機場助航燈光系統技術及應用研究

康睿

（四川省機場集團有限公司，四川成都，610202）

1 緒論

1.1 系統模型

機場助航燈光系統[1-2]主要包括進近燈子系統、滑行道燈子系統、跑道燈子系統等，工作人員通過燈塔和觀測站對助航燈光進行調節控制，以達到對于民航精準引導的目的。該系統位于飛機下滑面與跑道交線上，當飛機距離機場航道10km 時飛行員無法依靠目測觀看到航道入口，這時助航系統通過雷達搜索飛機的方位，飛行員根據航道上的燈光來判斷航道飛行入口，進而調整飛機姿態直至飛行員可目測到航道入口，其系統模型如圖1 所示。助航燈光系統的穩定運行除了依靠強大的計算機智能計算，還需要保證其供電穩定，防止出現斷電的情況，供電電源主要為市政供電、柴油發電機組電源為備用電源。

圖1 系統模型

目前，常用的供電方式分別為并聯和串聯供電。并聯供電是將航燈直接連接鋪設在跑道兩邊或中間的市電上，可便于增減負荷，同時減少成本，但由于線路中壓降導致距離較遠的燈位亮度低于近端燈位的亮度，嚴重影響著導航的效果。而串聯供電是將跑道中所有的燈位串聯起來，增加了隔離變壓器避免出現燈位損壞出現的短路，同時為了保證電流在線路上處于恒流狀態，增加了恒流調光電源，使得使用安裝成本大大提高，但該接線方式保證了在任何天氣情況下都可人為調節燈位亮度，提高了航道引導效果。

1.2 助航燈光系統基本流程

助航燈光系統的基本流程如圖2 所示，該系統主要包括雷達引導、紅外跟蹤、航道指示器、數據融合及控制單元以及伺服設備，其中雷達和航道指示器都安裝在伺服設備上，跟蹤裝置具備紅外成像和數字成像兩種功能，在日常天氣條件下可采用數字成像功能，而在夜間或者復雜天氣條件下可采用紅外追蹤模式[3]。

圖2 助航燈光系統流程

2 助航燈光系統目標搜索和跟蹤

雷達引導具有較強的空中搜索能力，發射出的高頻無線電波碰到目標飛機后反射，在雷達屏幕上顯示，當遇到障礙物時反射回來在雷達屏幕上顯示為亮點，飛機飛行軌跡則顯示為變弱的光跡，從而表征為飛行的方向，能夠及時的對飛機的位置進行報告。光學跟蹤儀相較于雷達引導搜索能力相對較弱，但其測量精度更加精準，因此采用光學跟蹤儀和進場雷達協調配合。當目標飛機進入到指定范圍空域內才會對目標進行捕捉，光學跟蹤儀在雷達引導的條件下，實現對目標飛機飛行動態的快速捕捉，可在終端操作界面顯示出飛機下滑航線的偏差信息，最終將飛機引導至機場和下滑航線上，保障航道系統全天候高效的運行，提供良好的低空監管能力。

但由于雷達引導系統的局限性，當在較遠距離發現目標飛機時距離較遠，在這段距離中飛機可能會根據天氣、飛行員的熟練度以及飛機本身等多種原因造成方位和高度的微小變化，此時光電跟蹤儀則可以滿足在小范圍的變化中提供飛機的當前情況，且光電跟蹤儀在整個過程中僅能測量出對于目標飛機的方位角、高度等信息，而雷達引導的誤差則相對較大，只能測量出大概位置，只有架構光電跟蹤儀由被動跟蹤轉變為主動搜索才有可能捕捉目標。因此，飛機機頭的機頭眼位是目標局部特這個提取的關鍵，飛機左右兩側是對稱的因此可在目標中心提取識別，可獲取飛機的準確坐標和圖像信息，進而完成眼位跟蹤。

3 助航燈光下滑道指示及指示精度

助航燈光下滑指示系統[5]由光源組件、光學系統和光學控制系統等組成，可通過下滑道指示等發出引導光束，引導飛機進近下滑。采用的半導體激光二極管能夠有效地提高能量的使用效率，大幅度降低能耗，具有較廣的使用前景。本系統采用LED 組成的集合，進而滿足光束在惡劣天氣條件下的強度要求，還可滿足在對目標飛機進行追蹤時飛行員可通過目測看到光束。本方法采用的是常規的目視下滑坡度進近指示系統（PAPI），PAPI 燈是指引飛行員能夠有效保持在正確滑倒上的輔助工具，由兩個不同顏色的指示燈在空中所能覆蓋的角度確定位置（由紅色和白色光束組成）。一般來說，防止跑道左側位置。根據國際民航組織標準規定，通常需要保證PAPI 燈安裝的傾斜度≥3°，當飛機高于仰角時，飛行員看到的是白色，低于時飛行員看到的是紅色，一旦飛行員處于正確的滑道，看到的是兩紅兩白光束，能夠最大化保證落地滑道的準確性。根據雷達測量情況，飛機每進近200-400m會對光束強度微調一次，避免出現調節過大造成的不適。該下滑道光學控制系統中的光學控制單元通過對飛機角度和距離信息進行測量，從而進一步確定飛機對于滑道的位置情況，再而對數據進行處理分析后控制光源來對光束進行控制，發出制定的顏色和強度。

助航燈光指示系統對于飛行員的引導主要向飛行員提供高度和方位信息，包括偏差量和糾偏速率，對飛行員的飛行進行指導。助航燈光指示系統對于飛機的引導精度主要取決于下滑道、橫向及縱向指示燈光束的精度，而該光束的精度則主要取決于目標跟蹤和提取精度。目前采用的光電探測系統精度與后端光學下滑道指示的精度相互結合，可在滿足對于飛機眼位跟蹤的同時滿足飛行員對于下滑道光束的觀察，發散角度一般控制在30′，總體精度控制在2′左右可滿足實際需要。而對于航道中心軸距以及光束光軸距離的要求，指示燈光束口徑控制在100mm 左右，光電跟蹤系統口徑控制在160mm 左右，離軸距離為130mm。除上述影響條件外，飛行天氣的情況以及人為操作的熟練程度也是影響指示燈精度的重要部分。

4 高級地面滑行引導系統（A-SMGCS）

目前，根據國際民航組織ICAO 出版的系統手冊，我國采用的是A-SMGCS 系統，具備了路由規劃、引導、監視和控制四項功能，四項功能之間相互協調，A-SMGCS 與外部信息系統和控制器進行集成共同完成作業。該系統主要由數據輸入、數據融合處理、路由規劃、引導控制等組成。通過接入多源傳感器監測數據、氣象、停機位等多個信息后進行融合處理，提供給操作人員，路由規劃系統可根據航班信息制定出完整的滑行路徑，在飛機落地前根據地面運行情況規劃出滑行路徑，引導控制是將規劃好的滑行路線通過特定的通訊直接傳達給飛行員。A-SMGCS 飛機滑行路線計劃的目的主要是根據現場操作飛機路線的規劃，盡可能幫助控制器降低一定的壓力，確保在時間和空間上實現對路徑的規劃，最大化降低滑行的時間，大大降低機場發生擁堵的可能性，從而提高場面運行容量。

5 結論

本文采用A-SMGCS 系統，開發設計逐行等光系統設計，實現空中管制與機場信息的有效集成和處理，完成對地面和空中規劃、引導、監視和控制，完成對現場飛機路線的規劃達到最優，保障飛機的安全飛行，降低了設備的能耗，提高了引導率，從而提高場面運行容量。同時，幫助飛行員準確判斷下滑的偏差，提高輔助著陸的正確率，實現飛機安全著陸,大大提高機場的安全性和運行效率。同時，該方法可應對不同天氣環境和機場環境下的各種情況，進而避免出現機場堵塞或是信息傳達不及時的情況，系統氣象和場景適應能力強，具有廣泛的發展前景。