一种新的机场助航系统设计

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1、一种新的机场助航系统设计　　摘要针对现阶段机场目视助航系统存在的问题和缺陷，提出了一种新的辅助着陆助航方法。该系统采用雷达引导、光电精确目标提取和高精度光学指示技术，为进近中的飞机提供高精度下滑坡度指示和方位指示；与现行的进近助航灯光系统相比，该系统具有智能化，航道指示精度高，引导距离远，气象适应性更好，使用布置简单等诸多优点，具有很高的工程应用价值。　　【关键词】目视助航设备精密进近航道指示图像提取雷达引导　　随着我国综合国力提高，各种军、民用飞机作业活动日益频繁；但受环境恶化的影响，我国中东部地区雾霾范围和程度不断加大，气象条件越来越恶劣，对机场飞行活动影响很大。而且大部分机场基础设施

2、陈旧，未配置仪表着陆系统（INS）或微波着陆系统（IRS），地面进近灯光系统简易，飞行员主要靠目视完成进近下滑着陆，当能见度低时，飞行员无法及时确定自身偏离下滑航道的情况，飞行员目视进近着陆安全受到严重威胁。　　在目视飞行中，驾驶飞机最困难的工作是在飞机进近、着陆时，建立和保持与跑道的动态三维相对角度关系（主要是下滑角和航向角）。飞机的进近速度很高、进近时间越来越短，且气象环境复杂，在没有目视助航系统的帮助的情况下飞机既要保持准确的进近方向又要保持准确的进近坡度就变得更加困难。　　现有通用目视进近坡度指示器（PAPI）和进近助航灯光系统存在指示信号少、精度低、进近航道窄、作用距离有限等问题

3、；本系统在航道指示上，能够提供横、纵两个方向上的偏差指示，且角度指示精度至少可达7级以上；且系统安装调试简单、光能利用率高，使得光束指向精度高，实现了低功率及高精度的航向偏差指示；系统常规气象条件下作用距离可达10公里，在雾霾天气条件下亦可达数公里，可有效保证飞行进近着陆的安全性。　　1助航系统构建　　1.1助航系统模型建立　　系统放置在飞机下滑面与跑道面交线上，位于跑道一侧的固定位置。系统模型示意如图1所示。　　飞机进场后，距离跑道入口约10km，此时，飞行员通过目视无法看到跑道入口，系统通过引导雷达来搜索飞机并获取飞机位置信息，之后再通过光电跟踪仪完成飞机眼位的精确提取和跟踪，此时，航

4、道指示器发射的指示光束覆盖飞机眼位，飞行员可根据航道光束信息提示调整飞机航向和姿态，对准下滑通道安全进近，直到飞行员可观察到跑道入口。　　1.2系统基本流程　　助航系统主要包括引导雷达、光电跟踪仪、航道指示器、精密伺服设备和数据融合控制单元。引导雷达、光电跟踪器和航道指示器均安装在伺服转台上，并将零位调校一致，光电跟踪仪包括红外成像和可见光数字成像两种工作模式，在常规气象条件下可采用高清可见光数字成像系统，可获得在夜间或雾霾情况下可启用红外跟踪模式。　　助航系统总体数据流程如图2所示。　　2目标搜索和跟踪　　为了辅助着陆助航系统尽可能的全天候、全天时有效地工作，将进场引导雷达与光电跟踪仪配

5、合使用，引导雷达波束较宽，具有很强的空域搜索能力，能够及时发现进场飞机，而光电传感器测量精度比引导雷达高，但目标搜索能力较弱，故系统采用雷达引导光电传感器的这一基本协调方式。雷达引导光电跟踪仪是指通过雷达锁定目标并引导光电跟踪仪伺服转台转动指向向目标，通过雷达观测数据与光电跟踪仪探测数据融合，获取飞机眼位精确位置信息，并可在终端操控界面显示融合后的飞机下滑航线偏差信息。　　2.1雷达引导　　进场引导雷达，将飞机引导到机场和最后的下滑航线上。进场监视雷达的天线不停地旋转扫描，发送一串超高频无线电波，无线电波碰触到目标反射回来，并在雷达显示器的屏幕上显示出来，高大建筑物、桥、高地等的反射波表现

6、为一些小的亮点；飞行中的飞机的反射波表现为一条变弱的光迹，借以辨明飞行方向，精密进场雷达测量飞机目标距离和方位角度信息。　　相应的，光学跟踪仪器协同低空进场雷达，或实现目标监视接力，与进场雷达的信息实现多源融合，从而更好的掌握各类低空航空器的飞行动态，保障低空空域畅通有序。总而言之，低空雷达与光学跟踪仪器融合有利于实现资源共享、功能互补，提升空中管制与低空监视的综合效能，如图3所示。　　光电跟踪仪和引导雷达协同工作，只有目标进入其作用距离范围内，设备才能检测到目标并实施跟踪，光学跟踪仪器需要引导雷达作为目标指示设备加以引导，这样才可以对目标的快速精确捕捉和跟踪。引导光学跟踪仪器伺服转台转向

7、雷达显示界面上被选中感兴趣的目标位置，以便观察人员通过光学跟踪仪器进行进一步的细节分析和判断。在雷达显示界面上移动雷达光标至选中目标，通过网络或串口把雷达的距离方位和高度数据传送给光学跟踪仪器，计算出伺服转台所对应的角度，将伺服转台引导到指定位置对应的伺服转台角度，引导伺服转台转向指定位置。　　2.2机头眼位的精确提取和跟踪　　由于搜索雷达的有效搜索高度有限，且目标被搜索雷达发现时距离较远，目标的高低角和方位角变化缓慢，