仪表着陆系统：夜间和恶劣天气下的飞机进近导航系统

在航空领域，仪表着陆系统（ILS）是一种精确无线电导航系统，为飞机提供短程引导，使其能够在夜间或恶劣天气下进近跑道。在其最初形式中，它允许飞行员通过驾驶舱内安装的仪表——该仪表显示横向和垂直引导指示（指针）——进行进近，直到飞机离地200英尺（61米）、距跑道1/2英里（800米）以内。此时飞行员应能看到跑道；如果看不到，则执行复飞。将飞机带到如此接近跑道的位置，极大地扩展了可以安全着陆的天气条件范围。该系统的其他版本或“类别”进一步降低了最低高度、跑道视程（RVR），并根据正常预期天气模式和机场安全要求设计了发射机和监控配置。

ILS使用两种定向无线电信号：提供水平引导的航向台（108至112 MHz频率），以及用于垂直引导的下滑台（329.15至335 MHz频率）。飞机位置与这些信号之间的关系显示在飞机仪表上，通常作为姿态仪中的附加指针。飞行员在进近跑道至决断高度的过程中，试图操纵飞机使指示器保持在中心位置。可选的标记信标在进近过程中提供距离信息，包括中标记（MM），其位置靠近（CAT I）决断高度。标记信标在很大程度上正被逐步淘汰，由测距设备（DME）取代。

为辅助从仪表着陆向目视着陆的过渡，跑道上的灯光通常通过一系列高强度灯——称为进近灯光系统——向决断点方向延伸。[1]

20世纪20年代至40年代间开发了多种基于无线电的着陆系统，其中 notably 是洛伦兹波束系统，这是C. Lorenz AG为恶劣天气着陆开发的盲降无线电导航系统，在欧洲得到了相对广泛的使用，二战前也在全球其他大陆的多个机场安装。[2] 洛伦兹系统最初与其他系统一样仅提供水平引导，直到一项关于垂直引导的附加专利被授予，类似于今天的ILS。[3][4]

美国开发的SCS-51是一种mobile ILS系统，装载在卡车和拖车中，为垂直和水平引导提供了更好的精度。与当今永久安装的ILS组件不同，这使得天线阵列能够对准当地所需的进近方向，因为当时大多数空军基地还没有坚固的跑道。二战期间，英国空军基地安装了许多套。1947年国际民用航空组织（ICAO）成立后，ILS被选为第一个国际标准精密进近系统[5]，并于1950年在ICAO附件10中发布。[6] 进一步的发展使ILS系统能够提供高达CAT III的进近。

精密进近雷达（PAR）基于雷达的地面控制进近（GCA），通过VHF或UHF语音通信链路向飞行员提供必要的水平和垂直引导。ATC管制员通过VHF或UHF语音通信，“引导飞行员下降”，其依据是显示在特殊平面位置显示器（PPI）上的PAR衍生引导信息。PAR GCA除VHF或UHF通信设备外，飞机上无需其他设备，但要求飞行员和管制员获得此类使用的认证。

ICAO第二个用于高达CAT III精密进近的标准系统是微波着陆系统（MLS），北约也曾计划实施该系统以取代PAR。由于预期民用GPS服务将免费提供，以及后来DGPS承诺通过VHF数据链提供额外校正数据以提高可靠性至CAT I水平，大多数国家选择推迟MLS的实施，直至今日。除了地面MLS系统的成本外，飞机运营商还被迫在MLS接收机之外，为飞机装备C波段天线。在飞机机身上改装C波段天线比仅改装MLS接收机更耗时且成本更高。然而，已有超过一千套固定和可运输的MLS系统部署，例如在欧洲，超过一千架民用和军用飞机装备了MLS设备和天线，并使用了约十年。

虽然免费使用GPS信号以及后来其他全球导航卫星系统（GNSS）用于精密进近的承诺看起来很有前景——与单一ILS系统（ILS-LLZ、GP及相关监控器）相比减少了机场基础设施需求——但要在所有运行天气条件下、飞行所有阶段保持与ILS相同的24/7安全运行和相同的服务连续性，在没有额外增强VHF数据链的情况下被证明是不可能的。原因之一是卫星信号较弱，与强得多的ILS或MLS信号不同，卫星信号甚至对非常弱的RFI、蓄意干扰或欺骗信号也非常敏感。

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）