[發(fā)明專利]一種減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度的實(shí)現(xiàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011617254.X
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN112632795A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉家全;袁斌;梁飛;李沅鍇;楊萍;李清棟;林歡;許健;孫彥龍;李潤(rùn)文;施瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)民用航空總局第二研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發(fā)明公開了一種減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度的實(shí)現(xiàn)方法，屬于航向信標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法包括：選擇需要優(yōu)化的航向信標(biāo)天線陣，構(gòu)建初始結(jié)構(gòu)模型，生成航道CSB方向圖；根據(jù)航道CSB方向圖計(jì)算出波束寬度，將波束寬度達(dá)到或小于某個(gè)確定值作為目標(biāo)函數(shù)；將陣子間間距、陣子的饋電電平幅度定義為優(yōu)化變量，改變陣子間距或陣子饋電電平，觀察航道CSB方向圖的改變趨勢(shì)，結(jié)合目標(biāo)函數(shù)給優(yōu)化變量分別定義初始值、最小值和最大值；提交設(shè)計(jì)分析；與設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差函數(shù)；誤差函數(shù)小于規(guī)定值則輸出結(jié)果。采用本發(fā)明方法能在不增加天線陣子數(shù)的情況下減小航向信標(biāo)CSB信號(hào)波束寬度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航向信標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

儀表著陸系統(tǒng)(Instrument Landing System，簡(jiǎn)稱ILS)是一種應(yīng)用廣泛的精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。上世紀(jì)40年代末期國(guó)際民航織(International Civil AviationOrganization，簡(jiǎn)稱ICAO)就將ILS作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。ILS通常包括：航向信標(biāo)臺(tái)(Localizer，頻段：108-112MHz)、下滑信標(biāo)臺(tái)(Glide Path，頻段：328-334MHz)和測(cè)距儀(Distance Measuring Equipment，頻段：960-1215MHz)。其中，航向信標(biāo)提供航空器精密進(jìn)近時(shí)的水平引導(dǎo)信號(hào)，下滑信標(biāo)提供垂直引導(dǎo)信號(hào)，測(cè)距儀提供距離信息。

航向信標(biāo)天線一般設(shè)置于跑道中心線延長(zhǎng)線上，距離跑道末端180～600m。航向信標(biāo)天線是由若干個(gè)陣子組成的，常見的陣子數(shù)有12單元陣子、14單元陣子、16單元陣子、20單元陣子和24單元陣子等。航向信標(biāo)天線輻射能量主要集中于航道CSB信號(hào)上，航道CSB波束寬度大小決定了進(jìn)入航道CSB波束寬度內(nèi)障礙物數(shù)量的多少，也決定了周邊障礙物對(duì)航向信標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生多路徑干擾的程度。通常的，航向信標(biāo)天線陣子數(shù)越多，航道CSB信號(hào)能量將在最大輻射方向(即跑道中線及延長(zhǎng)線兩側(cè))越集中，波束寬度越窄，其受周邊障礙物反射產(chǎn)生的多路徑干擾的概率也會(huì)大大降低，從而保證航向信標(biāo)空間信號(hào)正常運(yùn)行。當(dāng)前國(guó)內(nèi)儀表著陸系統(tǒng)Ⅱ/Ⅲ類運(yùn)行跑道航向信標(biāo)天線通常采用16單元及以上陣子數(shù)，其目的在于減小跑道兩側(cè)障礙物對(duì)航向信標(biāo)空間信號(hào)的影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，航向信標(biāo)天線技術(shù)手冊(cè)中給出的天線陣子間間距、陣子饋電電平幅度和相位推薦值只是天線若干種安裝方案中的一種。天線陣子間距、陣子饋電參數(shù)一旦確定，航向信標(biāo)航道CSB波束寬度隨之確定。技術(shù)手冊(cè)推薦方案通常是一種折中方案，且并不一定是航向信標(biāo)航道CSB波束寬度最小的方案。并且設(shè)備運(yùn)行單位現(xiàn)階段減小航道CSB波束寬度的常用方法為選用多陣子寬孔徑窄波束航向天線，手段非常單一。此外，對(duì)于大型障礙物進(jìn)入航向信標(biāo)航道CSB波束寬度內(nèi)，且已經(jīng)對(duì)航道結(jié)構(gòu)造成不可接受影響的機(jī)場(chǎng)，設(shè)備運(yùn)行單位只能通過對(duì)產(chǎn)生影響的障礙物進(jìn)行處理(移除障礙物或者對(duì)障礙物表面覆蓋其他材質(zhì)改變其反射特性，該種手段造價(jià)高，難度大)或者整體更換大孔徑天線(更新設(shè)備須達(dá)到一定年限，且為進(jìn)口設(shè)備，采購(gòu)時(shí)間周期較長(zhǎng))，但這往往是難以實(shí)現(xiàn)的。

因此，能否在不改變陣子數(shù)量的情況下，通過調(diào)整天線陣子之間距離、陣子饋電參數(shù)(包括饋入電平幅度和相位)，從而減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度，成為所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度的實(shí)現(xiàn)方法，能在不改變陣子數(shù)量的情況下通過天線陣子之間距離、陣子饋電參數(shù)，從而減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所述的一種減小航向信標(biāo)陣列天線波束寬度的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

S1.初始結(jié)構(gòu)模型：選擇需要優(yōu)化的航向信標(biāo)天線陣，根據(jù)其技術(shù)手冊(cè)上參數(shù)構(gòu)建初始結(jié)構(gòu)模型，并生成航道CSB方向圖；

S2.定義優(yōu)化問題