中文引用格式： 李沅鍇，潘辰洋，梁飛，等. 航向信標(biāo)輻射場(chǎng)中障礙物影響分析與布局優(yōu)化[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(11)：126-132.
英文引用格式： Li Yuankai，Pan Chenyang，Liang Fei，et al. Analysis of obstacle influence and layout optimization in the radiation field of a localizer[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(11)：126-132.
引言
鑒于全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)固有的脆弱性，作為陸基導(dǎo)航設(shè)備的儀表著陸系統(tǒng)（Instrument Landing System, ILS）仍然是機(jī)場(chǎng)核心導(dǎo)航系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，為飛機(jī)的進(jìn)近和著陸階段提供精密引導(dǎo)。其中，航向信標(biāo)（Localizer, LOC）作為ILS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是為飛行員提供精確的水平制導(dǎo)信息[1]，確保飛機(jī)能夠嚴(yán)格沿跑道中心線進(jìn)行安全進(jìn)近。LOC系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射穩(wěn)定的輻射場(chǎng)型，在飛機(jī)LOC接收天線處對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，生成信號(hào)調(diào)制度差（Difference in Depth of Modulation,DDM），從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋飛機(jī)相對(duì)于跑道中心線的偏離距離，為飛行員提供精確的航向修正指引，確保飛機(jī)始終沿預(yù)定進(jìn)近路徑飛行[2-3]。
隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，周邊商業(yè)設(shè)施日益密集，這一發(fā)展趨勢(shì)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)周邊障礙物（特別是高層建筑、塔臺(tái)、機(jī)庫(kù)等）的空間密度顯著提升。這種環(huán)境變化可能引發(fā)顯著的多徑效應(yīng)，導(dǎo)致LOC輻射場(chǎng)型發(fā)生畸變[4]。LOC輻射場(chǎng)的畸變會(huì)嚴(yán)重影響水平導(dǎo)航信息的測(cè)量精度和系統(tǒng)可靠性，進(jìn)而對(duì)飛行安全構(gòu)成潛在威脅。基于此，深入探究機(jī)場(chǎng)周邊障礙物對(duì)LOC輻射場(chǎng)型的影響機(jī)理，系統(tǒng)分析多徑效應(yīng)對(duì)LOC接收天線處信號(hào)調(diào)制度差（DDM）曲線的干擾特征，并據(jù)此優(yōu)化信號(hào)傳播路徑，對(duì)于提升航向信標(biāo)的導(dǎo)航性能、保障飛行安全具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
對(duì)于多徑效應(yīng)對(duì)航向信標(biāo)輻射場(chǎng)的影響研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了大量的相關(guān)研究。文獻(xiàn)[5]創(chuàng)新性地整合地理信息系統(tǒng)和電波傳播理論，建立了機(jī)場(chǎng)復(fù)雜地形多徑信號(hào)對(duì)ILS的覆蓋場(chǎng)的理論分析模型；針對(duì)進(jìn)近著陸系統(tǒng)中多徑干擾抑制的需求，文獻(xiàn)[6]基于物理光學(xué)法（Physical Optics, PO）研究了機(jī)場(chǎng)停機(jī)等待的飛機(jī)對(duì)LOC電磁輻射場(chǎng)的影響。該研究推導(dǎo)了輻射遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的劃分條件，并通過(guò)求解LOC近場(chǎng)方向圖，提升了近場(chǎng)電磁散射計(jì)算的精度。文獻(xiàn)[7]通過(guò)構(gòu)建參數(shù)化散射體模型庫(kù)，采用增量物理光學(xué)（Incremental Physical Optics, IPO）算法，建立包含開(kāi)闊環(huán)境與典型障礙物（含?？匡w機(jī)）的多徑效應(yīng)仿真體系。文獻(xiàn)[8]基于PO理論對(duì)障礙物引起的多徑效應(yīng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了PO法在機(jī)場(chǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電磁計(jì)算的可行性。相比PO，射線追蹤法計(jì)算量較小，特別適合模擬實(shí)時(shí)或大規(guī)模場(chǎng)景，近年來(lái)廣受關(guān)注。文獻(xiàn)[9]采用簡(jiǎn)化的射線追蹤方法，基于三維飛機(jī)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了飛機(jī)散射波對(duì)航向信標(biāo)（LOC）技術(shù)指標(biāo)的影響，但該研究?jī)H針對(duì)單頻LOC展開(kāi)，而實(shí)際應(yīng)用中雙頻LOC更為廣泛。文獻(xiàn)[10]重點(diǎn)分析了機(jī)場(chǎng)建筑物引起的多徑干擾對(duì)LOC輻射場(chǎng)的影響。進(jìn)一步地，文獻(xiàn)[11]探討了散射階數(shù)對(duì)基于射線追蹤法的LOC輻射場(chǎng)的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[12]則系統(tǒng)性地研究了障礙物散射場(chǎng)對(duì)調(diào)制深度差（DDM）的影響機(jī)理。在多徑干擾抑制方面，現(xiàn)有研究提出了多種解決方案：文獻(xiàn)[13]通過(guò)分析LOC陣列輻射方向圖與障礙物位置的關(guān)系，論證了障礙物定點(diǎn)設(shè)置的可行性；文獻(xiàn)[14]提出在建筑物表面涂覆特殊電磁波吸收材料的方法，有效降低了干擾信號(hào)的散射強(qiáng)度；文獻(xiàn)[15]采用飛機(jī)運(yùn)行路徑優(yōu)化策略，顯著減少了飛機(jī)引起的多徑干擾對(duì)LOC輻射場(chǎng)的影響；文獻(xiàn)[16]則通過(guò)LOC陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了輻射場(chǎng)型重構(gòu)，從而有效抑制了障礙物產(chǎn)生的多徑效應(yīng)。在實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域，研究人員使用ATOLL、ELISE等商業(yè)軟件仿真分析分析了實(shí)際場(chǎng)景下各類障礙物對(duì)DDM的影響，為機(jī)場(chǎng)周圍建筑物的選址提供了參考[17-19]，但這些商業(yè)軟件的核心技術(shù)受制于國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，需要向國(guó)外公司購(gòu)買和授權(quán)。
通過(guò)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究主要關(guān)注障礙物在特定位置的合理性評(píng)估，以判斷其對(duì)LOC輻射場(chǎng)的影響程度。傳統(tǒng)處理方法通常建議避免在不合理位置設(shè)置障礙物。然而，實(shí)際工程需求中往往需要在特定位置建設(shè)具有特定功能的建筑物。針對(duì)這一問(wèn)題，本研究基于射線追蹤法，系統(tǒng)分析了障礙物引起的反射信號(hào)分量和繞射信號(hào)分量對(duì)LOC輻射場(chǎng)的影響機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，提出了一種創(chuàng)新解決方案：在特定位置必須建設(shè)專用建筑物的工程場(chǎng)景中，通過(guò)優(yōu)化建筑物反射面與跑道之間的空間幾何關(guān)系（特別是夾角參數(shù)），可有效抑制對(duì)LOC輻射場(chǎng)產(chǎn)生顯著干擾的信號(hào)分量。這一方案為解決實(shí)際工程中特定區(qū)域LOC輻射場(chǎng)的多徑干擾問(wèn)題提供了新的技術(shù)途徑，對(duì)保障機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和安全性具有重要意義。
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作者信息：
李沅鍇1，潘辰洋2，梁飛1，許健1，葉永志1，景小榮2
（1.中國(guó)民用航空總局第二研究所，四川 成都610041；
2.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400069）
