1d413000 民航機場空管工程

1d413010 民航機場航空通信導(dǎo)航及監(jiān)視系統(tǒng)

大綱要求：掌握導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成、掌握監(jiān)視系統(tǒng)的主要內(nèi)容、掌握民航機場航空通信導(dǎo)航及監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)要求、掌握民航機場航路工程的構(gòu)成及建設(shè)要求、熟悉民用航空通信的方式、悉民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)及其施工要求

1d413011 導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)包括全向信標(biāo)、測距儀、儀表著陸系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

一、全向信標(biāo)(vor)

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

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(zhǔn)，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(dǎo)飛機沿著預(yù)定航道飛行。

在民航運輸機上，還可以預(yù)先把沿航線的各個vor臺的地理位置（經(jīng)度、緯度）、發(fā)射頻率、應(yīng)飛行的航道等逐個輸入計算機（飛行管理系統(tǒng)和自動飛行系統(tǒng)），在計算機的控制下，飛機就可以按輸入的數(shù)據(jù)自動地到達目的地。

全向信標(biāo)vor在空中導(dǎo)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(xiàn)歸航和出航；

(2)利用兩個已知位置的vor臺可以實現(xiàn)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(dǎo)。

例題4：全向信標(biāo)vor在空中導(dǎo)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(dǎo) e 提供引導(dǎo)信息

答案：abcd

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

全向信標(biāo)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(wěn)定；

(2)提供地面電臺磁方位角，準(zhǔn)確性較高；

(3)所提供航道信號只能在水平面到仰角45^o的垂直范圍內(nèi)，在電臺上空有一個盲區(qū)不能提供方位信號，作用距離限制在視線距離內(nèi)，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(qū)或附近有較大建筑物的地點，由于電波的反射，將導(dǎo)致較大的方位誤差。

vor設(shè)置于機場、機場進出點和航路（航線）上的某一地點。設(shè)置于機場終端時，通常設(shè)置在跑道的一側(cè)，也可以設(shè)置在跑道一端外的跑道中心線延長線上，應(yīng)符合機場凈空要求。設(shè)置在航路時，應(yīng)設(shè)置在航路中心線上，通常設(shè)置在航路的轉(zhuǎn)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(guī)定的近程導(dǎo)航設(shè)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(biāo)和儀表著陸系統(tǒng)配合使用。

當(dāng)測距儀與甚高頻全向信標(biāo)配合使用時，它們共同組成距離一方位極坐標(biāo)定位系統(tǒng)，直接為飛機定位；當(dāng)測距儀與儀表著陸系統(tǒng)配合使用時，測距儀可以替代指點信標(biāo)，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(biāo)臺合裝設(shè)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(tǒng)合裝時，通常設(shè)置在下滑信標(biāo)臺，也可設(shè)置在航向信標(biāo)臺。測距儀設(shè)置于機場終端時，應(yīng)符合機場凈空要求。

三、儀表著陸系統(tǒng)(ils)

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

它的作用是由地面發(fā)射的兩束無線電信號實現(xiàn)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(shè)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(wěn)下降高度，最終實現(xiàn)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(dǎo)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(dǎo)進行著陸。

國際民航組織根據(jù)在不同氣象條件下的著陸能力，規(guī)定了三類著陸標(biāo)準(zhǔn)，即i類、ⅱ類、ⅲ類儀表著陸標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)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(fù)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(biāo)志或跑道邊燈、中線燈的距離。

儀表著陸系統(tǒng)運行標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的組成

儀表著陸系統(tǒng)包括方向引導(dǎo)和距離參考系統(tǒng)。

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

航向信標(biāo)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(cè)，通過仰角為3^o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(tǒng)包括指點信標(biāo)(marker beacon)。距離跑道從遠到近分別為外指點標(biāo)(om)、中指點標(biāo)(mm)和內(nèi)指點標(biāo)(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(biāo)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(tǒng)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(biāo)的作用。應(yīng)用dme進行的ils進近稱為ils-dme進近。

方向引導(dǎo)系統(tǒng)和距離參考系統(tǒng)又由地面發(fā)射設(shè)備和機載設(shè)備所組成。地面臺站在機場的配置情況如圖1d413011-1所示，內(nèi)指點信標(biāo)僅在ⅱ類和ⅲ類著陸標(biāo)準(zhǔn)的機場安裝。

航向信標(biāo)天線產(chǎn)生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂直平面內(nèi)，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(dǎo)信號。機載接收機收到航向信標(biāo)發(fā)射信號后，經(jīng)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(tài)指示器的航向指針。

下滑信標(biāo)臺天線產(chǎn)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(jù)機場的凈空條件，可在2⁰～4⁰之間選擇。下滑信標(biāo)用來產(chǎn)生飛機偏離下滑面的垂直引導(dǎo)信號，機載下滑接收機收到下滑信標(biāo)臺的發(fā)射信號，經(jīng)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(tài)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(zhǔn)了跑道中心線和規(guī)定的下滑角，在距離跑道入口約300m處著地。

指點信標(biāo)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(guī)定距離上，分別叫內(nèi)、中、外指點信標(biāo)，每個指點信標(biāo)臺發(fā)射垂直向上的扇形波束。

四、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(gnss)

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

由于它具有連續(xù)的全球覆蓋能力，使飛機可以在可遵循的條件下實現(xiàn)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可將飛機位置、高度、速度信息實時發(fā)送到空中交通管制中心及相關(guān)部門實現(xiàn)全程自動監(jiān)視，也為空中交通管制中心提供防撞預(yù)警。

gnss導(dǎo)航系統(tǒng)具有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性和安全性。

知識點一：雷達系統(tǒng)

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

根據(jù)雷達發(fā)射信號與回波之間的延時，可測得目標(biāo)的距離；根據(jù)對目標(biāo)距離的連續(xù)測量，可獲得目標(biāo)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(biāo)所在的角方位。

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

如果回波是來自目標(biāo)上的發(fā)射機轉(zhuǎn)發(fā)的輻射電波則稱為二次雷達。

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

一次雷達的優(yōu)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(biāo)的干擾。為了克服一次雷達的不足，發(fā)展了二次雷達。

1．一次監(jiān)視雷達

一次監(jiān)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(tǒng)中，如監(jiān)視航道飛行或終端管制區(qū)飛行的一次監(jiān)視雷達，用于引導(dǎo)飛機起飛與著陸的精密進近雷達，用于監(jiān)視機場地面的場面監(jiān)視雷達和探測管制空域內(nèi)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(dǎo)航用的多普勒導(dǎo)航雷達等。

類型	適用條件	特點
航路（道）監(jiān)視雷達	用于監(jiān)視管制航道上的飛行目標(biāo)	為在廣闊管制空域內(nèi)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(jiān)視雷達(asr)又稱終端監(jiān)視雷達	監(jiān)視終端管制區(qū)域內(nèi)的飛行目標(biāo)，并在平面顯示器上標(biāo)出它們的距離和方位按照監(jiān)視空域內(nèi)的流量狀態(tài)，合理安排起飛順序以縮短起飛間隔。	機場監(jiān)視雷達的另一個重要任務(wù)是及時提供終端管制空域內(nèi)的有關(guān)氣象數(shù)據(jù)。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(biāo)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(shè)備使用。
機場地面探測裝置	能提供機場上地面目標(biāo)（如飛機、牽引車、加油車等）的平面位置圖。

2．二次監(jiān)視雷達

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

詢問器可根據(jù)傳播時延以及天線指向測定應(yīng)答目標(biāo)的方位與距離。地面雷達收到這個回答信號后，經(jīng)過信號處理，把裝有應(yīng)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(jiān)視雷達

傳統(tǒng)的a/c模式二次監(jiān)視雷達在詢問時，當(dāng)飛機處于兩個相鄰雷達站作用范圍重疊的區(qū)域時會產(chǎn)生同步串?dāng)_；傳統(tǒng)的a/c模式二次監(jiān)視雷達的編碼采用12位二進制數(shù)，代碼數(shù)僅為212個，可交換信息少。

a/c模式下雷達輸出的主要數(shù)據(jù)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?dāng)_的影響，對日交通流量在1000架次以上的機場，其監(jiān)視能力已接近極限。

s模式是近年發(fā)展起來的一種新的空中交通監(jiān)視技術(shù)，相對傳統(tǒng)模式的二次監(jiān)視雷達，采用了選址詢問，擴展了數(shù)據(jù)鏈，擴充了系統(tǒng)容量，降低了系統(tǒng)內(nèi)部干擾，雷達輸出的數(shù)據(jù)信息比傳統(tǒng)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(nèi)所有的飛機發(fā)射相同的詢問格式，而是根據(jù)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(jiān)視雷達通過增加多種詢問模式，可以很好地兼容加裝常規(guī)模式應(yīng)答機的飛機和加裝s模式應(yīng)答機的飛機。s模式二次雷達和機載應(yīng)答機采用24位二進制數(shù)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(shù)據(jù)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(biāo)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(shù)據(jù)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(biāo)信息

答案：abcde

解析：本題考查s模式下雷達輸出的數(shù)據(jù)信息包含內(nèi)容。s模式下雷達輸出的數(shù)據(jù)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(biāo)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(guān)監(jiān)視

目前使用的自動相關(guān)監(jiān)視(ads)技術(shù)是基于衛(wèi)星定位和地／空數(shù)據(jù)鏈通信的航空器運行監(jiān)視技術(shù)。

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

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

1．自動相關(guān)監(jiān)視

自動相關(guān)監(jiān)視的原理是把來自機載設(shè)備的飛行位置數(shù)據(jù)通過地空數(shù)據(jù)鏈自動傳送到地面交通管制部門。

數(shù)據(jù)信息包括識別標(biāo)志、四維位置信息、附加數(shù)據(jù)（飛行趨勢、飛行速度、氣象等）。

信息源包括各種機載導(dǎo)航傳感器和接收機以及大氣數(shù)據(jù)傳感器。

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈、甚高頻數(shù)據(jù)鏈、s模式二次雷達數(shù)據(jù)鏈。

信息的接收處理和應(yīng)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(wǎng)絡(luò)兼容的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)以及與之相連的各種地面atn網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)。

地面atc部門的飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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(qū)以外的飛機提供ads監(jiān)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(huán)路差錯；

(3)對當(dāng)前飛行計劃進行符合性監(jiān)督和偏離檢測，及時發(fā)現(xiàn)飛機對放行航跡的偏離情況；

(4)管制員可以根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題及時提出修正的措施；

(5)結(jié)合ads和改進了監(jiān)視、通信、atc數(shù)據(jù)處理和顯示能力，可以縮減飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)；

(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(shù)據(jù)和ads數(shù)據(jù)的融合，在高密度終端區(qū)高精度的雷達位置數(shù)據(jù)和ads附加數(shù)據(jù)中的地速和垂直速率來提高數(shù)據(jù)精度。

2．廣播式自動相關(guān)監(jiān)視

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視( ads-b)是一種監(jiān)視技術(shù)，即航空器通過廣播模式的數(shù)據(jù)鏈，自動提供由機載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，包括航空器識別、四維定位以及其他相關(guān)的附加數(shù)據(jù)。在無雷達覆蓋地區(qū)提供atc監(jiān)視、機場場面監(jiān)視以及未來空一空監(jiān)視等應(yīng)用服務(wù)。ads-b具備以下技術(shù)特征：

(1)自動：不需要人工的操作，不需要地面的詢問；

(2)相關(guān)：信息全部基于機載數(shù)據(jù)；

(3)監(jiān)視：提供位置和其他用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)；

(4)廣播：數(shù)據(jù)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(yīng)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(qū)、精密跑道監(jiān)控；場面監(jiān)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(jiān)視信息， ads-b是未來航行理念和規(guī)則實現(xiàn)的不可或缺的保障。

例題6：ads-b具備技術(shù)特征為（）

a 自動性 b 相關(guān)性 c互聯(lián)性 d監(jiān)視性 e 廣播

答案：abde

解析：本題考查ads-b具備技術(shù)特征。ads-b具備以下技術(shù)特征：自動、相關(guān)、監(jiān)視和廣播。

知識點三：空管自動化系統(tǒng)

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

通過人機交互界面為管制人員提供對整個管制區(qū)內(nèi)飛行活動的監(jiān)視、預(yù)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(dān)。

空管自動化系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shù)稱為多雷達航跡融合技術(shù)。

2．飛行計劃處理

空管自動化系統(tǒng)中飛行數(shù)據(jù)的處理通過飛行計劃處理系統(tǒng)來實現(xiàn)。主要執(zhí)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(yīng)答機代碼的管理、移交和協(xié)調(diào)的處理、空域的管理和簡單的流量管理等。

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

飛行計劃數(shù)據(jù)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(jīng)過每一個檢查點和到達終點機場的時間等。

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