一种航向信标外场测试方法与流程

本发明属于航空，具体涉及一种航向信标外场测试方法。

背景技术：

1、为确保仪表着陆系统提供正确可靠的引导信号，除了进行固定时间的飞行校验与设备内部信号监视检查外，仪表着陆系统运行维护人员需要定期在跑道上各个固定外场测试点进行外场测试分析，外场测试可对地面台发射的调制度、调制度差、调制度和进行测量。不同的运行类别的仪表着陆系统，其进行外场测试的频率也不相同，运行类别越高，进行的外场测试次数越频繁，目前常用的外场测试是通过技术员携带天线在跑道近端和远端进行现场测试，获取各种测试数据。

2、对于航向天线，外场测试通常需要进行三种测试：1、监控信号测量点，选择航向天线阵前r（通常为150m）为半径、以天线阵中心为圆心画圆，以跑道中心线为0度，向左右各40度之内、左右各取8个点（5度为步长）为测试点测量调制度差，以便于对信号进行监测。2、航道校直测量点测量选择，用外场测试仪站在跑道中间线上取若干点，可以选择靠近航向天线阵入口处的跑道中心线上一点，距离天线阵1000m左右一点，1500m处一点，下滑台对应的跑道中心线上一点；3、航道宽度测量点测量，选择跑道入口距离跑道中间线两侧107m处两点，由于入口处距离天线阵比较远反射比较多。可运用公式 l ＝ tgα/2 * l1。l1是靠近航向天线阵入口处距离天线阵距离，α是宽度。选择在靠近航向的跑道入口测量，l 就是宽度测量点距离跑道中心的垂直距离。

3、在进行第1种测试的过程中，通过获取不同测试点位的数据，观察调制度差（ddm）变化是否均匀，是否有跳变或者两边不是很对称，0度的位置调制度差是否是零，该测试主要是测试天线近场是否异常，若有异常则对天线进行维护分析判断天线出现问题的原因。但航向天线为阵列天线，目前机场主要应用航向天线厂家有thales、normarc以及764通信技术公司，天线阵有14/16/20/24等多个单元组成，厂家不同，阵子单元不同，需要技术人员对各种系列航向天线原理及运行情况了解，因此技术人员对天线异常原因进行查找非常困难。并且一旦天线出现问题，必须立马解决，否则将导致跑道无法开放，严重影响机场流量，因此当航向信标出现故障时，需要技术人员在极短的时间内找出问题并解决问题，对技术员要求较高，需对仪表着陆系统原理和排障能力有很深的理解。并且不同机场在测量时对测量半径选择不同，测量半径没有统一的标准，且无任何关于测量半径选取的指定意见或公式。

4、进行第2种测试的目的是为了观察ddm在测试点是否为0，由于机场场内存在航站楼、机库等建筑物，建筑物的存在可能导致航道信号存在抖动，导致选择测量点处ddm不为0，此时需要技术人员排查ddm不为0的原因，并且第2种测试方法只测量几个点的ddm，没有完整的测试整个跑道中心线的上航向信标的ddm，无法整体分析飞行区内建筑物对航道结构ddm造成的影响。

5、进行第3种测试的目的是为了观察在这两点其ddm是否为0.155，进而推算航向信标其航道宽度是否正常，但进行此项测量时，通常需要上跑道进行测量，需要向机场管制报告，受限程序限制，测量方式不灵活。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种航向信标外场测试方法，以至少解决上述部分技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种航向信标外场测试方法，先建立ddm标准曲线数据库，通过外场测试跑道入口±40°范围ddm数据、近场ddm数据、以及跑道末端至跑道入口ddm数据，将外场测试所得跑道入口±40°范围ddm数据、近场ddm数据、以及跑道末端至跑道入口ddm数据导入ddm标准曲线数据库进行比对以判断出航向天线是否出现问题及影响测试数据出现抖动的建筑物位置。

4、进一步地，ddm标准曲线数据库建立时，先计算出航道和余隙的csb和sbo信号，再计算出航道调制度差 ddmcou和余隙调制度差 ddmclr，再计算出距离航向信标150m的-40°~+40°的调制度差曲线，建立该距离时不同对数周期天线电压变化、相位变化的ddm曲线数据库。

5、进一步地，计算出航道和余隙的csb和sbo信号时，采用如下公式进行计算：

6、（1）；

7、式（1）中 f(θ)为天线阵子的合成场强， θ为偏离跑道中心线的角度，ai为每个天线阵子的激励 ，φi为每个天线阵子激励的初相位， di为每个天线阵子距离阵列天线中心的距离，λ为波长。

8、进一步地，按公式（2）计算出航道调制度差 ddmcou，按公式（3）计算出余隙调制度差 ddmclr：

9、（2）；

10、式（2）中 fsbo为sbo信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的辐射强度， fcsb为csb信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的辐射强度。

11、（3）；

12、式（3）中 fclrsbo为余隙sbo信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的辐射强度， fclrcsb为余隙csb信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的辐射强度。

13、进一步地，计算距离航向信标150m的-40°~+40°的调制度差曲线ddm时，采用如下公式进行计算：

14、（4）；

15、式（4）中 r为余隙信号和航道信号的幅度比， ddmclr为余隙信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的ddm强度， ddmcou为航道信号作用在阵列天线上时在空间中所产生的ddm强度。

16、进一步地，外场测试跑道入口±40°范围ddm数据时，以航向天线前方150米为半径、以天线阵中心为圆心，以1°为步长对天线左右各40度范围进行近场连续测量，获取实际跑道入口±40°范围ddm数据。

17、进一步地，外场测试跑道入口±40°范围ddm数据时，根据天线阵子激励情况，建立天线激励模型，计算每个距离其-40°~+40°范围内ddm曲线，以最远距离为参考，计算每个距离与最远距离曲线的方差，判断方差是否大于允许值，得出此时的距离，则可给出外场测试跑道入口±40°范围ddm数据的测试距离[r1，rmax]。

18、进一步地，近场ddm数据外场测试时，沿跑道中线进行连续性近场ddm数据测试以获取跑道入口及跑道末端连续航道结构曲线，根据跑道入口及跑道末端连续航道结构曲线可判断航道结构是否出现抖动；若出现抖动，采用ddm同频及双频算法来确定航道结构抖动是由航道信号反射或余隙信号反射所造成，再通过三角定位算法即可确定出造成航道抖动的具体障碍物。

19、进一步地，ddm同频信号的反射算法如下：

20、（5）；

21、式（5）中e为多径信号和直达信号的载波电平比， φ为直达信号和发射信号之间产生的相位差， ddmdirect为直达信号的ddm， ddmobject为反射信号的ddm，为同频信号合成的ddm值。

22、ddm双频信号的反射算法如下：

23、（6）；

24、式（6）中c为弱信号与强信号幅度比， ddmstrong为强信号的ddm， ddmweak为弱信号的ddm，为双频信号合成的ddm值。

25、三角定位算法如下：

26、（7）；

27、式（7）中为引起抖动的建筑物的纵坐标，（）函数为天线阵列函数的反函数，b为障碍物反射系数，ddm为使用设备测试获得的ddm参数，d为抖动位置距离航向天线距离。

28、进一步地，跑道末端至跑道入口ddm数据外场测试时，根据不同的航向信标天线建立其激励信号模型，获取在距离天线r=4000m处±40°范围内的航道余隙曲线并以此曲线为基准，以距离航向信标天线的距离r为变量，不断减小距离r，并计算在此距离r的航道余隙曲线，与r=4000m时的航道余隙做比较，计算在±10°范围内的跑道末端至跑道入口ddm线性斜率公差，当跑道末端至跑道入口ddm线性斜率公差为1%时距离r=900m，采用距离r900m代替近场距离4000m使用，在r=900m时，即可确定+10°测量点距离跑道中线距离为158m。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、本发明设计科学合理，操作简单，无需理论基础扎实的技术人员进行分析即可得出天线出现的问题。本发明可有效提高分析速度，可快速出具结论，无需进行大量理论分析。本发明不受飞行校验次数限制，相对于昂贵且半年一次的飞行校验，本发明外场测试可分析障碍物对航道结构和航道余隙的影响情况，可使机场更好的掌握机场周边电磁环境。

技术特征：

1.一种航向信标外场测试方法，其特征在于，包括如下步骤：先建立ddm标准曲线数据库，通过外场测试跑道入口±40°范围ddm数据、近场ddm数据、以及跑道末端至跑道入口ddm数据，将外场测试所得跑道入口±40°范围ddm数据、近场ddm数据、以及跑道末端至跑道入口ddm数据导入ddm标准曲线数据库进行比对，以判断出航向天线是否出现问题及影响测试数据出现抖动的建筑物位置。

2.根据权利要求1所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，ddm标准曲线数据库建立时，先计算出航道和余隙的csb和sbo信号，再计算出航道调制度差ddmcou和余隙调制度差ddmclr，再计算出距离航向信标150m的-40°~+40°的调制度差曲线，建立该距离时不同对数周期天线电压变化、相位变化的ddm曲线数据库。

3.根据权利要求2所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，计算出航道和余隙的csb和sbo信号时，采用如下公式进行计算：

4.根据权利要求3所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，按公式（2）计算出航道调制度差ddmcou，按公式（3）计算出余隙调制度差ddmclr：

5.根据权利要求4所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，计算距离航向信标150m的-40°~+40°的调制度差曲线ddm时，采用如下公式进行计算：

6.根据权利要求1所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，外场测试跑道入口±40°范围ddm数据时，以航向天线前方150米为半径、以天线阵中心为圆心，以1°为步长对天线左右各40度范围进行近场连续测量，获取实际跑道入口±40°范围ddm数据。

7.根据权利要求1所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，外场测试跑道入口±40°范围ddm数据时，根据天线阵子激励情况，建立天线激励模型，计算每个距离其-40°~+40°范围内ddm曲线，以最远距离为参考，计算每个距离与最远距离曲线的方差，判断方差是否大于允许值，得出此时的距离，则可给出外场测试跑道入口±40°范围ddm数据的测试距离[r1，rmax]。

8.根据权利要求1所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，近场ddm数据外场测试时，沿跑道中线进行连续性近场ddm数据测试以获取跑道入口及跑道末端连续航道结构曲线，根据跑道入口及跑道末端连续航道结构曲线可判断航道结构是否出现抖动；若出现抖动，采用ddm同频及双频算法来确定航道结构抖动是由航道信号反射或余隙信号反射所造成，再通过三角定位算法即可确定出造成航道抖动的具体障碍物。

9.根据权利要求8所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，ddm同频信号的反射算法如下：

10.根据权利要求1所述的一种航向信标外场测试方法，其特征在于，跑道末端至跑道入口ddm数据外场测试时，根据不同的航向信标天线建立其激励信号模型，获取在距离天线r=4000m处±40°范围内的航道余隙曲线并以此曲线为基准，以距离航向信标天线的距离r为变量，不断减小距离r，并计算在此距离r的航道余隙曲线，与r=4000m时的航道余隙做比较，计算在±10°范围内的跑道末端至跑道入口ddm线性斜率公差，当跑道末端至跑道入口ddm线性斜率公差为1%时距离r=900m，采用距离r=900m代替近场距离4000m使用，在r=900m时，即可确定+10°测量点距离跑道中线距离为158m。

技术总结
本发明公开了一种航向信标外场测试方法，解决现有技术对外场测试技术员要求高的技术问题。本发明先建立DDM标准曲线数据库，再将通过外场测试所得跑道入口±40°范围DDM数据、近场DDM数据、以及跑道末端至跑道入口DDM数据导入DDM标准曲线数据库进行比对以判断出航向天线是否出现问题及影响测试数据出现抖动的建筑物位置。本发明无需理论基础扎实的技术人员进行分析即可得出天线出现的问题所在；并可有效提高分析速度且快速出结论；不受飞行校验次数限制，相对于昂贵且半年一次的飞行校验，本发明可分析障碍物对航道结构和航道余隙的影响情况，可使机场更好的掌握机场周边电磁环境。

技术研发人员：梁飞,李沅锴,施瑞,叶家全,孙彦龙,林欢,许健,袁斌,杨萍,涂桂华
受保护的技术使用者：中国民用航空总局第二研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23