pienoiskuva|NASA:n Boeing 737 -tutkimuslentokone Wallopsin kiitotiellä vuonna 1987. MLS-laitteisto näkyy etualalla. pienoiskuva|Mikroaaltolaskeutumisjärjestelmän toimintaperiaate. Mikroaaltolaskeutumisjärjestelmä (engl. microwave landing system, lyh. MLS) on maahan sijoitettuihin radiolähettimiin perustuva radionavigointijärjestelmä, joka antaa ilma-alukselle tarkkuuslähestymisessä ja laskussa sivusuunnan, korkeuskulman ja etäisyyden. Sen pääosat ovat lähestymisatsimuutin lähetin, korkeuskulmalähetin ja tavallisesti tarkkuusluokan DME-etäisyydenmittausjärjestelmä eli DME/P. Järjestelmään voidaan lisäksi liittää taka-atsimuutti keskeytettyä lähestymistä ja lentoonlähtöä varten sekä maa–ilma-tiedonsiirto.
MLS:n kulmaopastus ei perustu mittarilaskeutumisjärjestelmän eli ILS:n tavoin 90 ja 150 hertsin amplitudimodulaatioiden syvyyksien vertailuun. MLS-asema pyyhkäisee lähestymisaluetta kapealla mikroaaltokeilalla ensin yhteen ja sitten vastakkaiseen suuntaan. Vastaanotin määrittää ilma-aluksen kulman mittaamalla keilan kahden ohituksen välisen ajan. Etäisyys mitataan erikseen DME/P:n kysely- ja vastauspulssien kulkuajasta. Näin vastaanotin saa kolme toisistaan riippumatonta koordinaattia, joiden perusteella lentokoneen laitteisto voi muodostaa myös kaarevia tai osista koostuvia lähestymisreittejä.
MLS kehitettiin ILS:n seuraajaksi, ja Kansainvälinen siviili-ilmailujärjestö (ICAO) laati sitä koskevat kansainväliset standardit 1980-luvun alussa. Järjestelmä ei kuitenkaan yleistynyt suunnitellusti, sillä ILS:n suorituskyky parani, lentokoneiden varustaminen uudella vastaanottimella oli kallista ja satelliittinavigointiin perustuvat järjestelmät kehittyivät nopeasti. MLS:n siviilikäyttö jäi harvalukuiseksi, mutta siirrettäviä sotilasjärjestelmiä on säilynyt.
Rakenne
pienoiskuva|MLS:n atsimuutti-, korkeuskulma- ja etäisyysmittauksen muodostama kolmiulotteinen peittoalue.
Tavallisessa MLS-asennuksessa eri suureet tuotetaan erillisillä mutta keskenään tahdistetuilla maa-asemilla. Antennien paikkoja voidaan sovittaa lentoaseman maastoon ILS:ää vapaammin, mutta niiden koordinaatit ja suuntaukset on mitattava tarkasti, koska vastaanotin muuntaa eri pisteistä mitatut kulmat ja etäisyyden yhteiseen kiitotiekoordinaatistoon.
Toiminto Tavallinen sijoitus Ilma-aluksen saama tieto Lähestymisatsimuutti Kiitotien jatkeella noin 300 metriä kiitotien loppupään takana Vaakakulma aseman nollasuunnan eli tavallisesti kiitotien keskilinjan suhteen Lähestymiskorkeuskulma Noin 120 metriä kiitotien sivussa kynnyksen ja kosketuskohta-alueen välillä Kulma korkeuskulma-antennin kautta kulkevan vaakatason yläpuolella DME/P Tunnetussa paikassa kiitotien läheisyydessä Viistoetäisyys DME/P-antennista Taka-atsimuutti (valinnainen) Kiitotien lähestymispään tuntumassa Sivusuunta kiitotien taakse keskeytettyä lähestymistä tai lähtöä varten Datakanava Tavallisesti atsimuuttiaseman yhteydessä Asemien koordinaatit, toimintatila, tunnus ja muut perustiedot sekä mahdolliset lisätiedot
MLS ei siis ole tutka: maa-asema ei mittaa ilma-aluksen paikkaa eikä lähetä kullekin koneelle yksilöllisiä ohjauskäskyjä. Asema lähettää saman paikkaan sidotun kulma- ja datarakenteen kaikille peittoalueella oleville vastaanottimille. Jokainen ilma-alus laskee sijaintinsa itse.
Kulman mittaaminen
Aikaviitteinen pyyhkäisykeila
ICAO:n valitsema tekniikka tunnetaan nimellä aikaviitteinen pyyhkäisykeila (engl. time-reference scanning beam, TRSB). Atsimuuttitoiminnossa antennin pääkeila on vaakatasossa kapea mutta pystysuunnassa leveä. Korkeuskulmaa mitattaessa keila on vastaavasti pystytasossa kapea ja vaakatasossa leveä. Siksi atsimuuttipyyhkäisyn havaitsemisaika riippuu ensisijaisesti ilma-aluksen vaakakulmasta ja korkeuskulmapyyhkäisyn aika sen pystykulmasta.
Yksi kulmamittaus muodostuu kahdesta pyyhkäisystä. Kapea keila liikkuu ensin peittoalueen reunasta toiseen; tätä kutsutaan TO-pyyhkäisyksi. Hetken kuluttua keila palaa vastakkaiseen suuntaan FRO-pyyhkäisynä. Kun keilan keskilinja osuu ilma-alukseen, vastaanotetun signaalin voimakkuus käy huipussaan. Vastaanotin rekisteröi huippujen ajat ja sekä laskee niiden erotuksen
Pyyhkäisyt ajoitetaan symmetrisesti tunnetun keskihetken ympärille. Jos on kahden ohituksen aikaväli nollakulmassa ja keilan vakioinen kulmanopeus, vastaanottimen kulma saadaan järjestelmän merkkisopimuksella yhtälöstä
Nollasuunnassa ja . Nollasuunnan toisella puolella ensimmäinen keila kohtaa vastaanottimen myöhemmin ja paluukeila aikaisemmin, jolloin aikaväli lyhenee; toisella puolella aikaväli pitenee. Molempiin vastaanottohetkiin sisältyy lähes sama radioaallon etenemisaika lähettimestä ilma-alukseen, joten etenemisviive kumoutuu aikojen erotuksessa. Maa-aseman ja lentokoneen kellojen ei tämän vuoksi tarvitse olla absoluuttisesti samassa ajassa.
Vastaanotin tarvitsee signaalin voimakkuutta keilan keskihetken tunnistamiseen, mutta voimakkuuden arvo ei itsessään ole kulmaopastus. Tämä erottaa MLS:n olennaisesti ILS:stä: MLS mittaa kahden keilanohituksen aikaeroa, kun taas ILS mittaa kahden äänitaajuisen modulaation modulaatiosyvyyksien eroa.
Keilan muodostaminen
pienoiskuva|MLS:n atsimuuttiasema. Suorakulmainen antenni tuottaa pyyhkäisykeilan; vasemmalla on DME-antenni.
Noin 5,06 gigahertsin taajuudella radioaallon aallonpituus on
eli noin kuusi senttimetriä. Antennin pääkeilan leveys on karkeasti verrannollinen suhteeseen , jossa on antennin aukon leveys. Lyhyt aallonpituus mahdollistaa siten suhteellisen pienellä antennilla kapean keilan.
Keila voidaan pyyhkäistä elektronisesti esimerkiksi vaiheistetulla antenniryhmällä. Kun vierekkäisten, etäisyydellä olevien antennielementtien vaiheita porrastetaan, pääkeilan suunta muuttuu. Yksinkertaistetussa tasomaisessa ryhmässä tarvittavan vaihe-eron itseisarvo on
MLS-standardi määrittelee vastaanotettavan signaalin rakenteen eikä yhtä pakollista antennirakennetta. Australialaisen Interscan-koejärjestelmän keiloja tuotettiin elektronisesti pyyhkäistyllä torusheijastimella, kun taas myöhemmissä laitteissa käytettiin vaiheistettuja antenniryhmiä. Eri antenniratkaisut saattoivat siten tuottaa keskenään yhteensopivan TO–FRO-signaalin.
Atsimuutti- ja korkeuskulmatoiminnot
pienoiskuva|MLS:n korkeuskulma-asema.
Lähestymisatsimuuttiaseman nollataso suunnataan tavallisesti kiitotien keskilinjaan. Standardipeitto ulottuu vähintään 40 astetta keskilinjan kummallekin puolelle, 15 asteen korkeuskulmaan, 20 meripeninkulman eli noin 37 kilometrin etäisyydelle ja vähintään 20 000 jalan eli noin 6 100 metrin korkeuteen. Laajennetussa peitossa suhteellista kulmaopastusta voidaan antaa 60 asteeseen asti.
Korkeuskulma-asema pyyhkäisee keilaa vaakatason läheltä ylöspäin ja takaisin alas. Se ei lähetä vain yhtä kolmen asteen liukupolkua, vaan antaa ilma-aluksen todellisen korkeuskulman koko peittoalueella. Vastaanotin tai lennonhallintajärjestelmä vertaa mitattua kulmaa valittuun lentorataan. Tämän vuoksi samalla maa-asemalla voidaan periaatteessa käyttää erilaisia liukukulmia esimerkiksi liikennelentokoneille, helikoptereille ja jyrkkää lähestymistä käyttäville sotilaskoneille.
Valinnainen taka-atsimuutti muodostetaan samalla mittausperiaatteella kiitotien vastakkaiseen suuntaan. Sen avulla sivusuunnan opastusta voidaan jatkaa keskeytetyssä lähestymisessä kiitotien yli lennettäessä tai käyttää lähdön alkuvaiheessa.
Taajuus, aikajako ja tiedonsiirto
MLS:n kulma- ja datasignaaleille on 200 kanavaa. Kanavien 500–699 keskitaajuudet ovat 5 031,0–5 090,7 megahertsiä ja kanavaväli 300 kilohertsiä. Saman asennuksen atsimuutti, korkeuskulma, taka-atsimuutti ja data lähetetään samalla kanavalla aikajakoisesti (TDM): vain yksi toiminto on kerrallaan äänessä. Toimintolohko alkaa otsakkeella, jonka differentiaalisesti vaiheavainnettu koodi (DPSK) ilmoittaa vastaanottimelle, mitä toimintoa seuraava jakso sisältää, ja antaa ajoitusviitteen. DPSK-datan bittinopeus on 15,625 kbit/s.
Kulmatoiminnot toistetaan useita kertoja sekunnissa. Lähestymisatsimuutin tavanomainen toistotaajuus on noin 13 hertsiä ja korkeuskulman noin 39 hertsiä. Yli kahden asteen levyisen atsimuuttikeilan yhteydessä suositeltu suuren toistotaajuuden atsimuuttitoiminto toimii 39 hertsin nopeudella. Taka-atsimuutin toistotaajuus on noin 6,5 hertsiä. Lähetysjaksojen väliä vaihdellaan hieman, jotta toinen samalla taajuudella kuuluva järjestelmä ei aiheuttaisi pysyvästi samassa tahdissa toistuvaa häiriötä.
Kaikki asemat lähettävät perustietoja. Niihin kuuluvat muun muassa aseman nelikirjaiminen, usein M-kirjaimella alkava tunnus, atsimuutti-, korkeuskulma- ja DME-antennien sijainnit, järjestelmän suorituskykytaso sekä DME-kanava ja sen toimintatila. Valinnaiset lisätiedot voivat sisältää reittipisteiden koordinaatteja, kiitotien kuntoa, kiitotienäkyvyyttä, tuulta, ilmanpaineasetusta ja tuuliväännetietoja. Tunnus lähetetään lisäksi morsekoodina vähintään kuusi kertaa minuutissa.
Etäisyyden mittaus
Kulmalähettimistä poiketen DME/P on kaksisuuntainen järjestelmä. Ilma-aluksen kyselylaite lähettää pulssiparin, johon maa-aseman transponderi vastaa tunnetun kiinteän viiveen jälkeen. Jos kyselyn ja vastauksen välinen mitattu aika on , viistoetäisyys on yksinkertaistetusti
Kerroin kaksi johtuu siitä, että radiosignaali kulkee matkan sekä ilma-aluksesta maa-asemalle että takaisin. Tulos on kolmiulotteinen suora etäisyys antennien välillä eikä vaakasuora etäisyys maanpintaa pitkin.
DME/P:n kanava on paritettu valitun MLS-kulmakanavan kanssa. Maa-aseman transponderi toimii 962–1 105 megahertsin alueella. DME/P:ssä on alkulähestymistila IA (initial approach) ja tarkempi loppulähestymistila FA (final approach). Loppulähestymistilan nopeasti nousevat pulssit ajoitetaan niiden etureunasta matalalla vertailutasolla, jolloin myöhemmin saapuvat maasta ja rakennuksista heijastuneet monitiesignaalit vaikuttavat mittaukseen vähemmän. DME/P:n vaadittu tarkkuus on noin 30 metriä eli noin 100 jalkaa, vähintään kertaluokkaa parempi kuin tavanomaisen DME/N:n tarkkuus.
Jos atsimuutti , korkeuskulma ja etäisyys olisi mitattu samasta pisteestä, paikka voitaisiin kirjoittaa yksinkertaisessa kiitotiekoordinaatistossa muotoon
missä on etäisyys nollasuunnan suuntaisesti, sivupoikkeama ja korkeus. Todellisessa asennuksessa antennit sijaitsevat eri paikoissa, joten vastaanotin käyttää datakanavalla lähetettyjä antennikoordinaatteja ja korjaa niiden väliset siirtymät ennen yhteisen paikkaratkaisun muodostamista.
Ilma-aluslaitteet ja lentoradan ohjaus
Ilma-aluksen MLS-laitteistoon kuuluvat vastaanottoantenni, MLS-vastaanotin ja tavallisesti DME-kyselylaite sekä navigointi- tai lennonhallintatietokone. Vastaanotin virittyy yhdelle MLS-kanavalle, tunnistaa aikajakoisten toimintojen otsakesignaalit, mittaa TO- ja FRO-pyyhkäisyjen ajat ja purkaa maa-aseman datan. Tulos voidaan esittää tavallisen kurssi- ja liukupolkupoikkeaman tavoin poikkeamanäytöllä tai elektronisella lennonvalvontanäytöllä sekä syöttää lennonohjausjärjestelmälle, automaattiohjaukselle ja hyväksytyssä kokoonpanossa automaattilaskeutumisjärjestelmälle.
MLS:n antama laaja kulmapeitto ei yksinään määrää kaarevaa lentorataa. Lentorata on tallennettava ilma-aluksen navigointijärjestelmään, joka vertaa mitattua kolmiulotteista paikkaa haluttuun reittiin ja tuottaa ohjauspoikkeamat. Yksinkertainen vastaanotin voi käyttää MLS:ää ILS:n kaltaisena suorana loppulähestymisenä, kun taas MLS:ään ja aluesuunnistukseen kykenevä järjestelmä voi lentää kaarevia tai peräkkäisistä suorista osista muodostuvia reittejä sekä valita useista liukukulmista. Siten MLS:n keila ei seuraa lentokonetta pitkin ohjelmoitua kaarta, vaan lentokone paikantaa itsensä maa-aseman lähettämässä koordinaatistossa.