郝瓊琳

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局，西安 710082）

DME和ILS都是重要的導航設備，DME專注于測距導航，是目前應用范圍最廣的導航系統(tǒng)之一，ILS著陸標準與天氣條件、導航設備狀況等有關，適用面相對較為狹窄，在常規(guī)情況下可以指導著落作業(yè)。研究表明，對ILS進行優(yōu)化，可以使其工作性能得到提升，更好的引導飛機著落，分析機場DME失效情況下ILS著陸標準的可用性，對于提升機場工作的能力以及應急處理能力有一定意義。

1 DME與ILS在飛行著落中的作用

1.1 DME在飛行著落中的作用

DME（Distance Measuring Equipment，測距機）是高精度的近程脈沖測距導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前在各地機場應用廣泛。DME利用光、聲音、電磁波的反射、干涉等特性，了解發(fā)射端與目標之間的距離，甚至對標對象的面積、周長等信息。在飛機準備著落時，利用DME不斷發(fā)生光波（也可以是聲波或者電磁波），并收集各類探測波的回波信息，隨著降落過程中飛機與地面跑道距離縮短，所獲回波信息也持續(xù)變化，當回波達到臨界點（安全降落標準）時，飛機即可完成降落。

1.2 LS在飛行著落中的作用

ILS（Instrument Landing System，儀表著陸系統(tǒng)）是引導飛機進行精密接近、著陸的導航系統(tǒng)，由ILS設備確定的機場著陸標準即ILS著陸標準。DME依靠分辨快速的回波信息作為著落依據，而ILS儀表著陸系統(tǒng)則依靠大量數據的累積和瞬時感應作為雙重參數，了解飛機的降落信息。一般而言，如果通信條件良好，ILS儀表著陸系統(tǒng)可以確保給出精確數據，但如果天氣條件惡劣，存在暴雨、太陽黑子等情況，ILS儀表著陸系統(tǒng)所獲數據的誤差會比較大，難以作為飛機著落的指導。

2 DME失效情況下ILS著陸標準可用性分析

2.1 當前ILS著陸的基本模式

ILS儀表著陸系統(tǒng)的應用研究由來已久，在DME測距機廣泛普及前，歐洲部分國家曾進行過大量研究，了解ILS儀表著陸系統(tǒng)的可行性。在我國的研究中，學者總結了此前研究結果，給出其著落的基本模式，即以感應數據為基礎，以容錯系統(tǒng)作為矯正，通過大量計算和機器學習確保數據結果的科學性，結合累積數據生成著落標準。該方式的顯著弊端是機器學習缺乏樣本、效率也不高。由于通常情況下飛機的著落以DME測距機作為基準，可供ILS儀表著陸系統(tǒng)應用的樣本并不多，這使基于ILS儀表著落系統(tǒng)建立著陸標準的構想難以實現。此外，通過計算機模擬的大量樣本帶有反復性和相似性特點，不利于機器學習和分辨更多的著落情況，上述兩個問題能否解決，是ILS儀表著落系統(tǒng)能否優(yōu)化的關鍵。

2.2 優(yōu)化的容錯系統(tǒng)設計

ILS儀表著落系統(tǒng)缺乏樣本的問題在現代大數據技術的支持下可以漸漸解決，如針對暴雨天氣出現的參數失真問題，技術人員可以廣泛收集暴雨天氣下ILS儀表著落系統(tǒng)的參數變化，了解惡劣天氣導致的失真程度，并大量收集樣本，再以各類樣本為標準，不斷調整樣本的某一個或者幾個指標（比如降雨量、風力條件等），制造數目更多的樣本，將其用于機器訓練[1]。與此同時，可以采用隨機森林法以及K近鄰算法，是所有樣本在機器訓練的過程中被不斷歸類。在隨機森林法以及K近鄰算法下，幾乎變化無窮的樣本數意味著機器能夠記憶的樣本類型也是無限大的，多樣化的“K”值和“隨機森林樹木”則保證了訓練的效率。在大數據技術和先進降維科學算法（隨機森林法以及K近鄰算法）的支持下，ILS儀表著落系統(tǒng)可以在飛機降落的過程中根據動態(tài)情況快速與已知樣本進行對比，給出科學的著落方案，容錯能力大大增加，著落標準也更為科學可信。K近鄰算法下的樣本分類模型如圖1所示。

圖1 K近鄰算法下的樣本分類模型

2.3 優(yōu)化的感應式引導

感應式引導是ILS儀表著落系統(tǒng)的基本特點之一，如上文所說，在此前的工作中，氣象條件、設備精度等均會影響ILS儀表著落系統(tǒng)著落標準的價值，這使感應式引導的價值難以得到保證。對其進行優(yōu)化，著眼點是提升系統(tǒng)性能，強化其針對運動目標進行跟蹤計算時的自適應能力。在飛機降落的過程中，作為一個運動目標，其運動軌跡、規(guī)律帶有明顯的規(guī)律性，即速度降低、加速度變小、運動軌跡呈現拋物狀，到停止時為0。這一過程中，即使偶爾出現速度小幅變化，也不會影響整體運動規(guī)律[2]。應用跟蹤計算技術的基礎是大量有效的機器訓練，使ILS儀表著落系統(tǒng)在工作過程中積累大量模型，無論飛機在降落過程中出現何種變化，ILS儀表著落系統(tǒng)都可以應用傳感器收集當前信息，與系統(tǒng)模型對比，精準給予匹配，即便參數變化大，也能通過自適應調整匹配到對應樣本，實現感應式引導的優(yōu)化，ILS儀表著落系統(tǒng)的著落標準也更加科學可信。

3 模擬實驗

3.1 模擬對象

為求了解優(yōu)化的ILS儀表著落系統(tǒng)是否能夠滿足使用需求，研究人員進行了模擬實驗，實驗以計算機模擬的方式進行，選取我國山西省咸陽國際機場作為參照，代入機場工作的各類參數，并模擬大雪、暴風雨、冰雹、太陽黑子等氣象災害作為變量，對比ILS儀表著落系統(tǒng)以及DME測距機給出的著落標準，判斷ILS儀表著落系統(tǒng)優(yōu)化后是否可以指導著落作業(yè)。

3.2 實驗過程與結果分析

實驗分為兩組，即ILS組和DME組，兩組分別應用各類變量進行150次實驗，綜合150次實驗的結果，對比系統(tǒng)反應時間、著落標準偏差（基準值為理想狀態(tài)下的虛擬值），應用t值進行檢驗，實驗所獲結果如表1所示。

表1 實驗結果

實驗結果上看，ILS儀表著落系統(tǒng)在飛機著落過程中可以較快的給出著落標準，與DME測距機相差只有0.02s，幾乎可以忽略不計；與此同時，150次實驗中，著落偏差也僅為0.36（±0.02），滿足著落標準要求，這意味著ILS儀表著落系統(tǒng)經優(yōu)化后可以用于飛機著陸指導。

4 結束語

通過探討機場DME失效情況下ILS著陸標準的可用性，了解了相關理論。通常情況下，DME測距作為標準的著落指導，如果DME失效，ILS也具備導航價值，這種價值的基礎是其工作特征，通過強化容錯系統(tǒng)設計以及感應式引導，可以指導飛機標準著落，模擬實驗證明了相關理論的可行性。后續(xù)工作中，各地可以適當優(yōu)化ILS系統(tǒng)，強化機場的工作能力。

[1] 倪幫春.開關穩(wěn)壓電源在儀表著陸系統(tǒng)中的運用[J].通訊世界，2018（01）：195-196.

[2] 于耕，于泠潔.基于無跡卡爾曼濾波的儀表著陸系統(tǒng)/GBAS著陸系統(tǒng)/慣性導航系統(tǒng)組合導航融合方法[J].科學技術與工程，2017，17（36）：236-241.