引言

鑒于全球衛星導航信號固有的脆弱性，作為陸基導航設備的儀表著陸系統（Instrument Landing System, ILS）仍然是機場核心導航系統中不可或缺的重要組成部分，為飛機的進近和著陸階段提供精密引導。其中，航向信標（Localizer, LOC）作為ILS系統的關鍵組成部分，其主要功能是為飛行員提供精確的水平制導信息[1]，確保飛機能夠嚴格沿跑道中心線進行安全進近。LOC系統通過發射穩定的輻射場型，在飛機LOC接收天線處對信號進行解調處理，生成信號調制度差（Difference in Depth of Modulation,DDM），從而實時監測并反饋飛機相對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，確保飛機始終沿預定進近路徑飛行[2-3]。

隨著我國航空運輸業的快速發展，機場建設規模不斷擴大，周邊商業設施日益密集，這一發展趨勢導致機場周邊障礙物（特別是高層建筑、塔臺、機庫等）的空間密度顯著提升。這種環境變化可能引發顯著的多徑效應，導致LOC輻射場型發生畸變[4]。LOC輻射場的畸變會嚴重影響水平導航信息的測量精度和系統可靠性，進而對飛行安全構成潛在威脅。基于此，深入探究機場周邊障礙物對LOC輻射場型的影響機理，系統分析多徑效應對LOC接收天線處信號調制度差（DDM）曲線的干擾特征，并據此優化信號傳播路徑，對于提升航向信標的導航性能、保障飛行安全具有重要的理論價值和現實意義。

對于多徑效應對航向信標輻射場的影響研究領域，國內外學者已開展了大量的相關研究。文獻[5]創新性地整合地理信息系統和電波傳播理論，建立了機場復雜地形多徑信號對ILS的覆蓋場的理論分析模型；針對進近著陸系統中多徑干擾抑制的需求，文獻[6]基于物理光學法（Physical Optics, PO）研究了機場停機等待的飛機對LOC電磁輻射場的影響。該研究推導了輻射遠場與近場的劃分條件，并通過求解LOC近場方向圖，提升了近場電磁散射計算的精度。文獻[7]通過構建參數化散射體模型庫，采用增量物理光學（Incremental Physical Optics, IPO）算法，建立包含開闊環境與典型障礙物（含停靠飛機）的多徑效應仿真體系。文獻[8]基于PO理論對障礙物引起的多徑效應進行仿真，驗證了PO法在機場環境下實現電磁計算的可行性。相比PO，射線追蹤法計算量較小，特別適合模擬實時或大規模場景，近年來廣受關注。文獻[9]采用簡化的射線追蹤方法，基于三維飛機模型進行了數值模擬，研究了飛機散射波對航向信標（LOC）技術指標的影響，但該研究僅針對單頻LOC展開，而實際應用中雙頻LOC更為廣泛。文獻[10]重點分析了機場建筑物引起的多徑干擾對LOC輻射場的影響。進一步地，文獻[11]探討了散射階數對基于射線追蹤法的LOC輻射場的影響規律。文獻[12]則系統性地研究了障礙物散射場對調制深度差（DDM）的影響機理。在多徑干擾抑制方面，現有研究提出了多種解決方案：文獻[13]通過分析LOC陣列輻射方向圖與障礙物位置的關系，論證了障礙物定點設置的可行性；文獻[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的散射強度；文獻[15]采用飛機運行路徑優化策略，顯著減少了飛機引起的多徑干擾對LOC輻射場的影響；文獻[16]則通過LOC陣列優化設計，實現了輻射場型重構，從而有效抑制了障礙物產生的多徑效應。在實際工程應用領域，研究人員使用ATOLL、ELISE等商業軟件仿真分析分析了實際場景下各類障礙物對DDM的影響，為機場周圍建筑物的選址提供了參考[17-19]，但這些商業軟件的核心技術受制于國外知識產權體系，需要向國外公司購買和授權。

通過文獻分析發現，現有研究主要關注障礙物在特定位置的合理性評估，以判斷其對LOC輻射場的影響程度。傳統處理方法通常建議避免在不合理位置設置障礙物。然而，實際工程需求中往往需要在特定位置建設具有特定功能的建筑物。針對這一問題，本研究基于射線追蹤法，系統分析了障礙物引起的反射信號分量和繞射信號分量對LOC輻射場的影響機制。在此基礎上，提出了一種創新解決方案：在特定位置必須建設專用建筑物的工程場景中，通過優化建筑物反射面與跑道之間的空間幾何關系（特別是夾角參數），可有效抑制對LOC輻射場產生顯著干擾的信號分量。這一方案為解決實際工程中特定區域LOC輻射場的多徑干擾問題提供了新的技術途徑，對保障機場導航系統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.中國民用航空總局第二研究所，四川 成都610041；

2.重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400069）