摘要：指点信标是用于航空甚高频无线电信标的一种特殊类型，是仪表着陆系统的一部分，是为飞行员提供在已经建立飞至目的地（如跑道）的航线中确定位置的方式。针对指点信标覆盖分析的研究，本文主要通过数字高程数据定量分析指点信标台站的信号覆盖范围，为导航提供可靠的理论支持，避免潜在的安全风险。

关键词：指点信标;覆盖范围;导航

绪论

从起飞机场到目的机场，飞机的整个飞行过程可以分为起飞、离场、航路飞行、进场、进近和着陆六个阶段。着陆是整个飞行过程中飞行难度最大、操作最复杂的阶段，也是飞行事故多发的阶段。这就从客观上需要一种先进的导航手段来完成飞机进近和着陆阶段的引导，从而保证飞行安全。仪表着陆系统[1]它能在低天气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下，引导飞机进近着陆，所以人们通常称其为盲降。指点信标[2]（Marker Beacon，MB）作为仪表着陆系统中不可缺少的一部分，它不仅仅辐射与导航参数有关的信息，还向飞行员提供位置信息。

一般有两大类信标，一种是安装在航路上，向飞行员报告飞机通过航路上某些特定点的位置信息，称为航路指点信标;另一种称为航道指点信标，属于ILS的一部分，用来给飞行员提供决断信息和飞机高度信息以及离跑道入口处的距离信息。本文主要介绍航道指点信标。

指点信标作为飞机无线电导航的一个部分，地面台安装在特定位置以一定的角度发射无线电信号，与机载设备结合使用，完成飞机的位置识别。三个指点标分远、中、近（或外、中、内）配置在下滑道的正下方，作为着陆飞机进近过程中的距离检查点。外指点标提示驾驶员已经开始进入下滑道，中指点信标提示驾驶员已到达Ⅰ类着陆的决断高度，内指点信标提示驾驶员已到达Ⅱ类着陆决断高度。通过对指点信标覆盖范围的研究，对于信标台站的选址、飞行试飞等都有较大的帮助。为飞机飞行提供可靠的数据和理论依据，保障飞行安全，规避潜在风险。

2. 基于地形影响对指点信标覆盖分析

指点信标天线信号覆盖范围是个三维空间，通过不同方位的垂直剖面将指点信标的覆盖范围转化为多个二维问题，即在指定高度上，连接信号水平方向上360度的各个方向上能够达到的最远点所形成的闭合曲线。本节主要讨论指点信标台附近地形对信号覆盖的影响[3.4]。

进行地形遮蔽情况的分析，首先要对接收机附近的地形进行可视性分析。可视性分析也称为通视分析，它的实质属于对地形进行最优化处理的范畴，已经广泛应用在地理信息系统的各个方面。可视性分析的方法有2种，一种是可视线高程比较法：通过对指点信标数据的高程值和实现的高度的比较来判断是否可见;另一种是斜率判断法：比较目标仰角是否大于地物的最大遮蔽角。本文采用斜率判断法进行可视性分析研究。

由于大气分布不均匀，电磁波在传播过程中会发生折射，其传播路径为曲线，进行电磁波覆盖范围分析时需要进行修正，通常采用大气折射误差修正法和等效地球半径法，前者需要严格的初始条件，且计算非常复杂，而后者计算和分析简便。

等效地球半径是在一定条件下，将实际的地球半径用某种等效的地球半径替代，从而使大气等效均匀。把由于大气折射作用形成的电磁波传播曲线轨迹等效为直线，使得相关分析和计算简化。其实质为设想地球半径加大到某一数值Rm，使得Rm为半径的球面上沿直线传播的超短波的最大探测距离和实际地球表面上沿折射曲线轨迹传播的最大探测距离相同。等效地球半径的定义和导出有两种方法，一种是n（折射指数）梯度效应等效法，另一种是相对曲率等效法。

设指点信标台站坐标为，某一方位上障碍物坐标为，指点信标台到飞机的水平距离为，仰角为，是考虑大气折射时的等效地球半径。指点信标台站与障碍物最高点的地心夹角为：

障碍物到指点信标台站的仰角为：

由式（4-2）可求得该方位上的仰角，将最大值作为本方位的基准遮蔽角。

电波在均匀媒质中以直线传播，但在障碍物附近通过时，会发生绕射现象。根据电波绕射规律可知：在低角度经过障碍物附近时，绕射对障碍物前后的场强产生较大的衰减并且随着仰角的增大，这种绕射引起的衰减效应降低。这里并未考虑电场强度受障碍物影响的情况，所以在考虑障碍物遮蔽角的时候需要增加一个修正值：

其中，为基准遮蔽角，对应障碍物的斜距。

综合式（4-2）和式（4-3），得到某方位地物对指点信标遮蔽角为：

根据某方位的指点信标台遮蔽角，可计算对应的指点信标信号覆盖范围为：

3.使用MATLAB仿真

本文采用由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的DEM高程数据，结合南宁吴圩国际机场仪表着陆系统地面系统位置，仿真得出在不同方位的垂直剖面指点信标覆盖范围。

图1为在飞行高度为800米时指点信标的覆盖范围，图2为在飞行高度为1000米时指点信标的覆盖范围。结合实际地形与仿真结果，在0-45度，135度到270度方向地形遮蔽比较大，其他方位上地势平坦遮蔽较小。对比图1图2指点信标的覆盖范围同样受到飞行高度层的影响，飞行高度越高，地形对目标的遮蔽越小。

结语

本文提出一种结合数字高程模型数据预测指点信标信号有效覆盖范围的方法，该方法考虑台站周围地形地物遮挡对信号覆盖范围的影响。实验结果表明，本文方法能准确地预测指点信标信号有效覆盖范围，以便对指点信标信号有效覆盖范围进行有效分析，为仪表着陆系统地面系统台站选址设计提供更加可靠的理论支持。

本文研究指点信标的覆盖范围，同时受到时间和经验的约束，未能考虑天线增益和天气等因素的影响。

参考文献

[1]陆芝平，郑德华.全向信标和仪表着陆系统[M].北京国际工业出版社，1990.

[2]倪育德，盧丹等.导航原理与系统[M].北京：清华大学出版社，2015.

[3]Google，Android Developers[EB/OL].（2011-08-20）.http：//developer.android.com.

[4]鲁敏，张金芳等.基于地形可视性分析的最优路径搜索[J].系统仿真报，2008，20（10）：2601-2602.

作者简介：文力，男，汉，1995年2月生，广西桂林人，本科，助理工程师，民航广西空管分局，通信导航监视。