航向信標覆蓋問題研究

民航福建空管分局 王旭芳 陳文煌

航向信標是儀表著陸系統的重要組成部分，近年來，航向信標的覆蓋問題困擾著許多機場，尤其是在投產校驗時很多機場由于覆蓋問題出現限用。本文以華東某機場為例，從飛行校驗、設備本身、地形地貌等方面分析了影響航向信標覆蓋的因素，以期在日后能消除因航向信標覆蓋問題造成的限用。

1.概述

航向信標是儀表著陸系統的重要組成部分，它為著陸飛機提供對準跑道中心線的水平方向的引導信息。在飛行校驗中，航向信標的覆蓋不合要求，輕則造成航向信標的限用，重則造成航向信標不可用，航班無法降落。近年來由于地形或設備本身的因素，許多機場都因覆蓋問題產生了限用，華東某機場便在投產校驗時產生了航向信標前航道22NM以外不可用的限用。雖然該限用并不影響飛行程序的使用，但在以后的設備調整或更新改造中如果能消除此限用，也是有積極意義的。

2.影響航向信標覆蓋的因素

2.1 航向信標覆蓋的飛行校驗方法

ICAO的8071文件第一卷第4章中規定，校驗飛機需距航向天線17NM，在最低覆蓋高度做穿越航向道的圓弧飛行，圓弧范圍為-35°～ 35°，對航向覆蓋進行檢查。投產校驗時，要增加距航向天線25NM，在最低覆蓋高度做圓弧范圍-10°～ 10°的航向覆蓋檢查。圖1為華東某機場航向覆蓋的飛行程序圖。上面提到的最低高度為以下3個高度中的最高者：

（1）跑道入口高度+600米；

（2）中間進近段和最后進近段保護區中最高障礙物標高+300米；

（3）該ILS程序的下滑截獲高度。

仍以華東某機場為例，跑道入口高度為6.3米，所以跑道入口高度+600米為606.3米。查閱《機場細則》，影響中間進近段和最后進近段保護區中的障礙物有兩個，分別是標高482米，距跑道中心17250米的天池山和標高567米，距跑道中心19530米的風洞山，且兩山的磁方位均為214°，幾乎就在航線上。由此得出最高障礙物標高+300米為867米。查閱飛行程序圖的下滑截獲高度為900米，三者取最大值，校驗飛機的飛行高度應為900米。在不少機場，這一高度為600米，根據航向信標垂直面的輻射場型，飛機飛得略高一點信號強度會增加，因此在信號強度不夠時許多人希望飛機飛高一些，但其實這一高度是不能隨便增加的。

2.2 航向信標在覆蓋區內的信號強度

ICAO附件十中對航向信標信號的要求是場強不得低于40μV/m(-114dbw/m2)。

場強的轉換關系有：

場強（dbμV/m）=20㏒場強（μV/m）

因此，20㏒40（μV/m）=32（dbμV/m）

場強E與功率密度P的轉換關系有：

E（dbμV/m）=P（dbw/m2）+145.8

因此，P=E-145.8=-113.8 dbw/m2≈-114 dbw/m2

航向天線垂直面的場強有三個影響因素：自由空間的傳播損耗，波瓣損耗和阻擋損耗。

根據無線電傳播理論，自由空間的傳播損耗L有公式：

f為信號頻率，d為傳播距離。

華東某機場航向信標的頻率為110.7MHz，信號傳播到25NM（46.3Km）處的自由空間的損耗可計算得出：

但實際上接收點并不在信號的最大值仰角上，所以實際的接收信號還要考慮天線增益和損耗。

航向天線陣的合成增益（Garray）一般由對數周期天線本身的增益（GLPDA）、天線單元的組合增益（Ga）、地面反射產生的波瓣增益（Globing）三部分組成。

目前常用的對數周期天線本身的增益約為10，天線單元的組合增益由天線陣的數量和饋送的信號的大小來決定。華東某機場航向天線采用的是雙頻16單元對數周期天線陣，天線高2.4米，按照信號分配關系統有：

飛機在46.3Km，900米高度時，可計算得出接收仰角為1.1136°，設反射系數為1，則根據天線垂直面輻射場強公式，波瓣增益，計算得出：

所以：

圖1 機場障礙物圖

在以上這些因素當中，對數周期天線本身的增益是固定的，天線單元的組合增益由天線和ADU的性能決定，這些也是可以通過網絡分析儀來測量的，發射機的功率也可以通過功率計來測量，這些數據都沒有問題。當ADU和天線性能良好時，天線單元的組合增益也是固定的，可以改變的只有天線高度。可以通過增加天線高度來增加波瓣損耗，當然天線的高度也不是任意增加的，要考慮對機場端凈空的影響。根據機場障礙物圖（圖1），當起飛面坡度為1.2%，天線陣距跑道端250米時，可以計算出天線的最大高度約為3米。

這時天線的波瓣增益：

所以，當天線高度增加0.6米，天線增益增加1.91db。

最后一個影響信號場強的重要因素就是地面障礙物產生的阻擋損耗。航向信標信號在空間傳播中也會有菲涅爾區，只考慮第一菲涅爾區的影響，有公式：

圖2 第一菲涅爾區示意圖

甚高頻信號為視距傳播，當發射天線與接收天線視線上的有障礙物時，就會產生阻擋損耗。由于電磁波的衍射，信號并不會被完全遮擋，一般來講，當障礙物高度在視距線上時，信號衰減6db。同樣由于菲涅爾效應，當障礙物低于視線，但與視線相差不多時，也會對信號產生阻擋損耗，一般來講，最大障礙物高度為40%r，也就是視線離障礙物的最大距離為60%r時，阻擋損耗才為0。建議障礙物高度為20%r或更低，也就是視線離障礙物的最大距離為80%r。有一結論，當視線在障礙物以上80米時，信號有3db衰減；當視線在障礙物以上140米時，信號沒有衰減。

3.結論

通過對影響信號強度的各個因素的分析，可以發現造成限用的因素可能有兩個，一個是天線高度過低，另一個是山的阻擋。在日后的更新改造中可以適當增加天線高度來消除這一限用。