机场助航灯光系统技术及应用研究

康睿

（四川省机场集团有限公司，四川成都，610202）

1 绪论

1.1 系统模型

机场助航灯光系统[1-2]主要包括进近灯子系统、滑行道灯子系统、跑道灯子系统等，工作人员通过灯塔和观测站对助航灯光进行调节控制，以达到对于民航精准引导的目的。该系统位于飞机下滑面与跑道交线上，当飞机距离机场航道10km 时飞行员无法依靠目测观看到航道入口，这时助航系统通过雷达搜索飞机的方位，飞行员根据航道上的灯光来判断航道飞行入口，进而调整飞机姿态直至飞行员可目测到航道入口，其系统模型如图1 所示。助航灯光系统的稳定运行除了依靠强大的计算机智能计算，还需要保证其供电稳定，防止出现断电的情况，供电电源主要为市政供电、柴油发电机组电源为备用电源。

图1 系统模型

目前，常用的供电方式分别为并联和串联供电。并联供电是将航灯直接连接铺设在跑道两边或中间的市电上，可便于增减负荷，同时减少成本，但由于线路中压降导致距离较远的灯位亮度低于近端灯位的亮度，严重影响着导航的效果。而串联供电是将跑道中所有的灯位串联起来，增加了隔离变压器避免出现灯位损坏出现的短路，同时为了保证电流在线路上处于恒流状态，增加了恒流调光电源，使得使用安装成本大大提高，但该接线方式保证了在任何天气情况下都可人为调节灯位亮度，提高了航道引导效果。

1.2 助航灯光系统基本流程

助航灯光系统的基本流程如图2 所示，该系统主要包括雷达引导、红外跟踪、航道指示器、数据融合及控制单元以及伺服设备，其中雷达和航道指示器都安装在伺服设备上，跟踪装置具备红外成像和数字成像两种功能，在日常天气条件下可采用数字成像功能，而在夜间或者复杂天气条件下可采用红外追踪模式[3]。

图2 助航灯光系统流程

2 助航灯光系统目标搜索和跟踪

雷达引导具有较强的空中搜索能力，发射出的高频无线电波碰到目标飞机后反射，在雷达屏幕上显示，当遇到障碍物时反射回来在雷达屏幕上显示为亮点，飞机飞行轨迹则显示为变弱的光迹，从而表征为飞行的方向，能够及时的对飞机的位置进行报告。光学跟踪仪相较于雷达引导搜索能力相对较弱，但其测量精度更加精准，因此采用光学跟踪仪和进场雷达协调配合。当目标飞机进入到指定范围空域内才会对目标进行捕捉，光学跟踪仪在雷达引导的条件下，实现对目标飞机飞行动态的快速捕捉，可在终端操作界面显示出飞机下滑航线的偏差信息，最终将飞机引导至机场和下滑航线上，保障航道系统全天候高效的运行，提供良好的低空监管能力。

但由于雷达引导系统的局限性，当在较远距离发现目标飞机时距离较远，在这段距离中飞机可能会根据天气、飞行员的熟练度以及飞机本身等多种原因造成方位和高度的微小变化，此时光电跟踪仪则可以满足在小范围的变化中提供飞机的当前情况，且光电跟踪仪在整个过程中仅能测量出对于目标飞机的方位角、高度等信息，而雷达引导的误差则相对较大，只能测量出大概位置，只有架构光电跟踪仪由被动跟踪转变为主动搜索才有可能捕捉目标。因此，飞机机头的机头眼位是目标局部特这个提取的关键，飞机左右两侧是对称的因此可在目标中心提取识别，可获取飞机的准确坐标和图像信息，进而完成眼位跟踪。

3 助航灯光下滑道指示及指示精度

助航灯光下滑指示系统[5]由光源组件、光学系统和光学控制系统等组成，可通过下滑道指示等发出引导光束，引导飞机进近下滑。采用的半导体激光二极管能够有效地提高能量的使用效率，大幅度降低能耗，具有较广的使用前景。本系统采用LED 组成的集合，进而满足光束在恶劣天气条件下的强度要求，还可满足在对目标飞机进行追踪时飞行员可通过目测看到光束。本方法采用的是常规的目视下滑坡度进近指示系统（PAPI），PAPI 灯是指引飞行员能够有效保持在正确滑倒上的辅助工具，由两个不同颜色的指示灯在空中所能覆盖的角度确定位置（由红色和白色光束组成）。一般来说，防止跑道左侧位置。根据国际民航组织标准规定，通常需要保证PAPI 灯安装的倾斜度≥3°，当飞机高于仰角时，飞行员看到的是白色，低于时飞行员看到的是红色，一旦飞行员处于正确的滑道，看到的是两红两白光束，能够最大化保证落地滑道的准确性。根据雷达测量情况，飞机每进近200-400m会对光束强度微调一次，避免出现调节过大造成的不适。该下滑道光学控制系统中的光学控制单元通过对飞机角度和距离信息进行测量，从而进一步确定飞机对于滑道的位置情况，再而对数据进行处理分析后控制光源来对光束进行控制，发出制定的颜色和强度。

助航灯光指示系统对于飞行员的引导主要向飞行员提供高度和方位信息，包括偏差量和纠偏速率，对飞行员的飞行进行指导。助航灯光指示系统对于飞机的引导精度主要取决于下滑道、横向及纵向指示灯光束的精度，而该光束的精度则主要取决于目标跟踪和提取精度。目前采用的光电探测系统精度与后端光学下滑道指示的精度相互结合，可在满足对于飞机眼位跟踪的同时满足飞行员对于下滑道光束的观察，发散角度一般控制在30´，总体精度控制在2´左右可满足实际需要。而对于航道中心轴距以及光束光轴距离的要求，指示灯光束口径控制在100mm 左右，光电跟踪系统口径控制在160mm 左右，离轴距离为130mm。除上述影响条件外，飞行天气的情况以及人为操作的熟练程度也是影响指示灯精度的重要部分。

4 高级地面滑行引导系统（A-SMGCS）

目前，根据国际民航组织ICAO 出版的系统手册，我国采用的是A-SMGCS 系统，具备了路由规划、引导、监视和控制四项功能，四项功能之间相互协调，A-SMGCS 与外部信息系统和控制器进行集成共同完成作业。该系统主要由数据输入、数据融合处理、路由规划、引导控制等组成。通过接入多源传感器监测数据、气象、停机位等多个信息后进行融合处理，提供给操作人员，路由规划系统可根据航班信息制定出完整的滑行路径，在飞机落地前根据地面运行情况规划出滑行路径，引导控制是将规划好的滑行路线通过特定的通讯直接传达给飞行员。A-SMGCS 飞机滑行路线计划的目的主要是根据现场操作飞机路线的规划，尽可能帮助控制器降低一定的压力，确保在时间和空间上实现对路径的规划，最大化降低滑行的时间，大大降低机场发生拥堵的可能性，从而提高场面运行容量。

5 结论

本文采用A-SMGCS 系统，开发设计逐行等光系统设计，实现空中管制与机场信息的有效集成和处理，完成对地面和空中规划、引导、监视和控制，完成对现场飞机路线的规划达到最优，保障飞机的安全飞行，降低了设备的能耗，提高了引导率，从而提高场面运行容量。同时，帮助飞行员准确判断下滑的偏差，提高辅助着陆的正确率，实现飞机安全着陆,大大提高机场的安全性和运行效率。同时，该方法可应对不同天气环境和机场环境下的各种情况，进而避免出现机场堵塞或是信息传达不及时的情况，系统气象和场景适应能力强，具有广泛的发展前景。