著陸系統(tǒng)信道環(huán)境好壞直接決定著系統(tǒng)的引導(dǎo)能力,，儀表著陸系統(tǒng)下滑信標(biāo)依據(jù)水平地面良導(dǎo)體特性，利用鏡像原理通過天線輻射水平極化電波,， 產(chǎn)生下滑道[1],，因此下滑信標(biāo)反射區(qū)域地面的電特性對下滑道的形成相當(dāng)重要。在一定積雪覆蓋和地面濕度的情況下,，反射區(qū)域地面的電特性會發(fā)生改變,，引起反射信號幅度的降低，從而影響儀表著陸系統(tǒng)的性能,，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致系統(tǒng)的降級[2],。

    為了確保儀表著陸系統(tǒng)穩(wěn)定工作，需要特別注意下滑臺的反射區(qū)域積雪所造成的影響,，必要時需要根據(jù)除雪規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)域除雪[3],。由于機(jī)場除雪規(guī)范在定制時是根據(jù)最壞情況而設(shè)定的，在多雪的時節(jié)積雪未影響儀表著陸系統(tǒng)正常工作的情況下,，根據(jù)規(guī)范需要對機(jī)場進(jìn)行頻繁的除雪,，耗費(fèi)大量人力、物力,，而且在除雪時,，機(jī)場交通運(yùn)輸也受到影響[4]。為緩和除雪的頻繁性,，進(jìn)一步提高機(jī)場在多雪天氣下的運(yùn)作效率,，同時確保著陸安全，可以通過理論分析并建立模型的方法進(jìn)行地面雪層覆蓋對系統(tǒng)影響的分析,，為實(shí)現(xiàn)高效的機(jī)場積雪清除,、確保飛行安全提供理論指導(dǎo)。本文根據(jù)下滑道形成原理,，基于幾何光學(xué)理論建立了機(jī)場積雪模型并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)問題的抽象模型進(jìn)行仿真,，而后細(xì)致討論分析研究。



3 仿真分析
    接收下滑信標(biāo)信號與其信號反射區(qū)域附近的地面特性有很大的關(guān)系,，實(shí)際機(jī)場地面積雪常常存在兩類情況,，一類是濕雪或積水，一類是干雪或凍冰[7],。濕雪可以認(rèn)為是良導(dǎo)體,，其反射特性較為明顯,，與積水問題等效。而干雪則不同于濕雪,，其反射特性不明顯而透射特性突出,，而且干雪存在融化，再次結(jié)冰等問題,，干雪問題與冰層覆蓋等效,。
3.1 濕雪覆蓋
    圖2給出了下滑信標(biāo)的工作頻率為332 MHz,預(yù)設(shè)下滑角為3°時，濕雪覆蓋情況下系統(tǒng)性能的變化情況,，濕雪的相對介電常數(shù)?著r=80,，電導(dǎo)率?滓=10-3 S/m，地面的相對介電常數(shù)?著e=20,，電導(dǎo)率?滓e=10-2 S/m,。隨著雪層厚度d的增大，下滑角逐步上升,，下滑道寬度也逐漸增大,，如圖3所示，當(dāng)雪層厚度為20 cm時,，下滑角由預(yù)設(shè)的3°上升到3.07°,下滑道寬度由預(yù)設(shè)的0.7°增加到0.72°,。當(dāng)雪層厚度增加到100 cm時，下滑角上升到3.4°,，下滑道寬度則增加到0.78°,，濕雪雪層覆蓋使得下滑角與下滑道寬度逐漸增加。由于濕雪屬于良導(dǎo)體,，根據(jù)良導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)原理,，雪層表面存在大量的感應(yīng)電流，在雪層界面呈現(xiàn)出反射特性大于折射特性,，發(fā)生在雪層-地面界面的反射和空氣-雪層界面的反射相比可以忽略,，式(14)中包含k2的指數(shù)項(xiàng)趨向于零，下滑信號在雪層的反射是雪層對系統(tǒng)的主要影響,。因此,，濕雪雪層覆蓋提高了鏡像面的高度，相當(dāng)于降低了下滑天線的高度,，改變了其相位中心,，但是隨著雪層厚度的增加,下滑角和下滑道寬度的增幅不大,在雪層厚度較小的情況下,其主要影響是降低儀表著陸系統(tǒng)的著陸容差等級，而并不會影響系統(tǒng)的可用性,，因此在濕雪覆蓋時,只要其厚度未超出所設(shè)置的門限值,可以暫時不必進(jìn)行除雪,。

(16)，取ρd=0.5，在T=-10℃條件下,，干雪的相對介電常數(shù)為1.4,，電導(dǎo)率δ=9.36×10-6 S/m。
　    隨著雪層厚度的增加,，下滑道和下滑寬度均出現(xiàn)變化,。起初，隨著d的增加,，下滑角從3°下降到2.85°，下滑道寬度由0.7°減小為0.67°,；而后隨著d的進(jìn)一步增加,，在雪層厚度增加到40 cm時，下滑角快速上升到極大值3.45°,，下滑道寬大增大到0.8°,，如圖5所示，系統(tǒng)下滑角大小隨雪層厚度呈近似周期性變化,，隨著雪層厚度的增加,，下滑角先減小，而后出現(xiàn)異變,，快速增大到某一極值,，然后再逐漸減小，按照這樣規(guī)律重復(fù)循環(huán)變化,，但是需要注意的是,，每一輪循環(huán)下滑道異變后，下滑角快速上升所到達(dá)的極大值要比前一循環(huán)的極大值大,。由于覆蓋地面的干雪或冰層屬于非理想導(dǎo)體媒質(zhì),，其表面的透射特性大于反射特性，地面對信號的反射起主要作用,。此時發(fā)生在空氣-雪層界面的反射與雪層-地面界面的反射相比足夠小,以致r12與r23相比可以忽略,，由于k2sinθ2>k1sinθ1，所以,，反射系數(shù)的相位被延遲,，下滑道先會出現(xiàn)下降，但下滑道下降的幅度并不大,，因?yàn)橐话闱闆r下其幅值并不大,。干雪雪層下滑道發(fā)生異變主要是因?yàn)楦采w雪層厚度所造成的反射系數(shù)相位突變，即式(13)中與r23相關(guān)項(xiàng)的180°相位突變,，經(jīng)推導(dǎo)可得發(fā)生異變時,，干雪的覆蓋厚度d存在關(guān)系式：
 

    機(jī)場積雪作為一種常見的場地環(huán)境因素，會對儀表著陸系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。根據(jù)幾何光學(xué)原理建立了機(jī)場積雪模型,，并針對反射區(qū)附近積雪對儀表著陸系統(tǒng)下滑道影響的問題進(jìn)行了建模分析,。結(jié)果表明，一定條件下機(jī)場的濕雪覆蓋會導(dǎo)致下滑道上移和下滑道寬度變寬,，在雪層厚度較小的情況下,，其主要影響是降低著陸系統(tǒng)著陸容差等級，而并不會影響系統(tǒng)的可用性,，只需按照正常的規(guī)范除雪即可,。而干雪覆蓋條件下，一定厚度的干雪會引起反射系數(shù)相位突變,，導(dǎo)致下滑道異變,，使得系統(tǒng)在雪層厚度不大的情況下，性能超出飛行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的門限,。應(yīng)用該分析方法可以為機(jī)場除雪提供更有利的理論參考,，提高除雪的時效性。
參考文獻(xiàn)
[1] 李躍, 邱致和.導(dǎo)航與定位[M].北京: 國防工業(yè)出版社,  2008:541-543.
[2] GREVING G, SPOHNHEIMER L N. Current issues in flight inspection measurements[A]. 16th International Flight  Inspection Symposium proceedings[C].Beijing,China:ICASC, 2010:183-192.
[3] ICAO. Annex10-Aeronautical Communications to the Convention on International Civil Aviation, Volume I Radio Navigation Aids[S]. The sixth edition, ICAO, 2006: 3-14-3-18.
[4] GREVING G, SPOHNHEIMER L N. Current Issues in demanding Flight Measurement Environments[A]. 15th International Flight Inspection Symposium proceedings[C].  Oklahoma, USA: ICASC, 2008:175-179.
[5] QUINET D, S.A.O. Analysis of ILS receiver output data  and comparison to US flight inspection tolerances[A]. 24th  Digital Avionics Systems Conference[C], 2005:1-8.
[6] STRATTON J A. 電磁理論[M]. 何國瑜譯. 北京: 北京 航空學(xué)院出版社, 1986:12-19.
[7] WALTON E K. Effect of wet snow on the null-reference  ILS System[J]. IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, 1993,29(3):1030-1035.
[8] TIURI M E, SIHVOLA A H, NYFORS E G. The complex  dielectric constant of snow at microwave frequencies[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1984, OE-9(5):377-382.