基于MATLAB的下滑信标的建模与仿真

民航新疆空中交通管理局 李 凯

基于MATLAB的下滑信标的建模与仿真

民航新疆空中交通管理局 李 凯

仪表着陆系统是为飞机提供精密进近的陆基导航系统，该系统必须能够精确，可靠的提供导航信息，确保飞机安全着陆。然而，由于乌鲁木齐是单跑道运行，飞机架次繁多，航线复杂，飞行安全压力大，特别是进入低能见度运行后。维护人员在平时维护中因为无法利用现有设备进行实际操作，仅仅从理论方面进行分析，对于维护人员，特别是新员工的培训造成很大的困扰，通过对仪表着陆系统的建模及仿真，可以改善以上存在的问题。论文主要研究仪表着陆系统中下滑信标的建模及仿真，首先阐述下滑信标发射机及天线的原理并仿真实现，其次探讨分析下滑信标接收机的工作原理并仿真实现，仿真实验结果表明本文仿真的下滑信标能够正确给出飞机偏离航道的指示，引导飞机进近着陆。从而让导航人员充分了解我们的设备的作用以及如何工作，在维护工作中更能理解其中的工作原理，提高每一位职工对所做工作的自豪感。

陆基无线电导航系统；仪表着陆系统；下滑信标

1.下滑信标发射机仿真

信号下滑信标发射机产生信号的模型可以建立为如图1所示：

图1 下滑信标发射机的原理图

从图1中可以看出下滑信标的基本工作原理，并且知道了在下滑信标的发射机中，90Hz和150Hz的正弦信号发生器产生的90Hz和150Hz的正弦信号，是通过调幅电路和功放，再经过混频通过天线发射出去。

上天线的方向性可以由如下公式得出：

其中θ的取值范围是0到12度，为载波的波长，为上天线的高度：

上天线发射的信号的方向性图如图2所示：

图2 上天线发射的信号的方向性图

由于θ选择在0至12度之间，所以我们看到的是在0至12度之间的上天线方向性图。

我们由图2可知上天线方向，同时我们由原理图可知存在下天线，所以下天线的方向线图同样存在。

下天线发射的信号的方向性图：

其中θ的取值范围为0至12度，为载波波长，为下天线的高度：

我们知道，上天线和下天线在地面上的第一个波瓣的交叠给出等信号工作区，该信号区与地面夹角为下滑角，下滑角一般选择在2至5度。而下滑角的大小取决于天线位置距地面的高度。通过改变天线距地面的高度，我们就可以改变下滑角的大小。而方向性图波瓣的数目，在0至90度之间时，方向性波瓣数目等于天线高度h与工作半波长的比值。此外，由于在所需要的等信号区外，还存在不需要的假等信号区。为避免飞行器驾驶员在着陆时受这些假等信号的影响，应尽量使假的信号区远离实际使用的等信号工作区，而这个条件可以通过上天线和下天线不同的功率分配来满足。我们通常取下天线辐射强度是上天线辐射强度的两倍。当上天线辐射强度只有下天线辐射强度的一半时，假等信号对实际使用的等信号不会产生影响。

2.下滑信标天线的仿真

150Hz调制信号的调制公式为：

式中EHm和EHn为常数。

90Hz的信号经调制器调制，所以90Hz调制信号的调制度为：

角度θ的范围是0至12度。且式子中EHm和EHn为常数。

由90Hz调制信号的调制度的方向性图和由150Hz调制信号的调制度的方向性图可知，在下滑信标系统发射机的发射信号经过90Hz调制器的调制和150Hz调制器的调制后，经过二者的相互作用，将会合成下滑信标的空间辐射场。当飞行器在下滑道上时，150Hz的调制信号幅度等于90Hz调制信号幅度，这时的飞行器是在比较理想的下滑过程中；而当飞行器在下滑道的上面时，150Hz的调制信号幅度小于90Hz调制信号的幅度，偏离指示器上的指针向下指，表明飞行器在下滑道上面，这时的飞行器需要按照偏离指示器的指示，向下飞行；而当飞行器在下滑道的下面时，150Hz的调制信号幅度大于90Hz调制信号的幅度，偏离指示器上的指针向上指，表明飞行器在下滑道下面，这时的飞行器需要按照偏离指示器的指示，向上飞行。只有按照偏离指示器的指示来调制飞行器的高度，才能确保飞行器能够安全，经济，快速的降落。

3.下滑信标辐射场的仿真