在跑道中心线方向，而是与跑道中心线平行，如图5所示。所以，如果通过旋转上天线，将上天线辐射的最大点靠近跑道方向，就能够增加跑道中心线及下滑道延长线上的SB0信号强度，从而改善入口高度。基于以上理论分析，通过旋转上天线波束轴向是可以改变入口高度的，但同时也会改变整体下滑结构。

3.2 仿真软件模拟分析

利用法国民航大学的LAGON下滑模拟软件，分别对下滑天线正常设置和下滑天线向跑道方向旋转5°的情况进行分析。

3.2.1 正常的下滑天线设置

下滑天线正常设置时，下滑信号的下滑角度和入口高度如图6所示。跑道长度2 500 m，下滑天线距离跑道中心线140 m，下滑天线后撤距离283 m，下滑天线前方反射面角度+0.07°，理论下滑角3.1°。图6是利用LAGON模拟软件仿真的下滑信号，图中模拟下滑结构平滑，获得的下滑角为3.098°，入口高度为15.79 m。

3.2.2下滑天線向跑道方向旋转5°

将下滑的上天线向跑道方向旋转5°，其他条件与3.2.1中的设置相同。图7是利用LAGON模拟软件仿真的下滑信号，图中模拟下滑结构平滑，获得的下滑角为3.090°，入口高度为16.98 m。

下滑天线正常设置与下滑的上天线向跑道方向旋转5°的对比。如图8所示。“天线调整前”为下滑天线正常设置的模拟结果，“天线调整后”为下滑的上天线向跑道方向旋转5°的模拟结果。下滑的上天线向跑道方向旋转5°的模拟曲线比下滑天线正常设置的模拟曲线有上翘，在1 830 m～300 m部分比较明显。因此，校验飞机计算获得的入口高度也会提高。天线旋转前后，入口高度从15.79 m变为16.98 m，升高了1.19 m，下滑角度从3.098°变为3.090°，下降了0.008°，下滑角变化不大。软件模拟结果与表1中实际的飞行校验相比，存在一定差异，可以通过相对值来分析下滑天线正常设置和下滑的上天线旋转的结果。

3.3 实际飞行校验情况

在实际飞行校验时，参考了软件模拟的结果，把上天线向跑道的方向转动了3°，下滑结构发生了明显的变化，分别为Ⅰ区3、Ⅱ区13、Ⅲ区12，下滑道曲线在近场上翘幅度明显，校验数据入口高度为15.26 m，比下滑天线正常设置时升高了0.57 m，且符合要求。在后期的多次飞行校验中，再无入口高度超限问题发生，说明旋转上天线效果明显，证明了理论分析、软件模拟和实际飞行校验结果是一致的。

4 避免出现下滑入口高度低的方法

4.1 在下滑台的新建及更新改造时，要充分考虑场地因素

由于下滑入口高度受场地影响大，下滑入口高度是下滑天线位置设计时需要重点考虑的重要数据，在设计阶段要充分考虑各个因素对入口高度的影响，尤其是要考虑下滑反射面的纵向坡度对入口高度的影响。另外，跑道入口处，跑道中心线与跑道入口交叉点的高度，与下滑天线正前方延长线与跑道入口处交叉点的高度差，即图2中P点与P?点的高度。在新建机场场地施工时应符合设计要求。建议设计入口高度时以15 m～18 m的中间值16.5 m为参考。对于更新改造的下滑系统，需要对跑道入口处跑道面和下滑基础面高差、下滑反射面的纵向坡度等进行实地测绘，并根据测绘结果重新计算下滑入口高度，如果偏差较大，建议重新调整设计数据，必要时重新计算和确定下滑天线位置。

4.2 下滑设备的安装调整要精确

安装调试时要将CSB和SB0相位、天线电缆相位、天线挂高和偏置等调整至最佳状态，避免在出现入口高度超限问题时再做重复工作，提高飞行校验中各项指标的精准度。该次入口高度低的问题能够顺利解决的重要前提就是上述各项参数调整准确，下滑道结构良好，才能够通过旋转天线，降低下滑结构指标来改善入口高度的。

4.3 改善入口高度的方法不是唯一的，要具体问题具体分析

虽然上面提到的旋转下滑的上天线改善入口高度有较为明显的效果，但是并不推荐使用这种方法改善所有入口高度问题，最根本的问题还是要从下滑台的设计、安装、调整等各个方面入手，严格把控质量，只有这样才能有效保证下滑信号的各项指标的顺利通过。

5 结论

当校飞过程中发现下滑入口高度不符合要求时，在排除设备调整、天线安装等原因后，如果仍然不能达到要求，可以通过调整下滑上天线水平角度的方法，改善入口高度。通过下滑模拟软件模拟得出的结果：上天线向跑道方向水平旋转，入口高度会抬高。上天线背离跑道方向旋转，入口高度会降低。此种方法解决了因为设计原因造成的入口高度超限问题。

参考文献

[1]中国民用航空总局.仪表着陆系统技术（ILS）要求MH/T4006.1—1998[S].北京：中国民用航空总局，1998.

[2]中国民用航空局空管行业管理办公室.民用航空陆基导航设备飞行校验规范AC-86-TM-2016-01[S].北京：中国民用航空局，2016.

[3]中国民用航空局空管行业管理办公室.仪表着陆系统安装调试及验收技术规范AC-85-TM-2015-01[S].北京：中国民用航空局，2015.