新型微波著陸系統及新型精密測距系統

【摘要】微波著陸系統（簡稱“MLS”）是一種精密進場著陸引導系統。微波著陸地面設備能為安裝了微波著陸系統機載設備的飛機提供精密的進場著陸引導。微波著陸地面設備由方位臺、仰角臺、遙控臺組成。為了滿足現在所需的真正無人值守目的，增加了環境、視頻等實時監控功能、遠程維護功能。為了實現飛機自主著陸，微波著陸系統需要配合精密測距設備（簡稱“MLS”），設備與機載設備一起組成測距系統，

為飛機提供識別、距離信息。

【關鍵詞】新型著陸系統|新型精密測距系統|新型裝備特點

新型微波著陸地面設備是一種輕型的地面精密進場著陸引導系統。對現役微波著陸地面設備和精密測距進行改進研制，采用一體化、模塊化設計，大幅減小體積、重量，提高可靠性。

新型精密測距儀（簡稱“DME/P”）是在原固定式精密DME成熟技術基礎上，借鑒國外先進產品的設計經驗，應用了先進的DSP、FPGA處理技術和頻率合成技術，突出減小產品重量，降低產品功耗。新型精密測距儀合理劃分模塊和指標分配，采用成熟技術、算法、器件加工工藝，進行小型化研制，并在系統構成、維修性、快速測試、環境適應性、可靠性等方面體現先進性和創新性設計[1]。

兩種新型設備都實現了遠程維護功能，可在無人值守的情況下，通過遠程計算機進行日常的監控和維護工作。原來民航所用的無人值守，也是需要每隔一定時間要去設備間檢查記錄數據，新型設備所采用的集中管控系統可通過光纖遠程操控設備間保障飛行所需一切事物，相對于老型號設備更具有穩定性和便捷性。

一、技術性能及原理

（一）微波著陸系統性能

⒈覆蓋范圍

方位：±40°；

仰角：0.9～15°；

距離：不小于37公里。

2.航跡跟隨誤差（PFE）在進場基準數據點處測量，按95%概率

方位：≤±3米；

仰角：≤±0.3米。

3.控制運動噪聲（CMN）在進場基準數據點處測量，按95%概率

方位：≤±1米或0.03°（取小值）；

仰角：≤±0.15米。

4.平均無故障時間

平均無故障時間（MTBF）≥1500小時。

（二）微波著陸系統原理

微波著陸地面設備工作在微波波段，可作為Ⅰ類、Ⅱ類著陸系統使用。裝有配套機載設備的飛機可以以人工、半自動和自動三種方式完成進場著陸。MLS地面設備按照嚴格的時序產生所需的各種空間信號，為空中要求著陸的飛機提供角度引導和數據信息，機載接收機收到這些信息后，通過處理得到其所在空間的角位置數據。這些數據被傳送到專門的指示器，提供給飛機進行進近和著陸指示，也可以送到飛機的自動駕駛儀，操縱飛機實現自動著陸[2]。

方位掃描信號通過方位掃描天線陣輻射，在波束單元的控制下，水平方向±40°的范圍內以20000°每秒的速率做往返掃描。方位扇區天線發播前導碼、基本數據字、輔助數據字等數據信息。左右OCI天線發播覆蓋區外指示信號，提供向左飛或向右飛余隙引導脈沖，以便增補覆蓋區。

仰角掃描信號通過仰角掃描天線陣輻射，在波束控制單元的控制下，垂直方向+0.9～+15°的范圍內以20000°每秒的速率做往返掃描。仰角扇區天線發播前導碼數據信息。

方位、仰角設備工作在同一頻率上，采用時分復用的工作方式，兩者嚴格按照同步信號下分時掃描工作，同一時隙內空間只存在方位掃描信號或仰角掃描信號的其中之一。

V——掃描速度比例常數（0.02°/μs）。

（三）測距性能及原理

在測距系統中，飛機上裝有發射機/接收機（詢問器），而地面信標臺裝有接收機/發射機（應答器）。DME/P工作在L波段。

詢問器在詢問頻率上大約40脈沖對/秒的速率發射脈沖對（“搜索”狀態）。應答器識別出有效詢問脈沖對后，經過一定的延時，就在應答頻率上對每一個詢問脈沖對進行應答脈沖對的發射。飛機詢問器自動比較發射和接收之間的間差，再減去50微秒的延遲以海里為單位顯示出其距離值。一旦詢問器接收到并確認自己詢問的應答，該詢問器鎖住應答脈沖并減少它的發射重復率直到大約16脈沖對/秒（“跟蹤”狀態）。

二、新型裝備特點

（一）新型微波著陸系統

硬件組成主要由ARM、FPGA、電平驅動電路、D/A轉換電路、A/D轉換電路、存儲器、CAN總線通信接口等幾部分組成。控制器作為測角電子單元重要組成部分，采用雙路熱備份設計，主、備機同時工作，監測器同時監測主、備機工作參數，可實時監測主、備機的完好性和連續性，當主機出現故障時可自動切換到備機工作。同時，控制器對輸出的時序信號進行監測，若有錯誤產生預告警信息上報通信接口。

控制器的主要功能有：產生DPSK基帶調制信號，送DPSK調制器；產生系統同步信號，完成方位仰角臺的同步；產生發射機電平控制信號，控制發射機輸出功率；仰角臺產生功率編程控制信號，控制發射機輸出功率，可實現仰角的低角度功率編程，以減少因場型或外界電磁環境產生的影響；方位臺控制方位掃描天線掃描范圍，以減少因場型或外界電磁環境產生的影響；產生天線選擇控制信號；產生頻率控制信號，控制發射機組件；對各個移相器進行相位校準，消除誤差；對自身信號進行時序監測，產生告警信息。相對于老型號的微波著陸系統，新型微波著陸系統優化了發射電路的精度及發射流程，工作的更加穩定，對于使用方來說更方便排查故障，對于設備檢修來說更加便捷[3]。

（二）新型精密測距系統

DME/P在DME基礎上引入精密模式，進一步提高測距精度。DME/P需要達到的主要目標有：提高DME的精度，特別是存在多徑反射時的精度；與常規DME兼容；使用新的信道，與C波段的200個微波著陸系統信道配合使用。

其主要特點是雙模運行模式，DME/P分為兩種工作模式，初始進場模式和后進場模式。機載詢問器同樣是兩種工作模式。當飛機達到離跑道還有8海里的距離時，詢問器調整所發射的脈沖對的波形及間隔，激活應答器里的一種更為精確的工作模式，不過接收機需要更高的輸入信噪比。因此此工作模式有效工作范圍在7～8海里內。除了雙模式運行外，新型精密測距系統還增加了新的波道，DME僅有X和Y模式，新的波道是通過增加編碼類型實現的，同頻段引入不同的脈沖編碼，即W和Z編碼。

第一，新型精密測距系統采用新的誤差測量方法，系統誤差的定子有兩種，即PFE（航跡跟蹤誤差，使飛機偏離理想飛行或著陸線）與CMN（控制運動噪聲，此誤差引起飛機姿勢的改變）。校飛人員根據地面差分臺提供的標準信號，來對機載設備的這兩種誤差進行測量，實時通過與地面臺的溝通調整地面設備參數，反復校準航跡跟蹤誤差與控制運動噪聲，使其值在合格范圍內，最終完成校飛，開放設備使用。

為保證設備的可靠性，DME/P主機采用雙機備份機制，包括雙監測、雙應答器。雙監測器將監測值分類，分別設定門限，在指標產生偏差時實時告警，并進行告警處理，需要轉備份機的情況時下達轉機命令。如果備機也不能正常工作，設備將再次切換到主機，主機如果仍不能正常工作，DME/P下達關機命令。飛機收到應答信號后，根據時間差計算出距機場的斜距信息。

第二，新型精密測距系統采用回波抑制功能，當詢問信號超過設定電平時，會觸發一個回波抑制電路工作，其工作時間長度是預先設定的。此時間段從直達信號開始驛碼時起，在一定時間范圍內可調。觸發回波抑制線路的詢問脈沖對電平值，可從-60dBm到規定的詢問信號最大電平值之間選定。對初始進場模式和后進場模式下的詢問脈沖回波抑制分別進行設定，各自獨立進行。對于連續波的抑制在使用的波道頻率或在接收機通帶內任意其他頻率的連續波干擾信號，當其在接收機輸入峰值功率不超過-100dBm時，不影響設備指標，在單一詢問時應答效率比沒有連續波干擾時的變化不超過10%。

三、結語

本文介紹了新型微波著陸系統和新型精密測距系統的先進性，該系統與上代系統相比具有更高的集成化，穩定性高，抗干擾能力強，方便使用人員日常維護檢修，真正做到無人值守等特點。因此提高新設備的使用具有更多的意義和價值。中國軍轉民

參考文獻

[1]王桂杰.微波著陸系統中賦形天線的設計[D].西安：西安電子科技大學，2014.

[2]王亭亭.微波著陸系統角度動態信號的處理[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[3] 徐飛，劉小龍.多徑干擾對精密測距系統測距誤差的影響分析[J].現代導航，2019，10（1）：1-4.

（作者簡介：王曉松，天津七六四通信導航技術有限公司工程師，本科，研究方向為通信工程 ）