郭曉赟

摘 要：該文針對三亞鳳凰機(jī)場新建08下滑臺場地限制情況，對下滑信標(biāo)輻射原理、菲涅爾原理、場地設(shè)置規(guī)范、場地現(xiàn)狀、校飛結(jié)論以及影響下滑道結(jié)構(gòu)的因素等作了介紹及分析。通過理論分析和實(shí)際校飛結(jié)果得出三亞機(jī)場新建08下滑場地基本滿足下滑道結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：M 型下滑天線 菲涅爾原理 入口高度 下滑角

中圖分類號：V351.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（b）-0020-04

三亞鳳凰機(jī)場于1994年7月1日通航，跑道長3 400 m，寬60 m，是一座現(xiàn)代化4E級民用機(jī)場，機(jī)場現(xiàn)有08號跑道主降Ⅰ類精密進(jìn)近儀表著陸系統(tǒng)，設(shè)備型號為WILCOX MK10，投產(chǎn)使用至今逾20年，現(xiàn)有主降下滑臺位于滑行道與跑道之間。民航三亞空管站于2015年4月完成三亞鳳凰機(jī)場主降更新、次降新建Ⅰ類儀表著陸系統(tǒng)工程項(xiàng)目，設(shè)備型號為SELEX 2100系列，主降08下滑臺則遷建于跑道南側(cè)。由于海南國際旅游島的成立，三亞鳳凰機(jī)場2011年客流量首次突破1 000萬，機(jī)場周邊工程建設(shè)日新月異，對機(jī)場的電磁環(huán)境的保護(hù)提出了更高的要求。該文基于三亞鳳凰機(jī)場主降08下滑場地的設(shè)置以及場地環(huán)境對下滑道結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。

1 下滑信標(biāo)原理

1.1 下滑信標(biāo)工作原理

下滑信標(biāo)的工作原理簡單來說就是設(shè)備發(fā)射CSB（載波加邊帶波）和SBO（抑制載波后的純邊帶波）信號經(jīng)過空間調(diào)制后，機(jī)載接收機(jī)接收并比較該調(diào)制信號中的90 Hz和150 Hz兩個音頻信號的調(diào)制度；在下滑道上，90 Hz和150 Hz兩個音頻信號調(diào)制度相等，且調(diào)制度差為0，以此來引導(dǎo)飛機(jī)著陸；按國標(biāo)，通常下滑角為3°。

三亞鳳凰機(jī)場主次降下滑信標(biāo)均采用捕獲效應(yīng)型雙頻天線系統(tǒng)，設(shè)備型號為SELEX 2110，共由上、中、下3副天線組成，CSB、SBO和余隙信號按一定比例饋給3副天線。捕獲效應(yīng)型天線常用于反射區(qū)域長度小且地形起伏的反射場地，在下滑道的下方，CSB和SBO的信號強(qiáng)度減弱，削弱了地形對下滑道的影響，同時下滑的余隙調(diào)制有150 Hz占優(yōu)的CSB信號且存在8 kHz的頻差不會對航道產(chǎn)生干擾，覆蓋的是下滑道下方區(qū)域，給飛機(jī)提供向上的信號。

1.2 下滑信標(biāo)輻射區(qū)

下滑天線可分為零基準(zhǔn)、邊帶基準(zhǔn)和捕獲效應(yīng)3種類型，其中M型捕獲效應(yīng)天線對場地適應(yīng)性最強(qiáng)，提供的下滑道結(jié)構(gòu)也是最好，但由于此型號下滑信標(biāo)一般都發(fā)射余隙信號，故其結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。根據(jù)天線原理，下滑天線的場型主要取決于地面的反射，如果地面為理想導(dǎo)體，入射波被全部反射，空間任何一點(diǎn)的場強(qiáng)均可看成實(shí)際天線與鏡像天線場強(qiáng)的疊加，如圖1所示。因下滑信標(biāo)輻射的是水平極化波，故反射波和入射波幅度相等，相位差180°。

根據(jù)惠更斯一菲涅爾原理，在電波的傳輸過程中，發(fā)射天線與接收天線之間存在菲涅爾區(qū)。如圖1，發(fā)射天線T、接收天線R，鏡像天線T`，由電磁波傳播菲涅爾區(qū)的概念可知，在鏡像天線T`點(diǎn)到接收天線R點(diǎn)之間電波傳播的主區(qū)，就是以T`點(diǎn)和R點(diǎn)為焦點(diǎn)的最小或第一菲涅爾橢球區(qū)，該橢球與地面相交的橢圓，就是地面菲涅爾區(qū)，如圖2所示。

其中第一菲涅爾區(qū)對電磁波傳播的貢獻(xiàn)是最占優(yōu)勢的，因此下滑輻射場型的好壞主要取決于地面菲涅爾區(qū)，影響最大的主要是地形以及地面上的障礙物等。通過查詢FAA order 6750.16E ILS場地設(shè)置規(guī)范文件，影響下滑道結(jié)構(gòu)的反射區(qū)主要在第一菲涅爾區(qū)，可以通過如下公式計算出飛機(jī)正常進(jìn)近時的菲涅爾區(qū)，而這個區(qū)域就是最小的保護(hù)區(qū)范圍[1]。

公式中θ為下滑角，λ為波長，D為飛機(jī)在地平面上的投影至下滑天線的距離。

2 下滑場地設(shè)置

2.1 民航業(yè)內(nèi)場地設(shè)置規(guī)范

目前，中國民航下滑反射場地的設(shè)計依據(jù)是參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺和空中交通管制雷達(dá)站場地設(shè)置規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，在上述規(guī)范中，A、B區(qū)為下滑天線的菲涅爾反射區(qū)，如果保護(hù)區(qū)長度不足將會對下滑道結(jié)構(gòu)造成影響。

2.2 三亞新08下滑場地概況

三亞鳳凰機(jī)場現(xiàn)有下滑臺位于跑道和滑行道中間位置，已經(jīng)不能滿足日益增長的航班量和場地保護(hù)要求。新建下滑臺已遷至機(jī)場跑道西端的南側(cè)，這樣可以大大縮短飛機(jī)的等待距離，增加機(jī)場航班流量。新建下滑臺位于機(jī)場跑道西端的南側(cè)，距跑道西端內(nèi)撤距離291 m，距跑道中心線110 m；機(jī)場圍界外側(cè)緊挨著海南G225國道。如果按場地規(guī)范要求，新下滑臺的位置距跑道中心線的最佳距離是120 m，考慮到A區(qū)場地限制，故定為110 m。下滑臺距跑道西端291 m是因?yàn)榭紤]到其所在位置附近有一自動觀測站。新建下滑臺的A、B、C區(qū)場地保護(hù)如下圖3所示。從圖中可看出，A區(qū)（按規(guī)范設(shè)計長度為360 m）與B區(qū)交界處，A區(qū)有約5 m區(qū)域處于機(jī)場圍界外；B區(qū)有一半?yún)^(qū)域位于機(jī)場圍界外；C區(qū)基本上處于機(jī)場圍界外，且位于G225國道上。按《航空無線電導(dǎo)航臺和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場地規(guī)范》要求，完整的C區(qū)邊界應(yīng)距離下滑天線120 m，但這樣就會覆蓋到公路對面民房區(qū)。由于場地及條件限制，只能通過征地擴(kuò)大機(jī)場圍界以及土地平整等措施使B區(qū)達(dá)到場地保護(hù)要求。但是A區(qū)有約5 m區(qū)域處于機(jī)場圍界外，C區(qū)基本上處于機(jī)場圍界外，且位于G225國道上。

如上圖3所示，新建08下滑場地保護(hù)區(qū)也未能滿足MH/T4003-1996行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中A、B區(qū)總長度L僅為590 m，如果將下滑天線繼續(xù)后撤，使A、B區(qū)總長達(dá)到900 m的話，將會有更多的A區(qū)超出機(jī)場圍界以外到達(dá)國道上。下滑反射場地的長度不足可能會進(jìn)一步導(dǎo)致下滑道的結(jié)構(gòu)變差。

2.3 對下滑場地限制的理論分析

通過對以上情況的了解，三亞鳳凰機(jī)場新建08下滑保護(hù)區(qū)的場地是滿足不了MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場地規(guī)范》的。因?yàn)橛绊懴禄澜Y(jié)構(gòu)的反射區(qū)主要在第一菲涅爾區(qū)，從FAA order 6750.16E ILS場地設(shè)置規(guī)范文件中可以通過公式計算出下滑反射區(qū)的最小范圍，但是在科研階段不具有實(shí)際可操作性。

為了確認(rèn)下滑場地保護(hù)區(qū)是否滿足要求，也可以通過FAA order 6750.16E中提供的圖6、圖5、圖6來估算下滑天線距離下滑反射場地第一菲涅爾區(qū)遠(yuǎn)端的長度，即下滑反射區(qū)的最小長度L（MH/T4003-1996中A區(qū)與B區(qū)的總長）[1]。計算下滑反射區(qū)的最小長度L，L=L1+L2/2；L1由圖5估算得出，L2由圖6估算得出。圖4為計算下滑反射區(qū)的最小長度L示意圖，如圖所示通常選取4海里（24 304 462英尺），即外指點(diǎn)標(biāo)的位置來進(jìn)行估算，因?yàn)橄禄澜Y(jié)構(gòu)超限往往發(fā)生在距離跑道入口4海里之內(nèi)。從圖5得出L1約為10百英尺，即約305 m；從圖6得出L2約為1.7千英尺，即約518 m；故得出下滑反射區(qū)的最小長度L=L1+L2/2=305+518/2=564 m。

三亞鳳凰機(jī)場新建08下滑場地A、B區(qū)總長度L=590 m，大于計算的理論值564 m，因此從理論上講，現(xiàn)有新08下滑反射區(qū)是可以獲得好的下滑道結(jié)構(gòu)的。

3 校飛驗(yàn)證

3.1 校飛結(jié)論

三亞新08Ⅰ類下滑信標(biāo)于2015年4月30日完成設(shè)備投產(chǎn)校飛，其中校飛結(jié)果為合格，表1為相關(guān)飛行校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表中數(shù)據(jù)看下滑道結(jié)構(gòu)尚可，但是入口高度按標(biāo)準(zhǔn)是15+3 m，17.5 m的入口高度偏高，理想的入口高度按平均值計算在16.5 m。目前三亞新08下滑場地為新填夯土，后期可能會有地面沉降，這樣就會使入口高度降低，后期場地還有改善的情況。

3.2 影響下滑道結(jié)構(gòu)的多種因素

目前從設(shè)備抑或從場地都可以通過各種方式來影響下滑道結(jié)構(gòu)的改變，以下為各種影響下滑道結(jié)構(gòu)的因素。（1）通過調(diào)整設(shè)備參數(shù)，如改變調(diào)制平衡，但是建議只能在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)。（2）調(diào)整天線的掛高、左右偏置等，其中以M型捕獲效應(yīng)天線來說，中天線的高度決定下滑角度。（3）M型捕獲效應(yīng)下滑信標(biāo)將上天線向跑道方向扭動，入口高度增大，反方向扭動入口高度減小[3]。（4）反射場地雜草偏高，相當(dāng)于反射面抬高，使下滑角升高；另外在雨天如果場地有積水或地面上有積雪時，對下滑道也會有一定影響。（5）機(jī)場運(yùn)行方面，三亞機(jī)場現(xiàn)有08主降下滑臺位于滑行道與跑道之間，當(dāng)五邊飛機(jī)建立盲降后，若塔臺指揮大型客機(jī)滑過下滑臨界保護(hù)區(qū)在跑道端等待時，從而就影響了下滑信標(biāo)信號的正常發(fā)射，導(dǎo)致飛機(jī)在五邊進(jìn)近時感覺盲降信號不穩(wěn)定。

4 結(jié)語

盡管三亞鳳凰機(jī)場新建08下滑場地保護(hù)區(qū)未能滿足MH/T4003-1996《航空無線電導(dǎo)航臺和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場地規(guī)范》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是通過查閱FAA order 6750.16E ILS場地設(shè)置規(guī)范文件，從理論原理分析、實(shí)際校飛結(jié)論、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等多方面進(jìn)行了探究，最后得出三亞鳳凰機(jī)場新建08下滑場地能夠滿足下滑道結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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[3] 瞿淳清，李銘佳，施先貴.淺析水平扭轉(zhuǎn)M型下滑天線對入口高度及下滑角的影響[J].航空電子技術(shù)，2014（1）：35-39.