《ILS基础培训》课件.ppt
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1、ILSILS原理原理Navigation Systems(Primary)培训教材培训教材 第一章第一章 导航基础知识导航基础知识1.1 1.1 无线电导航的定义与任务无线电导航的定义与任务1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势1.3 1.3 无线电导航信号的传播方式无线电导航信号的传播方式1.4 1.4 振幅测向系统测角的方法振幅测向系统测角的方法1.1.5 5 无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择1.6 1.6 无线电导航系统的布局无线电导航系统的布局1.1 1.1 无
2、线电导航的定义与任务无线电导航的定义与任务一、导航与无线电导航的定义一、导航与无线电导航的定义 在各种复杂的气象条件下,采用最有效的方在各种复杂的气象条件下,采用最有效的方法并以规定的法并以规定的RNP(所需导航性能)引导航行体所需导航性能)引导航行体(飞机、导弹、宇宙飞船、船舶、车辆等)以及(飞机、导弹、宇宙飞船、船舶、车辆等)以及个人从出发点到目的地的过程称为个人从出发点到目的地的过程称为导航导航。无线电导航无线电导航指利用无线电技术实现的对航行指利用无线电技术实现的对航行体的导航。体的导航。用以实现无线电导航的装置即为无线电导航用以实现无线电导航的装置即为无线电导航系统。系统。无线电导航
3、无线电导航1.定义:定义:利用运动体上的电子接收设备接收和利用运动体上的电子接收设备接收和处理无线电波来获得导航参数,从而确定航行处理无线电波来获得导航参数,从而确定航行体的位置体的位置。2.举例:举例:ADF-NDB,VOR,DME,ILS,LRRA3.特点:不受时间、气候的限制,定位精度高,特点:不受时间、气候的限制,定位精度高,定位时间短,容易受到干扰,保密性不强定位时间短,容易受到干扰,保密性不强。现代航空中,最基本、核心的导航手段是现代航空中,最基本、核心的导航手段是无线电导航。没有无线电导航,就没有现代航无线电导航。没有无线电导航,就没有现代航空!空!1.1 1.1 无线电导航的定
4、义与任务无线电导航的定义与任务二、无线电导航的任务二、无线电导航的任务 1)引导航行体飞离航线起点,进入并沿预定引导航行体飞离航线起点,进入并沿预定航线航行;航线航行;2)引导航行体在夜间和各种复杂气象条件下引导航行体在夜间和各种复杂气象条件下安全着陆获进港;安全着陆获进港;3)为航行体准确、安全完成航行任务提供所为航行体准确、安全完成航行任务提供所需的其他导引及情报咨询服务;需的其他导引及情报咨询服务;4)确定航行体当前所处的位置及其航行参数确定航行体当前所处的位置及其航行参数(速度、加速度等)。(速度、加速度等)。1.1 1.1 无线电导航的定义与任务无线电导航的定义与任务三、常用无线电导
5、航术语三、常用无线电导航术语三、常用无线电导航术语三、常用无线电导航术语无线电信号:无线电信号:e(t)=Emcos (t)=Emcos(t+0)用无线电波的哪个参数与导航参数建立关用无线电波的哪个参数与导航参数建立关系是导航的系是导航的核心核心问题。问题。导航导航参数参数飞机方位飞机方位飞机方位飞机方位 距离差距离差距离差距离差 r r飞机高度飞机高度飞机高度飞机高度h电电参数参数Em (t)t t建立一一对应关系建立一一对应关系距离距离距离距离r r1.1 1.1 无线电导航的定义与任务无线电导航的定义与任务1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势一、第
6、一阶段(从一、第一阶段(从20世纪初至二战前)世纪初至二战前)自动定向机(自动定向机(ADF)无方向信标(无方向信标(NDB)仪表着陆系统(仪表着陆系统(ILS)无线电高度表(无线电高度表(LRRA)四航道信标四航道信标 扇形无线电信标扇形无线电信标二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(1 1)1.台卡系统(台卡系统(DECCA)主要用于航海;主要用于航海;英国台卡导航仪公司研制;英国台卡导航仪公司研制;1937年提出,年提出,1944年研制成功;年研制成功;1954年开始
7、普及(在欧洲应用最为广泛);年开始普及(在欧洲应用最为广泛);随着罗兰随着罗兰C的建设和发展,台卡用户逐渐减的建设和发展,台卡用户逐渐减少。少。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(2 2)2.罗兰系统(罗兰系统(LORAN)主要用于航海,美国研制;主要用于航海,美国研制;罗兰罗兰A,罗兰罗兰-C;罗兰罗兰A 1945年投入
8、使用,上世纪年投入使用,上世纪80年代停用;年代停用;罗兰罗兰C 1957年建成,年建成,1960年以后得到大力发展;年以后得到大力发展;罗兰罗兰C目前还在使用。目前还在使用。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(3 3)3.奥米伽系统(奥米伽系统(OMEGA)用于航空与航海,美国研制;用于航空与航海,美国研制;1947年设计,年设计,1975年在部分区域开始工作,年在部分区域开始工作,1982年完
9、成全部的建台工作年完成全部的建台工作;1997年奥米伽系统宣布关闭。年奥米伽系统宣布关闭。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(4 4)4.多普勒导航雷达多普勒导航雷达自主式航空导航系统;自主式航空导航系统;1945年开始发展年开始发展;20世纪世纪5070年代得到了广泛的应用。年代得到了广泛的应用。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(从二战至二
10、、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(5 5)5.甚高频全向信标(甚高频全向信标(VOR)非常重要的民航测角导航系统,美国研制;非常重要的民航测角导航系统,美国研制;1946年年VOR成为美国标准航空导航系统;成为美国标准航空导航系统;1949年被年被ICAO批准为国际标准航空导航系统;批准为国际标准航空导航系统;20世纪世纪60年代,联邦德国研制成功多普勒年代,联邦德国研制成功多普勒VOR(DVOR)。)。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(
11、从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(6 6)6.测距机(测距机(DME)非常重要的民航测距导航系统,英国研制;非常重要的民航测距导航系统,英国研制;DME是在二战中随着雷达的发展而出现的;是在二战中随着雷达的发展而出现的;1949年被年被ICAO批准为国际标准航空导航系统;批准为国际标准航空导航系统;精密精密DME(DME/P)是微波着陆系统(是微波着陆系统(MLS)的组成设备。对于民用航空,的组成设备。对于民用航空,DME/P可与下滑台可与下滑台(GS)合装在一起,为飞机提供精确的距
12、离信息。合装在一起,为飞机提供精确的距离信息。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至二、第二阶段(从二战至2020世纪世纪世纪世纪6060年代初)(年代初)(年代初)(年代初)(7 7)7.战术空中导航系统塔康(战术空中导航系统塔康(TACAN)军用测距测角系统,美国海军军用测距测角系统,美国海军1955年研制;年研制;TACAN在功能上相当于民航的在功能上相当于民航的VOR和和DME;TACAN台安装在航母或地面上,可为飞机同时台安装在航母或地面上,可为飞机同时提供距地面台(航母)的方位和
13、距离信息;提供距地面台(航母)的方位和距离信息;TACAN系统体积小,便于机动,在军事上得到系统体积小,便于机动,在军事上得到了广泛应用。了广泛应用。1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势三、第三阶段(从三、第三阶段(从三、第三阶段(从三、第三阶段(从2020世纪世纪世纪世纪6060年代中期至今)年代中期至今)年代中期至今)年代中期至今)1.广泛采用数字技术和计算机技术,提高已有的性能广泛采用数字技术和计算机技术,提高已有的性能优良的导航系统的数字化程度,提高其导航性能,并使系优良的导航系统的数字化程度,提高其导航性能,并使系统具备故障诊断能力。统具备故障
14、诊断能力。2.发展组合导航系统,如发展组合导航系统,如INS/GNSS组合系统。组合系统。3.研制新的更先进的导航系统,如研制新的更先进的导航系统,如GPS、GLONASS、GALILEO、北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统。4.卫星导航系统的增强技术,如陆基增强系统卫星导航系统的增强技术,如陆基增强系统(GBAS)、)、星基增强系统(星基增强系统(SBAS)、)、飞机增强系统飞机增强系统(ABAS)。)。目前导航方式 无线电导航-ILS、VOR/DME、MLS、Loran C、TACAN等等 陆基导航系统,传统的导航方式 信号覆盖范围小,精度低,技术落后等 卫星导航-GPS,Galileo,
15、北斗,北斗 星际导航系统 适用于新的航行系统,PBN/RNAV/RNP ILS系统将在一段时间仍是主要的着陆系统 1.2 1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势无线电导航的发展简史和发展趋势1.3 1.3 无线电导航信号的传播方式无线电导航信号的传播方式一、无线电频段划分及导航信号所占频谱一、无线电频段划分及导航信号所占频谱一、无线电频段划分及导航信号所占频谱一、无线电频段划分及导航信号所占频谱序号序号频段名称频段名称甚低频(甚低频(VLF)波段名称波段名称330kHz12346785频率范围频率范围低频(低频(LF)中频(中频(MF)高频(高频(HF)甚高频(甚高频(VHF)超高频(超高频(
16、UHF)特高频(特高频(SHF)极高频(极高频(EHF)30300kHz300kHz3MHz3MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3GHz330GHz30300GHz甚长波甚长波长波长波中波中波短波短波超短波超短波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波微微波波波波段段 如果把雷达纳入导航之内,则无线电导航信号几乎如果把雷达纳入导航之内,则无线电导航信号几乎占满了这占满了这8个频段。个频段。1.3 1.3 无线电导航信号的传播方式无线电导航信号的传播方式 二、无线电波的传播方式二、无线电波的传播方式1.无线电波传播的主要方式无线电波传播的主要方式地波传播地波传播天波传播天波传播视距传
17、播视距传播波导模传播波导模传播磁层模传播磁层模传播散射传播散射传播1.3 1.3 无线电导航信号的传播方式无线电导航信号的传播方式 2、视距传播视距传播Direct-wave propagation1.3 1.3 无线电导航信号的传播方式无线电导航信号的传播方式传播方式:收发天线处在直视范围内,能相互传播方式:收发天线处在直视范围内,能相互“看见看见”的电波传播。的电波传播。适合频段:适合频段:VHF及及VHF以上以上特点:特点:信号稳定可靠,干扰源少信号稳定可靠,干扰源少辐射效率高,发射天线小辐射效率高,发射天线小可以产生很窄的脉冲及尖锐的方向性图,可以产生很窄的脉冲及尖锐的方向性图,故测距
18、、测向的精度很高故测距、测向的精度很高不能提供地平线以下的覆盖不能提供地平线以下的覆盖存在多径干扰存在多径干扰导航系统:导航系统:VOR,DME,ILS,MLS,LRRA,GNSS对导航信号而言,对导航信号而言,视距传播是一种视距传播是一种非常优秀的传播非常优秀的传播方式方式1.4 1.4 振幅测向系统测角的方法振幅测向系统测角的方法振幅测向系统测角的方法振幅测向系统测角的方法:最大信号法、最小信号法、等信号法最大信号法、最小信号法、等信号法 等信号法(比较信号法)等信号法(比较信号法)抗干扰性较好抗干扰性较好;不灵敏区较小(不灵敏区较小(N较小)较小);导航台偏离的方向可知。导航台偏离的方向
19、可知。1.1.5 5 无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择 无线电导航定位方法的优先级选择无线电导航定位方法的优先级选择 定位定位1.ICAO推荐的优先级推荐的优先级 定位定位 定位定位2.FAA推荐的优先级推荐的优先级 定位定位 定位定位 定位定位高高低低高高低低1.6 1.6 无线电导航系统的布局无线电导航系统的布局 机载无线电导航系统的布局(机载无线电导航系统的布局(机载无线电导航系统的布局(机载无线电导航系统的布局(1 1)1.6 1.6 无线电导航系统的布局无线电导航系统的布局 机载无线电导航系统的布局(机载无线电导航系统的布局(2)第二章第二章 ILSILS
20、原理原理2.1 ILS2.1 ILS概述概述2.2 2.2 GSGSGSGS的工作原理与过程的工作原理与过程的工作原理与过程的工作原理与过程2.3 2.3 LOCLOCLOCLOC的工作原理与过程的工作原理与过程的工作原理与过程的工作原理与过程2.4 2.4 指点信标指点信标指点信标指点信标2.1 ILS2.1 ILS概述概述一、华东地区主要的ILS设备型号ILS:主要有:主要有NORMARC和和THALES设备设备 NORMARC:7000A系列(航向NM7013/下滑NM7033/指点标NM7050),该系列产品目前已逐渐被更新,目前上海地区仅浦东一跑道17L为7000A系列。7000B系
21、列(航向NM7013B/下滑NM7033B/指点标NM7050),大部分更新或新安装的仪表着陆系统都是选用该系列。THALES:410系列(航向LOC411/下滑GS412/指点标MB413),该系列产品上海浦东二跑道、威海机场、东营机场等。410系列:扬泰机场一、一、系统组成系统组成 ILS由地面设备和机载设备组成。地面设备可以分为三个部分:航向信标台、下滑信标台、指点信标台(或测距仪台),其典型位置如图11所示。机载设备则包括相应的天线、接收机、控制器及指示器等2.1 ILS2.1 ILS概述概述 若若ILS加装了加装了DME提供飞机距跑道的距离信息,则三个指点标可以提供飞机距跑道的距离信
22、息,则三个指点标可以少装或不装。少装或不装。2.1 ILS2.1 ILS概述概述2.1 ILS2.1 ILS概述概述2.1 ILS2.1 ILS概述概述二、二、ILS的发展历史及其缺点的发展历史及其缺点 ILS是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统,是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统,其工作体制为其工作体制为M型等信号测角方式。型等信号测角方式。发展历史发展历史 1939年由美国研制成功;年由美国研制成功;1949年被年被ICAO采纳为国际标准导航系统。采纳为国际标准导航系统。缺点缺点 频道数少:频道数少:40个频道个频道 对机场环境敏感对机场环境敏感 提供的下滑道单调提供的下滑道单调2.
23、1 ILS2.1 ILS概述概述三、三、三、三、ILSILS的发展趋势的发展趋势的发展趋势的发展趋势2.1 ILS2.1 ILS概述概述 航向信标台(航向信标台(LOC):提供水平制导):提供水平制导 下滑信标台(下滑信标台(GS):提供垂直制导):提供垂直制导指点信标台(指点信标台(MB):提供距离信息与决断信息):提供距离信息与决断信息四、系统的工作原理四、系统的工作原理 五、五、基本定义基本定义调制度差(ddm):较大音频信号对射频的调制度百分数减去较小音频信号对射频的调制度百分数的值。航道线:在任何水平面内最靠近跑道中心线的ddm为零的各点的轨迹。航道扇区(航道宽度):从航道线向两边扩
24、展,到ddm为0.155的各点轨迹所限制的区域。通常在跑道入口两边以105米为0.155ddm,最大航道扇区(航道宽度)不能超过6度。位移灵敏度:测得的ddm与偏离适当基准线的相应横向位移的比率。下滑道:跑道中心线的铅垂面上ddm为零的各点所组成的轨迹中最靠近地平面的那条轨迹。下滑角:平均下滑道的直线与地平面之间的夹角。下滑道扇区:从下滑道的铅垂面向上下两边扩展,到ddm为0.175的各点轨迹所限定的区域。角位移灵敏度:测得的ddm与从适当的基准线相对应的角位移的比率。2.1 ILS2.1 ILS概述概述基本定义基本定义A点:在进近方向沿着跑道中心延长线、距跑道入口7400米(4海里)处测得的
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