着陆系统信道环境好坏直接决定着系统的引导能力，仪表着陆系统下滑信标依据水平地面良导体特性，利用镜像原理通过天线辐射水平极化电波， 产生下滑道[1]，因此下滑信标反射区域地面的电特性对下滑道的形成相当重要。在一定积雪覆盖和地面湿度的情况下，反射区域地面的电特性会发生改变，引起反射信号幅度的降低，从而影响仪表着陆系统的性能，严重情况下将导致系统的降级[2]。

    为了确保仪表着陆系统稳定工作，需要特别注意下滑台的反射区域积雪所造成的影响，必要时需要根据除雪规范标准进行区域除雪[3]。由于机场除雪规范在定制时是根据最坏情况而设定的，在多雪的时节积雪未影响仪表着陆系统正常工作的情况下，根据规范需要对机场进行频繁的除雪，耗费大量人力、物力，而且在除雪时，机场交通运输也受到影响[4]。为缓和除雪的频繁性，进一步提高机场在多雪天气下的运作效率，同时确保着陆安全，可以通过理论分析并建立模型的方法进行地面雪层覆盖对系统影响的分析，为实现高效的机场积雪清除、确保飞行安全提供理论指导。本文根据下滑道形成原理，基于几何光学理论建立了机场积雪模型并依据经验问题的抽象模型进行仿真，而后细致讨论分析研究。



3 仿真分析
    接收下滑信标信号与其信号反射区域附近的地面特性有很大的关系，实际机场地面积雪常常存在两类情况，一类是湿雪或积水，一类是干雪或冻冰[7]。湿雪可以认为是良导体，其反射特性较为明显，与积水问题等效。而干雪则不同于湿雪，其反射特性不明显而透射特性突出，而且干雪存在融化，再次结冰等问题，干雪问题与冰层覆盖等效。
3.1 湿雪覆盖
    图2给出了下滑信标的工作频率为332 MHz,预设下滑角为3°时，湿雪覆盖情况下系统性能的变化情况，湿雪的相对介电常数?着r=80，电导率?滓=10-3 S/m，地面的相对介电常数?着e=20，电导率?滓e=10-2 S/m。随着雪层厚度d的增大，下滑角逐步上升，下滑道宽度也逐渐增大，如图3所示，当雪层厚度为20 cm时，下滑角由预设的3°上升到3.07°,下滑道宽度由预设的0.7°增加到0.72°。当雪层厚度增加到100 cm时，下滑角上升到3.4°，下滑道宽度则增加到0.78°，湿雪雪层覆盖使得下滑角与下滑道宽度逐渐增加。由于湿雪属于良导体，根据良导体的趋肤效应原理，雪层表面存在大量的感应电流，在雪层界面呈现出反射特性大于折射特性，发生在雪层-地面界面的反射和空气-雪层界面的反射相比可以忽略，式(14)中包含k2的指数项趋向于零，下滑信号在雪层的反射是雪层对系统的主要影响。因此，湿雪雪层覆盖提高了镜像面的高度，相当于降低了下滑天线的高度，改变了其相位中心，但是随着雪层厚度的增加,下滑角和下滑道宽度的增幅不大,在雪层厚度较小的情况下,其主要影响是降低仪表着陆系统的着陆容差等级，而并不会影响系统的可用性，因此在湿雪覆盖时,只要其厚度未超出所设置的门限值,可以暂时不必进行除雪。

(16)，取ρd=0.5，在T=-10℃条件下，干雪的相对介电常数为1.4，电导率δ=9.36×10-6 S/m。
　    随着雪层厚度的增加，下滑道和下滑宽度均出现变化。起初，随着d的增加，下滑角从3°下降到2.85°，下滑道宽度由0.7°减小为0.67°；而后随着d的进一步增加，在雪层厚度增加到40 cm时，下滑角快速上升到极大值3.45°，下滑道宽大增大到0.8°，如图5所示，系统下滑角大小随雪层厚度呈近似周期性变化，随着雪层厚度的增加，下滑角先减小，而后出现异变，快速增大到某一极值，然后再逐渐减小，按照这样规律重复循环变化，但是需要注意的是，每一轮循环下滑道异变后，下滑角快速上升所到达的极大值要比前一循环的极大值大。由于覆盖地面的干雪或冰层属于非理想导体媒质，其表面的透射特性大于反射特性，地面对信号的反射起主要作用。此时发生在空气-雪层界面的反射与雪层-地面界面的反射相比足够小,以致r12与r23相比可以忽略，由于k2sinθ2>k1sinθ1，所以，反射系数的相位被延迟，下滑道先会出现下降，但下滑道下降的幅度并不大，因为一般情况下其幅值并不大。干雪雪层下滑道发生异变主要是因为覆盖雪层厚度所造成的反射系数相位突变，即式(13)中与r23相关项的180°相位突变，经推导可得发生异变时，干雪的覆盖厚度d存在关系式：
 

    机场积雪作为一种常见的场地环境因素，会对仪表着陆系统性能产生影响。根据几何光学原理建立了机场积雪模型，并针对反射区附近积雪对仪表着陆系统下滑道影响的问题进行了建模分析。结果表明，一定条件下机场的湿雪覆盖会导致下滑道上移和下滑道宽度变宽，在雪层厚度较小的情况下，其主要影响是降低着陆系统着陆容差等级，而并不会影响系统的可用性，只需按照正常的规范除雪即可。而干雪覆盖条件下，一定厚度的干雪会引起反射系数相位突变，导致下滑道异变，使得系统在雪层厚度不大的情况下，性能超出飞行检验标准所规定的门限。应用该分析方法可以为机场除雪提供更有利的理论参考，提高除雪的时效性。
参考文献
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