地面航空器动态运行对下滑结构影响的评估方法与流程

本发明涉及仿真技术领域，更具体地涉及地面航空器动态运行对下滑结构影响的评估方法。

背景技术：

民用航空仪表着陆系统设备是保障航空安全非常重要的设备，是中国民航当前唯一的精密进近导航设备。该系统组成设备之一航向信标负责航空器精密进近时的水平引导，下滑信标负责航空器精密进近时的垂直引导。

在新建或改扩建机场时，需根据仪表着陆系统及其周边的场地环境，对航向信标和下滑信标的信号质量进行评估分析，确认航向信标和下滑信标的信号质量是否满足国家标准和飞行校验的要求。

现有技术中所有的分析方法和模型都是基于静态数据来分析的，即机场的建筑物和航空器是什么样的，仿真模型就是什么样的，所分析的下滑道结构也是对一种场景的评估，如航空器在滑行道靠近天线的一侧动态滑行造成的影响，国际和国内均无参考的方法或模型，而如果无法评估地面动态运行的航空器造成的影响，将导致建设完成后飞行校验无法通过，设备无法开放，即使通过了也可能影响空中航空器进近的的运行安全。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种地面航空器动态运行对下滑结构影响的评估方法,包括如下步骤：

步骤一：对地形、建筑物、航空器、下滑信标天线阵建模；

步骤二：获取地面航空器在整个滑行路径滑行的下滑道结构，每个下滑道结构对应一个地面航空器；

步骤三：判断步骤二中获得的各个下滑道结构的正确性和有效性；

步骤四：确定好此时地面航空器距离下滑信标的距离、空中航空器距离下滑信标的距离，并确认每一架地面航空器沿着滑行轨道滑行到下一位置的下滑道结构位置时，对应的空中航空器的飞行距离；

步骤五：以引起最大干扰的航空器为参考，往前、往后搜索每一个地面航空器引起的下滑道结构，直至所有滑行路径的地面航空器统计完；

步骤六：根据步骤五获得下滑道结构，将地面上的航空器沿着滑行路径的所有下滑道结构组合在一起，组成地面航空器动态运行时的总的下滑道结构。

进一步的，步骤二的具体方法为：根据机场地面运行程序，模拟航空器在地面滑行预定的单位长度而形成的轨道等间隔排列在航空器的滑行路径上，每个单位长度的轨道作为一个下滑道结构。

进一步的，步骤三中，判断正确性和有效性的指标参数是调制度差DDM, 当DDM超过0.035时,下滑道结构不符合条件。

进一步的，步骤五中具体实现方法包括如下步骤：

步骤a：预先确定地面航空器滑行速度m_ground_plane_speed、空中航空器飞行速度m_air_plane_speed、相邻下滑道结构对应的地面航空器的间隔m_groundd_plane_sep、地面航空器移动相邻下滑道结构间距时空中航空器的飞行距离m_air_plane_sep;

步骤b：将地面航空器的整个下滑轨道按照滑行方向划分为N个具有间隔的位置，分别编号为1、2......N；确定空中飞行器干扰最大时地面航空器对应的位置m_ground_ref_num，并将其作为参考位置；确定受到干扰最大空中航空器距离下滑台的位置m_structure_ref_dis，并将其作为参考距离;

步骤c：计算地面航空器从一个下滑道结构位置滑到相邻下滑道结构位置时空中航空器飞行距离；

步骤d: 假定地面航空器在干扰最大位置i，等到其向前滑动m_ground_plane_sep/2与向后滑动m_ground_plane_sep/2时，空中航空器分别所处的位置，将空中航空器的这两个位置分别作为截取下滑道结构的起始、终止位置；

步骤e: 截取地面航空器在位置i所引起的下滑道结构，其位于步骤d所确定的起始位置、终止位置间,并对其对应的距离值进行存储；

步骤f:分别计算地面航空器在位置i-1到位置1、位置i+1到位置N的各个位置时，向前滑动m_ground_plane_sep/2与向后滑动m_ground_plane_sep/2时，空中航空器分别所处的位置，将空中航空器的这两个位置分别作为截取对应下滑道结构的起始、终止位置。

本发明的有益效果为：

本发明实现了实际飞行校验中下滑道抖动问题的动态分析，提高了机场飞行校验的效率，通过反复的动态仿真，为机场飞行校验和实际运行下的下滑道结构抖动进行分析，为机场跑道等待线划设，航空器滑行路线进行优化。

传统测试只能是在实际的机场滑行道上滑动航空器，空中的航空器进行飞行校验，查找地面航空器干扰空间信号的位置。该发明直接在计算机上滑行航空器，给出定量的分析数据，节约机场的飞行校验成本。

另外，在繁忙机场进行该项测试会对实际的机场运行造成严重的影响，导致延误或者运行安全，该发明能够直接在计算机上进行仿真，避免了延误和安全的隐患。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

图2为地面航空器下滑轨道示例图。

具体实施方式

本发明根据《国际民航公约附件十》，结合国际的下滑信标场地保护评估技术，在静态仿真的基础上，提出地面航空器动态仿真技术，分析航空器位于各个不同的位置上造成的下滑道结构的影响，为飞行校验的下滑道结构分析提供技术支持。

本发明提出的地面航空器动态仿真技术，解决了传统航空器静态仿真无法考虑航空器滑行的问题，为机场的滑行道的实际运行对下滑信标影响提供了技术手段。

如图1所示，本方法包括如下步骤：

步骤一：对地形、建筑物、航空器、下滑信标天线阵建模。下滑信标是仪表着陆系统中指示航空器沿机场下滑道进行进近着陆的设备。下滑信标天线阵建模需要根据地形计算下滑信标天线距离跑道入口的后撤距离、偏置，在静态仿真系统中输入下滑信标的天线馈电和相位、天线阵子的水平和垂直方向图，检查并确认理想状态时下滑信标天线的下滑道结构、下滑余隙等仿真是否正确，确认天线建模的正确性。本实施例中下滑信标建模与仿真采用的静态系统是意大利IDS公司的机场电磁环境分析系统（EMACS）。属于现有技术。

航空器模型根据机场的常用机型和最大机型建立，如浦东机场常用机型是空客A320-800，最大机型是B787。

建筑物建模是根据机场周边地形、航站区和飞行区的地形与建筑物，对机场周边的地形和建筑物进行建模。

步骤二：获取地面航空器在整个滑行道路径滑行的下滑道结构，每个下滑道结构对应一个地面航空器。

下面举例对步骤a-g进行说明。

例如，航空器在地面上滑行的轨道为图2所示的U型轨道，预定的单位长度为50米，各个50长度的滑行路径沿着U型轨道等间隔分布，形成一个个的下滑道结构。

此处的机场地面运行程序即从停机位滑行到跑道等待点，再从跑道等待点滑行道跑道准备起飞。

步骤三：判断步骤二中获得的各个下滑道结构的正确性和有效性。

判断正确性和有效性的指标参数是DDM（调制度差）。满足一定条件的DDM才是有效和正确的。根据《国际民用航空公约 附件十》，从覆盖区边缘（距离下滑信标10NM）到仪表着陆系统C点（下滑道直线部分在包含跑道入口的水平面上方30m高度处所通过的一点，通常距离下滑信标约600米），DDM阈值不能超过0.035。

当DDM不满足有效性和正确性时，此时空中的航空器必然因为地面航空器对下滑信标天线的干扰而受到干扰，无法通过飞行校验。

当DDM满足有效性和正确性时，此时空中的航空器也可能因为地面航空器对下滑信标天线的干扰而受到干扰，信号出现抖动，比如，地面航空器A320-800距离地面航空器300米时，地面航空器会影响大约9NM处的空中航空器，导致空中航空器接收到的DDM值从0.01增加到0.036，飞行出现颠簸。

步骤四：筛选出不符合条件的下滑道结构，确定好此时地面航空器距离下滑信标的距离、空中航空器距离下滑信标的距离，并确认每一架地面航空器沿着滑行轨道滑行到下一位置的下滑道结构位置时，对应的空中航空器的飞行距离。

判断下滑道结构的条件是正确性和有效性，下滑道结构正确性和有效性的指标参数是调制度差DDM, 当DDM超过0.035时,下滑道结构不符合条件。

步骤五：以引起最大干扰的地面航空器所处下滑道结构位置为参考，往前、往后搜索地面航空器，直至所有滑行路径的地面航空器统计完。

具体实现方法包括如下步骤

步骤a：预先确定地面航空器滑行速度m_ground_plane_speed、空中航空器飞行速度m_air_plane_speed、相邻下滑道结构对应的地面航空器的间隔m_ground_plane_sep、地面航空器移动相邻下滑道结构间距时空中航空器的飞行距离m_air_plane_sep。

步骤b：将地面航空器的整个下滑轨道按照滑行方向划分为N个具有间隔的位置，分别编号为1、2......N；确定空中飞行器干扰最大时地面航空器对应的位置m_ground_ref_num，并将其作为参考位置；确定受到干扰最大空中航空器距离下滑信标台的位置m_structure_ref_dis，并将其作为参考距离。

步骤c：计算地面航空器从一个下滑道结构位置滑到相邻下滑道结构位置时空中航空器飞行距离。

步骤d: 假定地面航空器在干扰最大位置i，等到其向前滑动m_ground_plane_sep/2与向后滑动m_ground_plane_sep/2时，空中航空器分别所处的位置，将空中航空器的这两个位置分别作为截取下滑道结构的起始、终止位置。

步骤e: 截取地面航空器在位置i所引起的下滑道结构，其位于步骤d所确定的起始位置、终止位置间,并对其对应的距离值进行存储。

步骤f:分别计算地面航空器在位置i-1到位置1、位置i+1到位置N的各个位置时，向前滑动m_ground_plane_sep/2与向后滑动m_ground_plane_sep/2时，空中航空器分别所处的位置，将空中航空器的这两个位置分别作为截取对应下滑道结构的起始、终止位置。

下面举例说明。如图2所示：

步骤a、b中的各个参数取值如下：

地面航空器滑行速度：m_ground_plane_speed = 4.2m/s。

空中航空器飞行速度：m_air_plane_speed = 42 m/s。

相邻下滑道结构对应的地面航空器的间隔：m_ground_plane_sep = 50m。

将地面航空器的整个下滑轨道按照滑行方向划分为17个具有间隔的位置,地面航空器位于位置8时，对距离下滑台8.35NM的空中航空器处干扰最大，此时地面航空器对应位置m_ground_ref_num = 8。空中干扰的参考距离为m_structure_ref_dis = 15742m。

地面航空器每移动50m，空中航空器在空中飞行的距离是

m_air_plane_sep = (m_air_plane_speed / m_ground_speed) * m_ground_plane _sep = 500m。

航空器在位置1到位置17的产生的下滑道结构统计方法如下：

当地面航空器位于位置i = 8时，其向前滑动25m与向后滑动25m，空中航空器将在m_start = m_structure_ref_dis – (m_ground_plane_sep / 2) = 15492m至m_end = m_structure_ref_dis + (m_ground_plane_sep / 2) = 15992m之间飞行，因此截取下滑道结构的起始位置m_start = 15492m，终止位置为m_end = 15992m。按照上述计算方法，向前搜索地面航空器在位置i=9时向前滑动25m与向后滑动25m所得到的m_start到。m_end位置间的下滑道结构与对应的距离选取并存储。m_structure_ref_dis加500。地面航空器位置递增，且每个位置按照前述的方法进行循环统计，直到把航空器位于位置9-位置17引起的下滑道结构选取出来。

由于地面航空器i = 8时已经计算过，因此向后搜索地面航空器位于位置i = 7时产生的下滑道结构，其向前滑动25m与向后滑动25m，空中航空器将在距离下滑台m_start = m_structure_ref_dis – (plane_sep / 2) = 14992至m_end = m_structure_ref_dis + (plane_sep / 2) = 15492m之间飞行，因此截取对应于位置i = 7的下滑道结构的起始位置m_start = 14992m，m_end = 15492m。m_structure_ref_dis加500，地面航空器位置i-1，循环统计，直到把地面航空器位于位置1到7引起的下滑道结构选取出来。

步骤六：根据步骤五获得下滑道结构，将地面上的航空器沿着滑行路径从第一个下滑道结构到最后一个下滑道结构的所有下滑道结构组合在一起，组成地面航空器动态运行时的总的下滑道结构。