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1d413000  民航機場空管工程

1d413010  民航機場航空通信導航及監視系統

大綱要求：掌握導航系統的構成、掌握監視系統的主要內容、掌握民航機場航空通信導航及監視系統的建設要求、掌握民航機場航路工程的構成及建設要求、熟悉民用航空通信的方式、悉民用航空通信導航監視設施防雷技術及其施工要求

1d413011  導航系統

導航系統包括全向信標、測距儀、儀表著陸系統、全球衛星導航系統。

一、全向信標(vor)

全向信標vor (very high frequency ommi-directional range)是一種相位式近程甚高頻導航系統。

由地面的電臺向空中的飛機提供方位信息，以便航路上的飛機可以確定相對于地面電臺的方位。這個方位以磁北（用n來表示）為基準，它通過直接讀出電臺的磁方位角來確定飛機所在位置，或者在空中給飛機提供一條“空中道路”，以引導飛機沿著預定航道飛行。

在民航運輸機上，還可以預先把沿航線的各個vor臺的地理位置（經度、緯度）、發射頻率、應飛行的航道等逐個輸入計算機（飛行管理系統和自動飛行系統），在計算機的控制下，飛機就可以按輸入的數據自動地到達目的地。

全向信標vor在空中導航中有以下幾個具體用途：

(1)利用機場附近的vor臺可以實現歸航和出航；

(2)利用兩個已知位置的vor臺可以實現直線位置線定位；

(3)航路上的vor臺可以用作為航路檢查點，實行交通管制；

(4) tvor (terminal v()r)放置在跑道的軸線延長線上，利用與軸線一致的方位射線進行著陸引導。

例題4：全向信標vor在空中導航的用途（     ）

a 歸航和出航    b 直線位置線定位   c航路檢查點   d著陸引導   e 提供引導信息

答案：abcd

解析：本題考查全向信標vor的用途。e提供引導信息是測距儀（dme）的功能。

全向信標具有以下幾個特點：

(1)因為工作頻率較高（在超短波波段），所以受靜電干擾小，指示比較穩定；

(2)提供地面電臺磁方位角，準確性較高；

(3)所提供航道信號只能在水平面到仰角45o的垂直范圍內，在電臺上空有一個盲區不能提供方位信號，作用距離限制在視線距離內，隨飛機高度而增加；

(4)電臺位置的場地要求較高，如果電臺位置選在山區或附近有較大建筑物的地點，由于電波的反射，將導致較大的方位誤差。

vor設置于機場、機場進出點和航路（航線）上的某一地點。設置于機場終端時，通常設置在跑道的一側，也可以設置在跑道一端外的跑道中心線延長線上，應符合機場凈空要求。設置在航路時，應設置在航路中心線上，通常設置在航路的轉彎點或機場進出點。

二、測距儀( dme)

測距儀dme (distance measuring equipment)是國際民航組織規定的近程導航設備，它提供航空器相對于地面測距儀臺的斜距。測距儀一般與民用航空甚高頻全向信標和儀表著陸系統配合使用。

當測距儀與甚高頻全向信標配合使用時，它們共同組成距離一方位極坐標定位系統，直接為飛機定位；當測距儀與儀表著陸系統配合使用時，測距儀可以替代指點信標，以提供飛機進近和著陸的距離信息。

測距儀與甚高頻全向信標臺合裝設置于機場，機場進出點和航路（航線）上的某一地點，測距儀與儀表著陸系統合裝時，通常設置在下滑信標臺，也可設置在航向信標臺。測距儀設置于機場終端時，應符合機場凈空要求。

三、儀表著陸系統(ils)

儀表著陸系統ils (instrument landing system)，是目前應用最為廣泛的飛機精密進近和著陸引導系統。

它的作用是由地面發射的兩束無線電信號實現航向道和下滑道指引，建立一條由跑道指向空中的虛擬路徑，飛機通過機載接收設備，確定自身與該路徑的相對位置，使飛機沿正確方向飛向跑道并且平穩下降高度，最終實現安全著陸。

1．功能

ils能在氣象條件惡劣和能見度差的條件下為飛行員提供引導信息，保證飛機安全進近和著陸。

為了著陸飛機的安全，目視著陸的水平能見度必須大于4.8km，云底高不小于300m，在很大的一部分機場的氣象條件不能滿足這一要求。這時，著陸的飛機必須依靠ils提供的引導進行著陸。

國際民航組織根據在不同氣象條件下的著陸能力，規定了三類著陸標準，即i類、ⅱ類、ⅲ類儀表著陸標準，使用跑道視程(rvr)和決斷高度(dh)兩個量表示。

決斷高度(dh)是指飛行員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低高度。在決斷高度上，飛行員必須看見跑道才能著陸，否則放棄著陸進行復飛。

跑道視程(rvr)是指在跑道中線上航空器上的飛行員能看到跑道面上的標志或跑道邊燈、中線燈的距離。

儀表著陸系統運行標準定義如下：

類型

決斷高度(dh)

能見度(vis)

跑道視程(rvr)

i類(cati)

不低于60m（200英尺）

不小于800m

不小于550m

ⅱ類(catⅱ)

決斷高度(dh)低于60m（200英尺）但不低于30m (100英尺)

 

不小于350m

ⅲa類( catⅲa)

決斷高度(dh)低于30m（100英尺），或無決斷高(dh)

 

不小于200m

ⅲb類(catⅲb)

決斷高度(dh)低于30m（100英尺），或無決斷高(dh)

 

小于200m，但不小于50m

ⅲc類(catⅲc)

無

 

無

2．儀表著陸系統的組成

儀表著陸系統包括方向引導和距離參考系統。

方向引導系統包括航向信標(localizer，loc/llz)、下滑信標(glide slope，gs或glide path，gp)。

航向信標臺位于跑道進近方向的遠端，波束為角度很小的扇形，提供飛機相對于跑道的航向道（水平位置）指引；

下滑臺位于跑道入口端一側，通過仰角為3o左右的波束，提供飛機相對跑道入口的下滑道（垂直位置）指引。

距離參考系統包括指點信標(marker beacon)。距離跑道從遠到近分別為外指點標(om)、中指點標(mm)和內指點標(im)，提供飛機相對跑道入口的粗略的距離信息，通常表示飛機在依次飛過這些信標臺時，分別到達最終進近定位點(faf)、i類運行的決斷高度、ⅱ類運行的決斷高度。

測距儀(dme)會和儀表著陸系統同時安裝，使得飛機能夠得到更精確的距離信息，或者在某些場合替代指點標的作用。應用dme進行的ils進近稱為ils-dme進近。

方向引導系統和距離參考系統又由地面發射設備和機載設備所組成。地面臺站在機場的配置情況如圖1d413011-1所示，內指點信標僅在ⅱ類和ⅲ類著陸標準的機場安裝。

 

航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂直平面內，形成航向面或叫航向道，如圖id413011-2所示，用來提供飛機偏離航向道的橫向引導信號。機載接收機收到航向信標發射信號后，經處理輸出飛機相對于航向道的偏離信號，加到駕駛艙儀表板上的水平姿態指示器的航向指針。

下滑信標臺天線產生的輻射場形成下滑面，下滑面和跑道水平平面的夾角，根據機場的凈空條件，可在20～40之間選擇。下滑信標用來產生飛機偏離下滑面的垂直引導信號，機載下滑接收機收到下滑信標臺的發射信號，經處理后輸出相對于下滑面的偏離信號，加到駕駛艙儀表板上的水平姿態指示器上的下滑指示器。

航向面和下滑面的交線定義為下滑道。飛機沿這條交線著陸，就對準了跑道中心線和規定的下滑角，在距離跑道入口約300m處著地。

指點信標臺為2個或3個，裝在順著著陸方向的跑道中心延長線的規定距離上，分別叫內、中、外指點信標，每個指點信標臺發射垂直向上的扇形波束。

四、全球衛星導航系統(gnss)

gnss (global navigation satellite system)是星基無線電衛星導航系統，在全世界范圍內可以同時為陸、海、空用戶提供連續、精確的三維位置、速度和時間信息。

由于它具有連續的全球覆蓋能力，使飛機可以在可遵循的條件下實現從一個地方到另一個地方的直線飛行，擺脫臺對臺飛行，明顯降低航行時間和油耗。

在gnss接收機中包含數據處理系統，可將飛機位置、高度、速度信息實時發送到空中交通管制中心及相關部門實現全程自動監視，也為空中交通管制中心提供防撞預警。

gnss導航系統具有陸基導航系統無法比擬的優越性和安全性。

1d413012監視系統

監視系統包括雷達系統、自動相關監視和空管自動化系統。

知識點一：雷達系統

雷達是一種通過輻射無線電波，并檢測是否存在目標的反射回波以及回波的特性，從而獲取目標信息的探測裝置。

根據雷達發射信號與回波之間的延時，可測得目標的距離；根據對目標距離的連續測量，可獲得目標相對雷達的速度；通過測量回波的波前到達雷達的角度，可以確定目標所在的角方位。

應用于空中交通管理方面的雷達主要有一次監視雷達(psr)和二次監視雷達(ssr)。雷達發射電波后靠接收目標反射回波，由此得出目標的距離和方位信息的稱為一次雷達。

如果回波是來自目標上的發射機轉發的輻射電波則稱為二次雷達。

一次雷達按管理區的使用，劃分為：航路（道）監視雷達、機場監視雷達和精密進近雷達。

一次雷達的優點是：可以在雷達熒光屏顯示器上用光點提供飛機的方位和距離；

缺點是：不能識別飛機的代碼和高度，且反射回波較弱，易受固定目標的干擾。為了克服一次雷達的不足，發展了二次雷達。

1．一次監視雷達

一次監視雷達可分為地面雷達和機載雷達兩大類。

地面雷達主要用于空中交通管制系統中，如監視航道飛行或終端管制區飛行的一次監視雷達，用于引導飛機起飛與著陸的精密進近雷達，用于監視機場地面的場面監視雷達和探測管制空域內氣象條件的地面氣象雷達等。

機載雷達主要用于機上探測，如機載氣象雷達以及用于指示飛機高度的測高雷達和導航用的多普勒導航雷達等。

類型

適用條件

特點

航路（道）監視雷達

用于監視管制航道上的飛行目標

為在廣闊管制空域內以較少代價來得到足夠的雷達覆蓋；足夠的距離覆蓋和高度覆蓋。

機場監視雷達(asr)又稱終端監視雷達

監視終端管制區域內的飛行目標，并在平面顯示器上標出它們的距離和方位按照監視空域內的流量狀態，合理安排起飛順序以縮短起飛間隔。

機場監視雷達的另一個重要任務是及時提供終端管制空域內的有關氣象數據。管制空域的范圍有限，作用距離在108～144km，高度覆蓋在7500m左右已能滿足使用要求。

精密進近雷達

精密進近雷達是一種三坐標雷達，同時提供著陸飛機的方位、仰角和距離。

主要用于交通流量小，機動性要求高和氣象條件較惡劣的場合，如小型軍用或民用機場，也可在一般機場作為備用設備使用。

機場地面探測裝置

能提供機場上地面目標（如飛機、牽引車、加油車等）的平面位置圖。

 

飛機著陸方式除目視著陸、儀表著陸系統和微波著陸系統外，還有雷達引導著陸系統，后者主要靠精密進近雷達(par)來完成。

2．二次監視雷達

二次監視雷達(ssr)由地面二次雷達（詢問器）與機載應答機配合，采用問答方式工作，對管制空域的有源反射目標監測，二次雷達是相對一次雷達而言的。

詢問器可根據傳播時延以及天線指向測定應答目標的方位與距離。地面雷達收到這個回答信號后，經過信號處理，把裝有應答機的飛機代碼、高度、方位和距離顯示在顯示器上。

3．s模式二次監視雷達

傳統的a/c模式二次監視雷達在詢問時，當飛機處于兩個相鄰雷達站作用范圍重疊的區域時會產生同步串擾；傳統的a/c模式二次監視雷達的編碼采用12位二進制數，代碼數僅為212個，可交換信息少。

a/c模式下雷達輸出的主要數據信息包括高度信息、識別碼、方位信息、距離信息，易受到混擾和串擾的影響，對日交通流量在1000架次以上的機場，其監視能力已接近極限。

s模式是近年發展起來的一種新的空中交通監視技術，相對傳統模式的二次監視雷達，采用了選址詢問，擴展了數據鏈，擴充了系統容量，降低了系統內部干擾，雷達輸出的數據信息比傳統a/c模式下雷達輸出的信息豐富很多。

s模式中的s (selective的首字母)是選擇的意思，不是向在其詢問波瓣內所有的飛機發射相同的詢問格式，而是根據每架飛機地址的不同，去點名（有選擇性的）詢問，每架飛機的地址是唯一的。

s模式二次監視雷達通過增加多種詢問模式，可以很好地兼容加裝常規模式應答機的飛機和加裝s模式應答機的飛機。s模式二次雷達和機載應答機采用24位二進制數表示飛機代碼，解決了飛機代碼資源短缺的問題。

s模式下雷達輸出的數據信息包括高度信息、識別碼、飛機識別信息（航班號）、飛機24位地址信息、信號強度信息、方位信息及時標信息等，便于空中指揮人員了解飛機更詳細的狀況。

例題5：s模式下雷達輸出的數據信息包括（     ）

a 高度信息    b識別碼   c信號強度信息   d飛機識別信息（航班號）   e 方位信息及時標信息

答案：abcde

解析：本題考查s模式下雷達輸出的數據信息包含內容。s模式下雷達輸出的數據信息包括高度信息、識別碼、飛機識別信息（航班號）、飛機24位地址信息、信號強度信息、方位信息及時標信息等，便于空中指揮人員了解飛機更詳細的狀況。

知識點二：自動相關監視

目前使用的自動相關監視(ads)技術是基于衛星定位和地／空數據鏈通信的航空器運行監視技術。

ads的概念最初是為越洋飛行的航空器在無法進行雷達監視的情況下，利用衛星實施監視所提出的解決方案。

在此概念下衍生的“廣播式自動相關監視”( ads-b)技術成功應用于無雷達地區的遠程航空器運行監視。ads-b技術具有使用成本低、精度誤差小、監視能力強等明顯優勢，對于高密度飛行區域的空中交通服務有著廣泛的應用前景。

1．自動相關監視

自動相關監視的原理是把來自機載設備的飛行位置數據通過地空數據鏈自動傳送到地面交通管制部門。

數據信息包括識別標志、四維位置信息、附加數據（飛行趨勢、飛行速度、氣象等）。

信息源包括各種機載導航傳感器和接收機以及大氣數據傳感器。

傳輸的數據鏈包括衛星數據鏈、甚高頻數據鏈、s模式二次雷達數據鏈。

信息的接收處理和應用顯示包括地面的通信終端和顯示終端兩部分，地面通信終端主要是各種與atn網絡兼容的數據鏈網絡以及與之相連的各種地面atn網絡和專用網絡。

地面atc部門的飛行數據處理系統可以將飛機的位置點圖形化的映射到地面終端顯示屏幕上，使其能像雷達點跡一樣在屏幕上顯示出來，即偽雷達顯示。

ads功能如下：

(1)通過對雷達覆蓋區以外的飛機提供ads監視手段來加強飛機安全；

(2)及時檢測到航路點引入差錯和atc環路差錯；

(3)對當前飛行計劃進行符合性監督和偏離檢測，及時發現飛機對放行航跡的偏離情況；

(4)管制員可以根據發現的問題及時提出修正的措施；

(5)結合ads和改進了監視、通信、atc數據處理和顯示能力，可以縮減飛行間隔標準；

(6)加強了沖突檢測和解脫能力；

(7)在緊急情況下及時得到飛機精確的位置信息。

在民航空中交通管制中，通過對雷達數據和ads數據的融合，在高密度終端區高精度的雷達位置數據和ads附加數據中的地速和垂直速率來提高數據精度。

2．廣播式自動相關監視

廣播式自動相關監視( ads-b)是一種監視技術，即航空器通過廣播模式的數據鏈，自動提供由機載導航設備和定位系統生成的數據，包括航空器識別、四維定位以及其他相關的附加數據。在無雷達覆蓋地區提供atc監視、機場場面監視以及未來空一空監視等應用服務。ads-b具備以下技術特征：

(1)自動：不需要人工的操作，不需要地面的詢問；

(2)相關：信息全部基于機載數據；

(3)監視：提供位置和其他用于監視的數據；

(4)廣播：數據不是針對某個特殊的用戶，而是周期性地廣播給任何一個有合適裝備的用戶。

ads-b支持的應用包括改善飛機避撞能力，提供駕駛艙交通信息顯示；航路、終端區、精密跑道監控；場面監視，包括跑道、滑行道，防止地面相撞。

ads-b提供的更多種類、更加及時的監視信息， ads-b是未來航行理念和規則實現的不可或缺的保障。

例題6：ads-b具備技術特征為（     ）

a 自動性      b 相關性      c互聯性          d監視性    e 廣播

答案：abde

解析：本題考查ads-b具備技術特征。ads-b具備以下技術特征：自動、相關、監視和廣播。

知識點三：空管自動化系統

空管自動化系統是以計算機為核心，實現對雷達、飛行計劃、氣象等信息的自動化處理系統。

通過人機交互界面為管制人員提供對整個管制區內飛行活動的監視、預測和告警信息，從而大大提高了空域的使用效率，增強了空中飛行的安全度，減輕了管制人員的工作負擔。

 空管自動化系統的核心是多雷達航跡融合與飛行計劃處理。

1．多雷達航跡融合

由于一部雷達的覆蓋范圍有限，利用計算機網絡技術將多部雷達的信號通過特定的計算辦法融合在一起的技術稱為多雷達航跡融合技術。

2．飛行計劃處理

空管自動化系統中飛行數據的處理通過飛行計劃處理系統來實現。主要執行飛行計劃處理、航跡計算、飛行計劃沖突探測、進程單的管理、電報的管理和處理、應答機代碼的管理、移交和協調的處理、空域的管理和簡單的流量管理等。

飛行計劃數據處理的目的是保證空中交通服務單位能夠根據批準的計劃對航空器提供管制、情報等服務，從而避免操作的盲目性，確保飛機安全飛行。

飛行計劃數據處理包括飛行計劃的自動接收、存儲、識別、分析，指出錯誤并確定航路，估計飛機經過每一個檢查點和到達終點機場的時間等。