风电场条件下仪表着陆系统性能分析

汪紫燕

摘 要：仪表着陆系统为飞机进近着陆阶段提供精确的导航信号，其工作性能可靠与否直接关系到航空安全。在实际生产应用中，仪表着陆系统的性能往往受到外在干扰，导致导航信号的获取产生偏差。本文利用Matlab模拟对有风电场条件下ILS信号进行仿真，分析干扰信号并将其转为因变量，为今后的运行维护提供理论基础和依据。

关键词：仪表着陆系统；风电场；干扰信号

1 项目立项的必要性和需求分析

仪表着陆系统是一种精密进近着陆系统，包括三个分系统：提供航向引导的航向信标、提供垂直引导的下滑信标和提供距离引导的指点信标。仪表着陆系统的性能严重影响到能否提供给飞机精确的导航信号，而这些导航信号的获取又取决于仪表着陆系统的工作状态，考虑适当的干扰因素，用Matlab对其建立动态模型，然后仿真，分析，通过比较前后有无干扰信号的状态对仪表着陆系统的性能进行数据分析，从而得到不同的干扰信号对仪表着陆系统性能的影响。

2 项目目标及主要任务

如果在仪表着陆系统（ILS）作用范围内飞机接收的信号不是信标发出的理想信号，而是参杂有干扰信号，ILS的相应制导性能就会受到影响。本课题旨在根据ILS工作原理对有风电场干扰条件下ILS信标信号进行仿真。

仪表着陆系统的引导信息是通过两个调制信号来反映的，可以間接地分析仪表着陆系统的性能。当加入干扰信号后，仪表着陆系统的性能会发生变化。本文主要研究航向信标信号中的CSB和SBO信号，对于干扰信号的加入通过研究音频相位以及调制度的改变，来体现对仪表着陆系统性能的影响。

3 仪表着陆系统天线原理

空间航向信号形成时，以航向天线为例，根据八单元天线阵，把CSB和SBO信号的馈电相位送到每对天线单元，因为到每个天线单元的路径相等，因此调制度差为零。此时调制是平衡的。

如果是由多对天线组成的天线阵，则最后合成的总信号为E=E1+E2+E3…为各对天线合成信号的叠加。

对数周期天线阵的方向性会有一定的强度，在处于正常状态的仪表着陆系统的航向指引设备中，位于左右天线单元中的CSB信号一般是通过采用一种方法，其为同相馈电，这种方式可以在一定程度上使跑道中心线上的信号幅度达到了一个最大值。而位于左右天线单元中的SBO信号恰好与CSB信号处于一个相反的状态，采用了反相馈电的方法，此时在跑道中心线上的信号幅度将会得到了一个最小值，这个最小值的取值为0。因此在理想的没有其他的干扰的条件的情况下，位于跑道中心线上的DDM的计算的理论值为0。在航向设备的调试过程中，需要进行一定的整理，本质上就是调整一下左右两边天线的SBO信号的馈电相位，使最后结果是处于中心线上的左右两边天线的SBO信号处于刚好反相的状态，从而得到SBO的幅度可以取到一个最小值0，DDM同时也为0。

在实际的情况下，假设选取空间中的某一个点，这个点是任意的，一般说来，这个点的DDM的取值，与该点的CSB和SBO这两个信号有着关系，它们之间的相位联系直接关系到DDM的取值。由空间调制的理论可以得知，当选取的任一点的信号中的CSB与SBO处于正交状态时，空间调制为0，当同相或反相时的状况时产生的时候，会有一个最大调制，空间调制表达式m=ASBOACSBcosΦ，其中A为幅度，Φ为CSB与SBO相位差。当讨论一对天线时，如果信号中的两个信号是处于正交的状态，我们可以得到一个空间调制，这个值在理论上是最大的，这个时候，这两个信号有着最适宜的相位差。同时，我们也可以看到一个特殊情况，就是当飞机处于跑道中心线上时，这种情况左右的天线信号不存在相位差，SBO1与SB02可以互相抵消，CSB1与CSB2有着最大的合成，所以在航向跑道中心线上，此时接收信号电平也是最大的。

4 干扰信号分析

当航向信标中的信号音频相位不符合规定时，在航向信标的状态中，航向信标中的两个音频信号90HZ和150HZ的相位需要有一个确定的关系，此时两个信号的波形才会表现正常，当因为某些原因或者是干扰，导致它们的相位不正常时，波形的振荡会发生一些明显的变化，这个变化可以通过波形反映出来，而且部分的波形的峰-峰值会不相等。

当两个音频相位不正确时，可以考虑其中的一个因素，即反射信号所导致的相位差不正确，飞机的接收机接收到航向信标台发射的两个信号，然后利用两个信号的调制度差（DDM）来确定最后的结果进而确定飞机相对于航道线的方位，所以调制度差的误差决定了航向定位误差。

而对于反射信号因素时，要考虑波束覆盖范围，飞机天线接收信号，转为电平差，为DDM给出与航道的偏差。在接收机中，DDM通过检测90HZ和150HZ电路的电流差来获得，接收机经过给十字指示器一个150μA的电流为扇区宽度来进行校准，由于航向和下滑扇区的DDM值不同，对于航向，DDM=15.5%，对于下滑，DDM=17.5%。此时，有个重要内容，关于扇区宽度，信号要在航向与下滑的扇区宽度内，扇区宽度与DDM有关。当考虑风电场条件时，比如各个场区的风机，当风机的位置不同时，也有影响，当风机处在航向扇区宽度里时，则风机对DDM有影响，同理，在下滑扇区宽度里时，对其有影响。

5 结论

没有干扰信号作用时，SBO和CSB信号的仿真与90HZ和150HZ的波形有关，当加入干扰信号后，在此，只研究干扰信号加入后导致的音频信号不正确和调制度的改变对SBO和CSB的信号的影响，从而影响仪表着陆系统性能。在仿真过程中，加入干扰信号后，波形会发生变化，这个变化可以通过波形反映出来，而且部分的波形的峰-峰值会不相等。

经过以上这些过程研究，仪表着陆系统在运行期间的时候，都必须经过严格的地面检验和运行维护过程，在检验和维护的过程中，信号波形是否符合要求又是工作研究的关键，因此，应当在一定的情况下，得到了标准的CSB、SBO信号的波形。这篇论文利用仿真工具Matlab实现了理想信道环境下仪表着陆系统航向信标的波形仿真，显示出信号的具体波形，分析了在各种不同的情况下，加入干扰信号后并将干扰信号换算成因变量，得到的CSB、SBO信号的波形，为今后的运行维护以及性能研究工作提供了一定的理论基础和理论依据。

参考文献：

[1]吴建勋-仪表着陆系统浅谈[J].科技资讯，2012（05）.

[2]苗强，吴德伟，毛玉泉，解蕾-仪表着陆系统建模与仿真[J].火力与指挥控制，2009（06）.