基于MATLAB的下滑信標的建模與仿真

民航新疆空中交通管理局 李 凱

基于MATLAB的下滑信標的建模與仿真

民航新疆空中交通管理局 李 凱

儀表著陸系統是為飛機提供精密進近的陸基導航系統，該系統必須能夠精確，可靠的提供導航信息，確保飛機安全著陸。然而，由于烏魯木齊是單跑道運行，飛機架次繁多，航線復雜，飛行安全壓力大，特別是進入低能見度運行后。維護人員在平時維護中因為無法利用現有設備進行實際操作，僅僅從理論方面進行分析，對于維護人員，特別是新員工的培訓造成很大的困擾，通過對儀表著陸系統的建模及仿真，可以改善以上存在的問題。論文主要研究儀表著陸系統中下滑信標的建模及仿真，首先闡述下滑信標發(fā)射機及天線的原理并仿真實現，其次探討分析下滑信標接收機的工作原理并仿真實現，仿真實驗結果表明本文仿真的下滑信標能夠正確給出飛機偏離航道的指示，引導飛機進近著陸。從而讓導航人員充分了解我們的設備的作用以及如何工作，在維護工作中更能理解其中的工作原理，提高每一位職工對所做工作的自豪感。

陸基無線電導航系統；儀表著陸系統；下滑信標

1.下滑信標發(fā)射機仿真

信號下滑信標發(fā)射機產生信號的模型可以建立為如圖1所示：

圖1 下滑信標發(fā)射機的原理圖

從圖1中可以看出下滑信標的基本工作原理，并且知道了在下滑信標的發(fā)射機中，90Hz和150Hz的正弦信號發(fā)生器產生的90Hz和150Hz的正弦信號，是通過調幅電路和功放，再經過混頻通過天線發(fā)射出去。

上天線的方向性可以由如下公式得出：

其中θ的取值范圍是0到12度，為載波的波長，為上天線的高度：

上天線發(fā)射的信號的方向性圖如圖2所示：

圖2 上天線發(fā)射的信號的方向性圖

由于θ選擇在0至12度之間，所以我們看到的是在0至12度之間的上天線方向性圖。

我們由圖2可知上天線方向，同時我們由原理圖可知存在下天線，所以下天線的方向線圖同樣存在。

下天線發(fā)射的信號的方向性圖：

其中θ的取值范圍為0至12度，為載波波長，為下天線的高度：

我們知道，上天線和下天線在地面上的第一個波瓣的交疊給出等信號工作區(qū)，該信號區(qū)與地面夾角為下滑角，下滑角一般選擇在2至5度。而下滑角的大小取決于天線位置距地面的高度。通過改變天線距地面的高度，我們就可以改變下滑角的大小。而方向性圖波瓣的數目，在0至90度之間時，方向性波瓣數目等于天線高度h與工作半波長的比值。此外，由于在所需要的等信號區(qū)外，還存在不需要的假等信號區(qū)。為避免飛行器駕駛員在著陸時受這些假等信號的影響，應盡量使假的信號區(qū)遠離實際使用的等信號工作區(qū)，而這個條件可以通過上天線和下天線不同的功率分配來滿足。我們通常取下天線輻射強度是上天線輻射強度的兩倍。當上天線輻射強度只有下天線輻射強度的一半時，假等信號對實際使用的等信號不會產生影響。

2.下滑信標天線的仿真

150Hz調制信號的調制公式為：

式中EHm和EHn為常數。

90Hz的信號經調制器調制，所以90Hz調制信號的調制度為：

角度θ的范圍是0至12度。且式子中EHm和EHn為常數。

由90Hz調制信號的調制度的方向性圖和由150Hz調制信號的調制度的方向性圖可知，在下滑信標系統發(fā)射機的發(fā)射信號經過90Hz調制器的調制和150Hz調制器的調制后，經過二者的相互作用，將會合成下滑信標的空間輻射場。當飛行器在下滑道上時，150Hz的調制信號幅度等于90Hz調制信號幅度，這時的飛行器是在比較理想的下滑過程中；而當飛行器在下滑道的上面時，150Hz的調制信號幅度小于90Hz調制信號的幅度，偏離指示器上的指針向下指，表明飛行器在下滑道上面，這時的飛行器需要按照偏離指示器的指示，向下飛行；而當飛行器在下滑道的下面時，150Hz的調制信號幅度大于90Hz調制信號的幅度，偏離指示器上的指針向上指，表明飛行器在下滑道下面，這時的飛行器需要按照偏離指示器的指示，向上飛行。只有按照偏離指示器的指示來調制飛行器的高度，才能確保飛行器能夠安全，經濟，快速的降落。

3.下滑信標輻射場的仿真