飞行器精密进近导航着陆设备关键技术专业技术报告

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摘要：一、研究概述 伴随着民用航空的蓬勃发展，安全问题一直是各国航空部门极为重视的问题。在飞机进近和着陆过程中，着陆场可能出现各种复杂的气象条件，例如低云、低能见度、雨雪等情况，使飞行员无法目视建立着陆航线、进场和着陆，从而对飞行安全造成影响。据

　　一、研究概述

　　伴随着民用航空的蓬勃发展，安全问题一直是各国航空部门极为重视的问题。在飞机进近和着陆过程中，着陆场可能出现各种复杂的气象条件，例如低云、低能见度、雨雪等情况，使飞行员无法目视建立着陆航线、进场和着陆，从而对飞行安全造成影响。据统计有40%的事故发生在这一过程中。仪表着陆系统和微波着陆系统即是为了保障飞机进近和着陆安全所研制的无线电导航系统，但它们分别存在着精度不高和系统复杂的缺点。近十多年来，高新科技的研制和应用正在并将进一步提升民用航空的安全水平，促进民用航空持续快速发展。在空中交通管理领域广泛应用现代通信卫星自动化和计算机技术，展开了以星基导航为主导的空管技术革命。基于卫星导航及其增强系统的实时精密导航，不仅能连续提供三维位置信息，而且能提供准确的速度和时间信息，能很好的解决上述问题，并且有能力取代陆基无线电导航。我国正在加速建设的北斗卫星导航系统已于2020年实现了全球覆盖，带动了国内北斗导航相关产业蓬勃发展。随着卫星导航在各个领域的应用，人们对卫星定位的精度、可靠性、完好性和连续性的要求越来越高。特别是航空领域中，单纯的导航已经无法满足航空领域在所有飞行阶段的需求，尤其是精度和可靠性要求极高的精密进场和着陆阶段。为此卫星导航系统增强技术相继出现。卫星增强系统除了提供对伪距和电离层广域差分的校正之外，同时提供了GNSS的完好性信息，比普通的广域差分系统具有更好的实用价值。

　　本项目研发的高精度北斗天线和高精度北斗板卡，是飞行器精密进近导航着陆设备的两项关键技术，因为只有开发出这两項技术，才能真正实现毫米级的定位精度，以这两项关键设备构成地面和机载高精度导航接收机，结合新一代无线通信技术，利用差分定位算法提高卫星导航精度，能够使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得更高标准的精密进近、着陆引导服务。最终实现航空器的自动降落，大大提高飞行安全和舒适度，提升航空技术的水平。

　　二、研究背景及意义

　　本项目属于航空产业中的航空电子设备范畴，是航空设备制造中的核心技术，是航空产业链中的高附加值产品，随着航空产业相关标准的推广和国家大飞机以及配套产业的不断推进，国防工业中相关应用的不断深化，产品的使用环境必将不断推广。

　　本项目产品的研发和生产不仅填补了国内此类设备的空白，而且对航空电子产业的发展和提高航空电子设备的技术水平有重要意义。产品属于军民融合的技术，在和中航相关单位的合作中，产品的精度、抗干扰性和可靠性已经得到了验证，或得到了良好的使用效果，累积了大量宝贵的实验数据，因此项目的实施具有良好的技术基础和可实现性;项目建设符合国家产业政策，是深圳市政府重点支持的发展领域;能充分利用我市电子信息产业和装备制造的优势，项目应用前景广阔，对地方经济和产业结构调整具有积极的意义。

　　三、研究内容

　　高精度定位天线和高精度导航板卡的设计和实现。

　　要实现GBAS地基增强系统的功能，高精度定位天线和高精度导航板卡的研发是必不可少的，它们也是实现整个系统的关键部件，其指标对系统整体功能有着决定性作用。

　　1.高精度定位天线

　　高精度定位天线的高精度指的是天线相位中心的高精度，这就涉及到相位中心的技术领域。天线的相位中心是其等效的辐射中心，理想的天线只有一个唯一的相位中心，其等相位面为球面，此时天线接收各个方向的卫星信号时不会因为天线本身额外的相差产生定位的误差。然而绝大部分天线不存在唯一的相位中心，此时天线在接收不同方向来的卫星信号时就会产生额外的相位误差，从而造成测量的误差。

　　因此，如何设计具有高稳定相位中心的天线，减小天线相位中心偏差带来的测量误差，是测量型天线应用中需要迫切解决的问题。多馈点馈电技术是一个有效的手段，馈电点越多，对称性越好，相位中心稳定度越高，但相应的缺点是馈电网络越复杂。采用四个馈电点的微带天线，结合精心设计的功分网络，在获得了高稳定度的相位中心的同时，使得天线具有一个很低的剖面，在实际应用中具有很大的优势。通过对影响天线相位中心的各个因素进行建模，进行变量分析，从而在加工制造中进行针对性的管控，相位中心精度目前已经可以做到业界最高的1mm，而且目前正在向更高的精度目标迈进。为本项目配套建设的天线高精度相位中心测试实验室，拥有先进的高精度三轴测试转台和自动化测试系统，保证了产品的测试精度，同时获得了宝贵的相位中心测试原始数据，可以配合高精度导航板卡优化整个系统的精度。

　　高精度定位天线的另一个重要部件是低噪声放大电路，它的要求是：低噪声系数、高抑制、低功耗。卫星导航系统的特点对天线的方向图有这样的要求：高辐射效率获得高的系统信噪比，宽波束的方向图确保低仰角效果，高前后比以及低的轴比提高系统抗多径效应的影响。

　　在实际的天线使用环境中，因为周围一些遮挡物等障碍的存在，还会引入一个多径干扰的问题。特别是用于地面参考接收战的天线，如果受到干扰，将严重影响导航信号的联系性和完好性，对导航着陆系统系统的功能实现造成威胁。多径效应是高精度卫星导航测量的重要误差来源，这就要求天线具有较强的抗多径干扰的能力。大多数的多径信号是一次反射引起的反射信号，属于左旋圆极化波，因此提高天线极化纯度可以有效抑制多径信号;天线的下半空间接收到的信号都不是直达信号，因此减小天线的后向辐射同样可以抑制多径信号。另外，将天线安装在扼流圈上可以有效抑制多径信号的接收，通过对扼流槽的个数、槽宽、槽深等参数进行优化设计，就能使得天线的前后向辐射比得到提高，水平角度附近的信号接收水平都得到极大抑制，从而提高系统的抗多径能力。

　　2.高精度导航板卡

　　高精度导航板卡基本功能划分如下图所示：

　　高精度导航板卡软件按照功能划分可以分解为几个大部分(其中黄色部分需要由FPGA端负责辅助完成。

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