著陸系統(tǒng)信道環(huán)境好壞直接決定著系統(tǒng)的引導能力，儀表著陸系統(tǒng)下滑信標依據(jù)水平地面良導體特性，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]，因此下滑信標反射區(qū)域地面的電特性對下滑道的形成相當重要。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，嚴重情況下將導致系統(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)范標準進行區(qū)域除雪[3]。由于機場除雪規(guī)范在定制時是根據(jù)最壞情況而設定的，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)范需要對機場進行頻繁的除雪，耗費大量人力、物力，而且在除雪時，機場交通運輸也受到影響[4]。為緩和除雪的頻繁性，進一步提高機場在多雪天氣下的運作效率，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行地面雪層覆蓋對系統(tǒng)影響的分析，為實現(xiàn)高效的機場積雪清除、確保飛行安全提供理論指導。本文根據(jù)下滑道形成原理，基于幾何光學理論建立了機場積雪模型并依據(jù)經(jīng)驗問題的抽象模型進行仿真，而后細致討論分析研究。



3 仿真分析
    接收下滑信標信號與其信號反射區(qū)域附近的地面特性有很大的關系，實際機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]。濕雪可以認為是良導體，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給出了下滑信標的工作頻率為332 MHz,預設下滑角為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，電導率?滓=10-3 S/m，地面的相對介電常數(shù)?著e=20，電導率?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，當雪層厚度為20 cm時，下滑角由預設的3°上升到3.07°,下滑道寬度由預設的0.7°增加到0.72°。當雪層厚度增加到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。由于濕雪屬于良導體，根據(jù)良導體的趨膚效應原理，雪層表面存在大量的感應電流，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置的門限值,可以暫時不必進行除雪。

(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，因為一般情況下其幅值并不大。干雪雪層下滑道發(fā)生異變主要是因為覆蓋雪層厚度所造成的反射系數(shù)相位突變，即式(13)中與r23相關項的180°相位突變，經(jīng)推導可得發(fā)生異變時，干雪的覆蓋厚度d存在關系式：
 

    機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)幾何光學原理建立了機場積雪模型，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行了建模分析。結果表明，一定條件下機場的濕雪覆蓋會導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，性能超出飛行檢驗標準所規(guī)定的門限。應用該分析方法可以為機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
[1] 李躍, 邱致和.導航與定位[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.