殷飛 靳龑

【摘要】 儀表著陸系統(tǒng)是通過儀表指針的方法為自動(dòng)駕駛儀提供控制數(shù)據(jù)，或?yàn)轱w行員提供著落時(shí)所需的下滑道和航向道。本文根據(jù)儀表著陸系統(tǒng)的運(yùn)行原理建立數(shù)學(xué)模型，采用通信系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行儀表著陸系統(tǒng)的仿真，并對(duì)該方案的缺陷進(jìn)行分析，為后期研究工作提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 儀表著陸系統(tǒng) 導(dǎo)航 建模 仿真當(dāng)前，儀表著陸系統(tǒng)存在航線復(fù)雜、飛行架次多、設(shè)備落后以及檢驗(yàn)費(fèi)高等問題[1-2]。對(duì)儀表著陸系統(tǒng)飛行檢驗(yàn)的建模與仿真進(jìn)行研究，可以在一定程度上改善上述問題，使實(shí)際飛行檢驗(yàn)的效率得到提高，同時(shí)還能改善飛機(jī)飛行的安全性和易損比[3]。

一、儀表著陸系統(tǒng)建模

儀表著陸系統(tǒng)的主要建模對(duì)象有航向信標(biāo)天線系統(tǒng)、航向信標(biāo)發(fā)射機(jī)以及機(jī)載接收機(jī)，并利用SystemView軟件進(jìn)行仿真。

1.1航向信標(biāo)臺(tái)發(fā)射機(jī)建模

通過比較90Hz、150Hz音頻信號(hào)的調(diào)制度表現(xiàn)航向信息，令

式中，M90：90Hz時(shí)的調(diào)制度；M150：150Hz的調(diào)制度。對(duì)進(jìn)場(chǎng)的飛機(jī)而言：在航道上時(shí)，二者幅度一樣，DDM=0；在航道右側(cè)時(shí)，90Hz占優(yōu)勢(shì)，DDM>0；在航道左側(cè)時(shí)，150Hz占優(yōu)勢(shì)，DDM<0。

航向信標(biāo)臺(tái)包括2臺(tái)余隙發(fā)射機(jī)和2臺(tái)航道發(fā)射機(jī)，其原理相同，假設(shè)航道信標(biāo)臺(tái)所反饋的SBO和CSB信號(hào)：

（1）

（2）

式中，M90=M150=m，Ω1=2π*90，Ω2=2π*150，w：載波角頻率。

1.2航向信標(biāo)天線系統(tǒng)建模

按照規(guī)定的規(guī)律將SBO和CSB信號(hào)分配給天線陣的每個(gè)單元，給出航道以及偏離航道的信息。

利用對(duì)數(shù)周期天線陣，結(jié)合儀表著陸系統(tǒng)，對(duì)八單元的航向天線陣建模。天線陣的橫向間隔是3/4λ，λ代表載波波長(zhǎng)。設(shè)Di為第i天線的天線中心距離，則天線陣反饋給Ri、Li的信號(hào)分別是：

（3）

（4）

假設(shè)F（θ）代表對(duì)數(shù)周期天線的方向性函數(shù)，則P點(diǎn)接收的CSB信號(hào)：

（5）

若r0>Di，則，，即：

（6）

則第i對(duì)天線的方向性函數(shù)表達(dá)式：

（7）

綜合4對(duì)天線，得八單元天線陣的水平方向性函數(shù)模型：

（8）

式中，，，則：

（9）

同理可得SBO信號(hào)航向信標(biāo)天線陣方向性函數(shù)：

（10）

1.3機(jī)載航向信標(biāo)接收建模

設(shè)P點(diǎn)在跑道左側(cè)，則：

（11）

式中，K：信號(hào)空間損耗，因?yàn)镾BO信號(hào)天線陣左邊天線饋和右邊的相反，所以SBO信號(hào)左右兩邊的波瓣相位也相反，則：

左邊： （12）

右邊： （13）

將以上兩式帶入（11）式可得：

（14）

將該信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，乘以本陣信號(hào)。假設(shè)OdB為濾波器增益，則A90和A150的信號(hào)幅度分別是：

（15）

整個(gè)仿真過程中，振幅降到一半，此時(shí)計(jì)算調(diào)制度差時(shí)，應(yīng)將音頻信號(hào)振幅加倍，則：

該式與（14）式相比，分析正確。

二、儀表著陸系統(tǒng)的仿真

SystemView軟件能提供一種可視的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，可以用于建立系統(tǒng)模型。通過系統(tǒng)仿真得出調(diào)整制度差DDM，使其與DDM對(duì)比，得出誤差。利用SystemView軟件建立儀表著陸系統(tǒng)的仿真圖。

在計(jì)算DDM時(shí)，等接收機(jī)濾波器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，模塊70輸出則為DDM。為了獲取載波信號(hào)和兩個(gè)音頻信號(hào)的幅值，因?yàn)闉V波器工作通常都是從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定狀態(tài)，所以乘以穩(wěn)定時(shí)刻的的函數(shù)模塊。同時(shí)，為了計(jì)算DDM，在載波幅值輸出模塊滯后加上函數(shù)模塊?？梢缘贸瞿K5和模塊6的輸出，分別是SBO、CSB信號(hào)。根據(jù)模塊52的信號(hào)輸出，可以看出濾波器在25mm時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，所以該輸出不計(jì)入有效數(shù)據(jù)。得出模塊70的調(diào)制度差DDM和模塊89DDM的輸出誤差。

由此可見，仿真得到的模塊波形與理論相同。濾波器初始狀態(tài)一般都不穩(wěn)定，與實(shí)際工作狀態(tài)一樣。DDM誤差的主要原因是濾波器輸出信號(hào)無法達(dá)到原始信號(hào)幅值。這可以通過上下截止頻率和設(shè)置帶寬來調(diào)整，以降低信號(hào)幅值誤差。

三、結(jié)束語

儀表著陸系統(tǒng)是引導(dǎo)、協(xié)助飛機(jī)著陸進(jìn)場(chǎng)的導(dǎo)航系統(tǒng)，它的可靠性會(huì)直接影響飛機(jī)著陸時(shí)的安全性。經(jīng)過航向信標(biāo)、機(jī)載接收設(shè)備以及地面信標(biāo)的建模，利用SystemView軟件進(jìn)行仿真，仿真論證了采用該軟件進(jìn)行儀表著陸系統(tǒng)的仿真是具有可行性的。這為儀表著陸系統(tǒng)的仿真研究做了初探，后續(xù)將以此為基礎(chǔ)。