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1d413000 民航机场空管工程

1d413010 民航机场航空通信导航及监视系统

大纲要求：掌握导航系统的构成、掌握监视系统的主要内容、掌握民航机场航空通信导航及监视系统的建设要求、掌握民航机场航路工程的构成及建设要求、熟悉民用航空通信的方式、悉民用航空通信导航监视设施防雷技术及其施工要求

1d413011 导航系统

导航系统包括全向信标、测距仪、仪表着陆系统、全球卫星导航系统。

一、全向信标(vor)

全向信标vor (very high frequency ommi-directional range)是一种相位式近程甚高频导航系统。

由地面的电台向空中的飞机提供方位信息，以便航路上的飞机可以确定相对于地面电台的方位。这个方位以磁北（用n来表示）为基准，它通过直接读出电台的磁方位角来确定飞机所在位置，或者在空中给飞机提供一条“空中道路”，以引导飞机沿着预定航道飞行。

在民航运输机上，还可以预先把沿航线的各个vor台的地理位置（经度、纬度）、发射频率、应飞行的航道等逐个输入计算机（飞行管理系统和自动飞行系统），在计算机的控制下，飞机就可以按输入的数据自动地到达目的地。

全向信标vor在空中导航中有以下几个具体用途：

(1)利用机场附近的vor台可以实现归航和出航；

(2)利用两个已知位置的vor台可以实现直线位置线定位；

(3)航路上的vor台可以用作为航路检查点，实行交通管制；

(4) tvor (terminal v()r)放置在跑道的轴线延长线上，利用与轴线一致的方位射线进行着陆引导。

例题4：全向信标vor在空中导航的用途（）

a 归航和出航 b 直线位置线定位 c航路检查点 d着陆引导 e 提供引导信息

答案：abcd

解析：本题考查全向信标vor的用途。e提供引导信息是测距仪（dme）的功能。

全向信标具有以下几个特点：

(1)因为工作频率较高（在超短波波段），所以受静电干扰小，指示比较稳定；

(2)提供地面电台磁方位角，准确性较高；

(3)所提供航道信号只能在水平面到仰角45^o的垂直范围内，在电台上空有一个盲区不能提供方位信号，作用距离限制在视线距离内，随飞机高度而增加；

(4)电台位置的场地要求较高，如果电台位置选在山区或附近有较大建筑物的地点，由于电波的反射，将导致较大的方位误差。

vor设置于机场、机场进出点和航路（航线）上的某一地点。设置于机场终端时，通常设置在跑道的一侧，也可以设置在跑道一端外的跑道中心线延长线上，应符合机场净空要求。设置在航路时，应设置在航路中心线上，通常设置在航路的转弯点或机场进出点。

二、测距仪( dme)

测距仪dme (distance measuring equipment)是国际民航组织规定的近程导航设备，它提供航空器相对于地面测距仪台的斜距。测距仪一般与民用航空甚高频全向信标和仪表着陆系统配合使用。

当测距仪与甚高频全向信标配合使用时，它们共同组成距离一方位极坐标定位系统，直接为飞机定位；当测距仪与仪表着陆系统配合使用时，测距仪可以替代指点信标，以提供飞机进近和着陆的距离信息。

测距仪与甚高频全向信标台合装设置于机场，机场进出点和航路（航线）上的某一地点，测距仪与仪表着陆系统合装时，通常设置在下滑信标台，也可设置在航向信标台。测距仪设置于机场终端时，应符合机场净空要求。

三、仪表着陆系统(ils)

仪表着陆系统ils (instrument landing system)，是目前应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。

它的作用是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条由跑道指向空中的虚拟路径，飞机通过机载接收设备，确定自身与该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度，最终实现安全着陆。

1．功能

ils能在气象条件恶劣和能见度差的条件下为飞行员提供引导信息，保证飞机安全进近和着陆。

为了着陆飞机的安全，目视着陆的水平能见度必须大于4.8km，云底高不小于300m，在很大的一部分机场的气象条件不能满足这一要求。这时，着陆的飞机必须依靠ils提供的引导进行着陆。

国际民航组织根据在不同气象条件下的着陆能力，规定了三类着陆标准，即i类、ⅱ类、ⅲ类仪表着陆标准，使用跑道视程(rvr)和决断高度(dh)两个量表示。

决断高度(dh)是指飞行员对飞机着陆或复飞作出判断的最低高度。在决断高度上，飞行员必须看见跑道才能着陆，否则放弃着陆进行复飞。

跑道视程(rvr)是指在跑道中线上航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边灯、中线灯的距离。

仪表着陆系统运行标准定义如下：

类型	决断高度(dh)	能见度(vis)	跑道视程(rvr)
i类(cati)	不低于60m（200英尺）	不小于800m	不小于550m
ⅱ类(catⅱ)	决断高度(dh)低于60m（200英尺）但不低于30m (100英尺)		不小于350m
ⅲa类( catⅲa)	决断高度(dh)低于30m（100英尺），或无决断高(dh)		不小于200m
ⅲb类(catⅲb)	决断高度(dh)低于30m（100英尺），或无决断高(dh)		小于200m，但不小于50m
ⅲc类(catⅲc)	无		无

2．仪表着陆系统的组成

仪表着陆系统包括方向引导和距离参考系统。

方向引导系统包括航向信标(localizer，loc/llz)、下滑信标(glide slope，gs或glide path，gp)。

航向信标台位于跑道进近方向的远端，波束为角度很小的扇形，提供飞机相对于跑道的航向道（水平位置）指引；

下滑台位于跑道入口端一侧，通过仰角为3^o左右的波束，提供飞机相对跑道入口的下滑道（垂直位置）指引。

距离参考系统包括指点信标(marker beacon)。距离跑道从远到近分别为外指点标(om)、中指点标(mm)和内指点标(im)，提供飞机相对跑道入口的粗略的距离信息，通常表示飞机在依次飞过这些信标台时，分别到达最终进近定位点(faf)、i类运行的决断高度、ⅱ类运行的决断高度。

测距仪(dme)会和仪表着陆系统同时安装，使得飞机能够得到更精确的距离信息，或者在某些场合替代指点标的作用。应用dme进行的ils进近称为ils-dme进近。

航向信标天线产生的辐射场，在通过跑道中心延长线的垂直平面内，形成航向面或叫航向道，如图id413011-2所示，用来提供飞机偏离航向道的横向引导信号。机载接收机收到航向信标发射信号后，经处理输出飞机相对于航向道的偏离信号，加到驾驶舱仪表板上的水平姿态指示器的航向指针。

下滑信标台天线产生的辐射场形成下滑面，下滑面和跑道水平平面的夹角，根据机场的净空条件，可在2⁰～4⁰之间选择。下滑信标用来产生飞机偏离下滑面的垂直引导信号，机载下滑接收机收到下滑信标台的发射信号，经处理后输出相对于下滑面的偏离信号，加到驾驶舱仪表板上的水平姿态指示器上的下滑指示器。

航向面和下滑面的交线定义为下滑道。飞机沿这条交线着陆，就对准了跑道中心线和规定的下滑角，在距离跑道入口约300m处着地。

指点信标台为2个或3个，装在顺着着陆方向的跑道中心延长线的规定距离上，分别叫内、中、外指点信标，每个指点信标台发射垂直向上的扇形波束。

四、全球卫星导航系统(gnss)

gnss (global navigation satellite system)是星基无线电卫星导航系统，在全世界范围内可以同时为陆、海、空用户提供连续、精确的三维位置、速度和时间信息。

由于它具有连续的全球覆盖能力，使飞机可以在可遵循的条件下实现从一个地方到另一个地方的直线飞行，摆脱台对台飞行，明显降低航行时间和油耗。

在gnss接收机中包含数据处理系统，可将飞机位置、高度、速度信息实时发送到空中交通管制中心及相关部门实现全程自动监视，也为空中交通管制中心提供防撞预警。

gnss导航系统具有陆基导航系统无法比拟的优越性和安全性。

知识点一：雷达系统

雷达是一种通过辐射无线电波，并检测是否存在目标的反射回波以及回波的特性，从而获取目标信息的探测装置。

根据雷达发射信号与回波之间的延时，可测得目标的距离；根据对目标距离的连续测量，可获得目标相对雷达的速度；通过测量回波的波前到达雷达的角度，可以确定目标所在的角方位。

应用于空中交通管理方面的雷达主要有一次监视雷达(psr)和二次监视雷达(ssr)。雷达发射电波后靠接收目标反射回波，由此得出目标的距离和方位信息的称为一次雷达。

如果回波是来自目标上的发射机转发的辐射电波则称为二次雷达。

一次雷达按管理区的使用，划分为：航路（道）监视雷达、机场监视雷达和精密进近雷达。

一次雷达的优点是：可以在雷达荧光屏显示器上用光点提供飞机的方位和距离；

缺点是：不能识别飞机的代码和高度，且反射回波较弱，易受固定目标的干扰。为了克服一次雷达的不足，发展了二次雷达。

1．一次监视雷达

一次监视雷达可分为地面雷达和机载雷达两大类。

地面雷达主要用于空中交通管制系统中，如监视航道飞行或终端管制区飞行的一次监视雷达，用于引导飞机起飞与着陆的精密进近雷达，用于监视机场地面的场面监视雷达和探测管制空域内气象条件的地面气象雷达等。

机载雷达主要用于机上探测，如机载气象雷达以及用于指示飞机高度的测高雷达和导航用的多普勒导航雷达等。

类型	适用条件	特点
航路（道）监视雷达	用于监视管制航道上的飞行目标	为在广阔管制空域内以较少代价来得到足够的雷达覆盖；足够的距离覆盖和高度覆盖。
机场监视雷达(asr)又称终端监视雷达	监视终端管制区域内的飞行目标，并在平面显示器上标出它们的距离和方位按照监视空域内的流量状态，合理安排起飞顺序以缩短起飞间隔。	机场监视雷达的另一个重要任务是及时提供终端管制空域内的有关气象数据。管制空域的范围有限，作用距离在108～144km，高度覆盖在7500m左右已能满足使用要求。
精密进近雷达	精密进近雷达是一种三坐标雷达，同时提供着陆飞机的方位、仰角和距离。	主要用于交通流量小，机动性要求高和气象条件较恶劣的场合，如小型军用或民用机场，也可在一般机场作为备用设备使用。
机场地面探测装置	能提供机场上地面目标（如飞机、牵引车、加油车等）的平面位置图。

2．二次监视雷达

二次监视雷达(ssr)由地面二次雷达（询问器）与机载应答机配合，采用问答方式工作，对管制空域的有源反射目标监测，二次雷达是相对一次雷达而言的。

询问器可根据传播时延以及天线指向测定应答目标的方位与距离。地面雷达收到这个回答信号后，经过信号处理，把装有应答机的飞机代码、高度、方位和距离显示在显示器上。

3．s模式二次监视雷达

传统的a/c模式二次监视雷达在询问时，当飞机处于两个相邻雷达站作用范围重叠的区域时会产生同步串扰；传统的a/c模式二次监视雷达的编码采用12位二进制数，代码数仅为212个，可交换信息少。

a/c模式下雷达输出的主要数据信息包括高度信息、识别码、方位信息、距离信息，易受到混扰和串扰的影响，对日交通流量在1000架次以上的机场，其监视能力已接近极限。

s模式是近年发展起来的一种新的空中交通监视技术，相对传统模式的二次监视雷达，采用了选址询问，扩展了数据链，扩充了系统容量，降低了系统内部干扰，雷达输出的数据信息比传统a/c模式下雷达输出的信息丰富很多。

s模式中的s (selective的首字母)是选择的意思，不是向在其询问波瓣内所有的飞机发射相同的询问格式，而是根据每架飞机地址的不同，去点名（有选择性的）询问，每架飞机的地址是唯一的。

s模式二次监视雷达通过增加多种询问模式，可以很好地兼容加装常规模式应答机的飞机和加装s模式应答机的飞机。s模式二次雷达和机载应答机采用24位二进制数表示飞机代码，解决了飞机代码资源短缺的问题。

s模式下雷达输出的数据信息包括高度信息、识别码、飞机识别信息（航班号）、飞机24位地址信息、信号强度信息、方位信息及时标信息等，便于空中指挥人员了解飞机更详细的状况。

例题5：s模式下雷达输出的数据信息包括（）

a 高度信息 b识别码 c信号强度信息 d飞机识别信息（航班号） e 方位信息及时标信息

答案：abcde

解析：本题考查s模式下雷达输出的数据信息包含内容。s模式下雷达输出的数据信息包括高度信息、识别码、飞机识别信息（航班号）、飞机24位地址信息、信号强度信息、方位信息及时标信息等，便于空中指挥人员了解飞机更详细的状况。

知识点二：自动相关监视

目前使用的自动相关监视(ads)技术是基于卫星定位和地／空数据链通信的航空器运行监视技术。

ads的概念最初是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下，利用卫星实施监视所提出的解决方案。

在此概念下衍生的“广播式自动相关监视”( ads-b)技术成功应用于无雷达地区的远程航空器运行监视。ads-b技术具有使用成本低、精度误差小、监视能力强等明显优势，对于高密度飞行区域的空中交通服务有着广泛的应用前景。

1．自动相关监视

自动相关监视的原理是把来自机载设备的飞行位置数据通过地空数据链自动传送到地面交通管制部门。

数据信息包括识别标志、四维位置信息、附加数据（飞行趋势、飞行速度、气象等）。

信息源包括各种机载导航传感器和接收机以及大气数据传感器。

传输的数据链包括卫星数据链、甚高频数据链、s模式二次雷达数据链。

信息的接收处理和应用显示包括地面的通信终端和显示终端两部分，地面通信终端主要是各种与atn网络兼容的数据链网络以及与之相连的各种地面atn网络和专用网络。

地面atc部门的飞行数据处理系统可以将飞机的位置点图形化的映射到地面终端显示屏幕上，使其能像雷达点迹一样在屏幕上显示出来，即伪雷达显示。

ads功能如下：

(1)通过对雷达覆盖区以外的飞机提供ads监视手段来加强飞机安全；

(2)及时检测到航路点引入差错和atc环路差错；

(3)对当前飞行计划进行符合性监督和偏离检测，及时发现飞机对放行航迹的偏离情况；

(4)管制员可以根据发现的问题及时提出修正的措施；

(5)结合ads和改进了监视、通信、atc数据处理和显示能力，可以缩减飞行间隔标准；

(6)加强了冲突检测和解脱能力；

(7)在紧急情况下及时得到飞机精确的位置信息。

在民航空中交通管制中，通过对雷达数据和ads数据的融合，在高密度终端区高精度的雷达位置数据和ads附加数据中的地速和垂直速率来提高数据精度。

2．广播式自动相关监视

广播式自动相关监视( ads-b)是一种监视技术，即航空器通过广播模式的数据链，自动提供由机载导航设备和定位系统生成的数据，包括航空器识别、四维定位以及其他相关的附加数据。在无雷达覆盖地区提供atc监视、机场场面监视以及未来空一空监视等应用服务。ads-b具备以下技术特征：

(1)自动：不需要人工的操作，不需要地面的询问；

(2)相关：信息全部基于机载数据；

(3)监视：提供位置和其他用于监视的数据；

(4)广播：数据不是针对某个特殊的用户，而是周期性地广播给任何一个有合适装备的用户。

ads-b支持的应用包括改善飞机避撞能力，提供驾驶舱交通信息显示；航路、终端区、精密跑道监控；场面监视，包括跑道、滑行道，防止地面相撞。

ads-b提供的更多种类、更加及时的监视信息， ads-b是未来航行理念和规则实现的不可或缺的保障。

例题6：ads-b具备技术特征为（）

a 自动性 b 相关性 c互联性 d监视性 e 广播

答案：abde

解析：本题考查ads-b具备技术特征。ads-b具备以下技术特征：自动、相关、监视和广播。

知识点三：空管自动化系统

空管自动化系统是以计算机为核心，实现对雷达、飞行计划、气象等信息的自动化处理系统。

通过人机交互界面为管制人员提供对整个管制区内飞行活动的监视、预测和告警信息，从而大大提高了空域的使用效率，增强了空中飞行的安全度，减轻了管制人员的工作负担。

空管自动化系统的核心是多雷达航迹融合与飞行计划处理。

1．多雷达航迹融合

由于一部雷达的覆盖范围有限，利用计算机网络技术将多部雷达的信号通过特定的计算办法融合在一起的技术称为多雷达航迹融合技术。

2．飞行计划处理

空管自动化系统中飞行数据的处理通过飞行计划处理系统来实现。主要执行飞行计划处理、航迹计算、飞行计划冲突探测、进程单的管理、电报的管理和处理、应答机代码的管理、移交和协调的处理、空域的管理和简单的流量管理等。

飞行计划数据处理的目的是保证空中交通服务单位能够根据批准的计划对航空器提供管制、情报等服务，从而避免操作的盲目性，确保飞机安全飞行。

飞行计划数据处理包括飞行计划的自动接收、存储、识别、分析，指出错误并确定航路，估计飞机经过每一个检查点和到达终点机场的时间等。