無(wú)線電導(dǎo)航原理與系統(tǒng)4-11

1、無(wú)線電導(dǎo)航原理與系統(tǒng)第四章無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng) 一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念 無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng) :根據(jù)無(wú)線電波的信號(hào)振幅與導(dǎo)航參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量功能的導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)屬于地基無(wú)線電定位系統(tǒng)，一般由地面的導(dǎo)航臺(tái)和運(yùn)載體（飛機(jī)、船只）上的測(cè)向器組成。地面信標(biāo)臺(tái)和機(jī)載測(cè)向器構(gòu)成的無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng) 假若還有另一部裝設(shè)在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的地面導(dǎo)航臺(tái)，就可得到在某一水平面上的兩條直線位置線，利用它們的交點(diǎn)就可確定出飛機(jī)的當(dāng)前位置。 一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念從原理上講，無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)可以利用反射信號(hào)或直達(dá)信號(hào)來(lái)測(cè)定目標(biāo)的角坐標(biāo)

2、參量角坐標(biāo)測(cè)量方法最大值法最小值法等信號(hào)比較法獲取角參量的方式：E型：利用載波信號(hào)振幅本身的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)向。M型：利用載波信號(hào)振幅的調(diào)制深度變化進(jìn)行測(cè)向。一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念方位的無(wú)線電測(cè)量法 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)通常利用無(wú)線電系統(tǒng)天線 的方向性圖實(shí)現(xiàn)對(duì)方位角的測(cè)量：E型方式中，無(wú)線電信號(hào)的調(diào)制深度保持不變，載波信號(hào)的幅度E與導(dǎo)航角參量建立起EE()的依從關(guān)系M型工作方式則在其工作區(qū)內(nèi)保持載波信號(hào)幅度大于規(guī)定的數(shù)值，用信號(hào)的調(diào)制深度m和建立起m=m() 的關(guān)系。 最大值法最大值法利用具有針狀方向性圖的天線，以運(yùn)載體本身為中心，以子午線北向N為基準(zhǔn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)到其方向性

3、圖最大值對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)航臺(tái)（信標(biāo)臺(tái)）的位置，此時(shí)接收信號(hào)為最大，天線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度即為所要觀測(cè)的導(dǎo)航臺(tái)的方位角，或?qū)Ш脚_(tái)所在的方向。最大值法在測(cè)量信號(hào)幅值的過(guò)程中，由于接收機(jī)輸入端存在著干擾和噪聲，以及測(cè)量設(shè)備分辨率的影響，使在信號(hào)方向性圖的最大值處有一個(gè)機(jī)載測(cè)向器無(wú)法分辨的幅值范圍U，所對(duì)應(yīng)的角度區(qū)域稱為不靈敏區(qū)，為減小不靈敏區(qū)的值，要求天線的方向性圖足夠尖銳，并且輸入信噪比盡可能高。 按接收信號(hào)最大值測(cè)定方向 最小值法最小值法 采用分開(kāi)一定角度的雙針狀方向性圖天線，將天線從子午北向N旋轉(zhuǎn)到方向性圖的最小值對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)臺(tái)，天線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度即為導(dǎo)航臺(tái)的方位。該方法與最大值法相反，其中理想的信號(hào)最小值為零值。

4、最小值法在零值點(diǎn)附近也存在一個(gè)無(wú)法識(shí)別信號(hào)微小變化的幅值范圍U，由此形成不靈敏區(qū)，但該法的不靈敏區(qū)相對(duì)較小，其測(cè)向精度也比最大值法要高。另外當(dāng)天線方向性圖的兩個(gè)波束采用不同的調(diào)制頻率時(shí)，可以比較容易地判斷出導(dǎo)航臺(tái)偏離最小值點(diǎn)軸線的方向。 按接收信號(hào)最小值確定方向 等信號(hào)法（或稱比較信號(hào)法等信號(hào)法（或稱比較信號(hào)法 ）采用部分重合的雙針狀方向性圖天線，當(dāng)兩個(gè)波束的接收信號(hào)相等時(shí)，即可獲得一條等信號(hào)線的方向。轉(zhuǎn)動(dòng)天線，使天線兩個(gè)波束的接收信號(hào)強(qiáng)度相等，即可確定出導(dǎo)航臺(tái)的方位。 利用比較接收信號(hào)確定方向 一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念三種測(cè)量方法比較：最小值法： 靈敏度和精度

5、較高，不靈敏區(qū)較小，且在高頻、超高頻、甚高頻以及微波頻段，均可獲得所要求的方向性圖，因此應(yīng)用場(chǎng)合較多。 最大值法：接收信號(hào)的信噪比最大，天線制作最難；等信號(hào)法：性能表現(xiàn)都是居中。一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)存在著測(cè)向（測(cè)角）精度不高的缺點(diǎn)，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用，如無(wú)法達(dá)到類、類的飛機(jī)下滑著陸標(biāo)準(zhǔn)。 隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，該類系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷完善和改進(jìn)，作為基本的導(dǎo)航手段仍然在航空、航海等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。一.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)基本概念無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 從目前的發(fā)展趨勢(shì)看，振幅系統(tǒng)將逐漸

6、被淘汰或被賦予新的功能，但還會(huì)繼續(xù)使用至少20年以上，未來(lái)的發(fā)展將更多地采取組合方式，與其它導(dǎo)航系統(tǒng)組成多功能、高可靠的組合系統(tǒng)。如在航路上無(wú)線電羅盤和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)地面有臺(tái)和無(wú)臺(tái)兩種條件下的航路導(dǎo)航；儀表著陸系統(tǒng)和微波著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星著陸系統(tǒng)等組成的多模式接收機(jī)。二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng) 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)是一種地基定向系統(tǒng)，由機(jī)載或船載定向儀自動(dòng)測(cè)定地面發(fā)射臺(tái)的無(wú)線電波來(lái)波方向，從而獲得飛機(jī)或船只相對(duì)信標(biāo)臺(tái)的角坐標(biāo)方位數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備兩部分組成，機(jī)載無(wú)線電自動(dòng)定向儀（ADF）是一種M型最小值法測(cè)向設(shè)備，稱之為無(wú)線電羅盤（Radio

7、 Compass）；地面導(dǎo)航臺(tái)也稱無(wú)方向性信標(biāo)（NDB） 系統(tǒng)工作頻率一般在150kHzl800kHz范圍內(nèi)，作用距離典型為250350km。 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)的基本功能包括： 可以連續(xù)自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)地面導(dǎo)航臺(tái)，引導(dǎo)飛機(jī)沿給定航線飛行，在給定方向上完成從一個(gè)臺(tái)站至另一個(gè)臺(tái)站的飛行。 通過(guò)測(cè)出飛機(jī)對(duì)兩個(gè)以上地面導(dǎo)航臺(tái)的方位角數(shù)值，利用所得到的直線位置線的交點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的水平位置定位。 引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入空中走廊的出、入口。二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)的基本功能包括： 引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸前的進(jìn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)飛行和下降飛行，使飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)跑道

8、中心線，配合儀表著陸系統(tǒng)，引導(dǎo)飛機(jī)著陸。 在航海應(yīng)用中，引導(dǎo)船舶在不良視距下通過(guò)狹窄海道和進(jìn)出港，并且可用來(lái)確定發(fā)出SOS呼救信號(hào)的遇難船舶的方位。二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)機(jī)載無(wú)線電自動(dòng)定向儀 （ADF）機(jī)載ADF的種類和型號(hào)較多，以旋轉(zhuǎn)調(diào)制式和伺服指針式最為普遍?，F(xiàn)以旋轉(zhuǎn)調(diào)制式為例說(shuō)明。自動(dòng)定向儀包括三種主要工作狀態(tài)：ADF（自動(dòng)測(cè)向）由垂直天線和環(huán)形天線聯(lián)合接收信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)向；ANT（天線）由垂直天線接收信號(hào)作為普通接收機(jī)使用；TEST（測(cè)試）定向儀自檢，按下測(cè)試按鈕時(shí)，指示器應(yīng)指示一規(guī)定的數(shù)值（一般為90），以確定定向儀的工作是否正常。 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)

9、線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)ADF 組成天線系統(tǒng)：包括垂直天線、環(huán)形天線和測(cè)角器。 羅盤接收機(jī)：一般多為普通的超外差式報(bào)話兩用接收機(jī)，用于將接收的高頻信號(hào)進(jìn)行放大、變頻、檢波等處理，變換為帶有方位信息的低頻信號(hào) 控制盒：由表頭及各種旋鈕組成，用來(lái)控制各種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、波段轉(zhuǎn)換、電臺(tái)選擇和調(diào)諧等 指示器：通過(guò)同步電機(jī)與測(cè)角器相連，用指針指示出所測(cè)方位角度的數(shù)值。二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤的工作原理 無(wú)線電羅盤工作原理方框圖 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)要獲得導(dǎo)航臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)的方位，還必須知道飛機(jī)的航向角，因此需要與磁羅盤等航向測(cè)量設(shè)備相結(jié)合。另外，為了獲取讀數(shù)的

10、方便，飛機(jī)上常把磁羅盤與ADF的指示部分合在一起，稱為無(wú)線電磁指示器 無(wú)線電磁指示器指示方位原理 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和解決方法關(guān)鍵技術(shù)和解決方法I.環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)和雙值性的消除：在ADF中，環(huán)形天線的“8”字形方向性圖最小值方向有兩個(gè)（=90o和270），二者相差180，即具有“雙值性” 。采用如圖所示的天線可以消除雙值性。當(dāng)90o270o時(shí)，導(dǎo)體2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2超前于導(dǎo)體1上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1。此時(shí)若通過(guò)伺服電機(jī)使環(huán)形天線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將逐漸減小，當(dāng)減小到90時(shí)，環(huán)形天線感應(yīng)的合成電動(dòng)勢(shì)e合=0，天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)，=90o的方向即為導(dǎo)航臺(tái)方向。反之，若-90o9

11、0o，則e1超前于e2，通過(guò)伺服電機(jī)使環(huán)形天線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將逐漸增大，直至=90o時(shí)為止 消除雙值的環(huán)形天線二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)II.用測(cè)角器代替環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)天線不動(dòng)、方向性圖轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)理 ：在測(cè)向過(guò)程中，環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)是個(gè)關(guān)鍵 ，一般采用間接法即天線固定不動(dòng)，通過(guò)測(cè)角器實(shí)現(xiàn)方向性圖的轉(zhuǎn)動(dòng)。 固定的環(huán)形天線及其方向性圖 測(cè)角器的作用原理 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)III. 環(huán)形天線的安裝與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)在飛機(jī)上安裝環(huán)形天線時(shí)，要求將穩(wěn)定的零值點(diǎn)朝向機(jī)頭方向，即“8”字形方向性圖的縱軸與飛機(jī)縱軸方向嚴(yán)格保持一致。具體實(shí)現(xiàn)方法是：使電波從機(jī)頭沿機(jī)身軸線射入

12、，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角器搜索線圈使其感應(yīng)電勢(shì)消失，指示器指示零度，這樣即確定了機(jī)身軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向。二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)方向無(wú)線電信標(biāo) 無(wú)線電測(cè)向信標(biāo)可分為兩類，即全向性和定向性指向標(biāo)。前者利用無(wú)方向性天線發(fā)射信號(hào)，用測(cè)向儀接收指示信號(hào)，也稱為無(wú)方向信標(biāo)。后者利用有一定方向性的天線發(fā)射信號(hào)，可用一般收音機(jī)或?qū)Ｓ媒邮罩甘酒鹘邮詹y(cè)定方向 無(wú)方向無(wú)線電信標(biāo)臺(tái)具有準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)位置，定期發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，包括測(cè)向、識(shí)別和語(yǔ)音信號(hào)。有三種基本的工作狀態(tài)：等幅波方式用于測(cè)向調(diào)幅波方式用于測(cè)向和臺(tái)站識(shí)別語(yǔ)音方式 用于測(cè)向和通話。由控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅

13、盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)方向信標(biāo)的組成 話音放大器傳送語(yǔ)音信號(hào)，音頻振蕩器產(chǎn)生調(diào)幅波信號(hào)，等幅波信號(hào)直接輸出到高頻信號(hào)發(fā)生器。然后通過(guò)幅度調(diào)制加到高頻載波上，并由放大器產(chǎn)生大功率信號(hào)，通過(guò)天線輻射到空間去 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)方向信標(biāo)發(fā)射信號(hào)當(dāng)信標(biāo)臺(tái)發(fā)射調(diào)幅波識(shí)別信號(hào)時(shí)，自動(dòng)信號(hào)鍵的電碼控制一個(gè)音頻振蕩器，按電碼組合規(guī)律產(chǎn)生頻率一定的音頻信號(hào) 無(wú)方向信標(biāo)的調(diào)幅波信號(hào) 二二. 無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)無(wú)線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)當(dāng)發(fā)射等幅波識(shí)別信號(hào)時(shí)，自動(dòng)鍵電碼直接控制高頻信號(hào)發(fā)生器，因此在發(fā)“點(diǎn)”和“劃”期間有輸出信號(hào)，其它時(shí)間沒(méi)有信號(hào)，如圖4.28所示，因此測(cè)向會(huì)有中斷，指示器指針會(huì)發(fā)生抖動(dòng)

14、無(wú)方向信標(biāo)的等幅波信號(hào) 三.儀表著陸系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 為了保證飛機(jī)能在不良?xì)夂驐l件下或夜間安全著陸，必須使用無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)向飛機(jī)提供高精度的定位引導(dǎo)信息 。儀表著陸系統(tǒng)的地面設(shè)備包括航向臺(tái)（LOC）、下滑臺(tái)（GS）和信標(biāo)臺(tái)（MB）三大部分。航向臺(tái)和下滑臺(tái)都是利用在空間相交的雙針狀方向性圖天線（見(jiàn)圖4.14），以等信號(hào)區(qū)的形式分別提供與水平面成一定角度的下滑面引導(dǎo)、與水平面垂直的航向面引導(dǎo)。下滑面和航向面相交形成一條位于跑道中心線上方、與跑道面有一定角度的固定下滑航道。信標(biāo)臺(tái)為2或3個(gè)，在跑道中心線的延長(zhǎng)線上，向天空輻射方向性圖為窄圓錐形的無(wú)線電波束，提供飛機(jī)距離跑道入口的位置坐標(biāo)信息。 儀表著陸系

15、統(tǒng)工作示意圖 由工作示意圖中可以看出儀表著陸系統(tǒng)的主要組成部分為：下滑臺(tái) 航向臺(tái)指點(diǎn)信標(biāo)三.儀表著陸系統(tǒng)下滑臺(tái)下滑臺(tái)利用兩組在不同高度的天線，同時(shí)輻射方向性圖互相交疊的上下兩個(gè)波束，在與水平面成一定角度的方向上形成等信號(hào)區(qū)。兩組天線的信號(hào)可通過(guò)載波頻率、調(diào)制頻率或調(diào)制方式的不同而加以區(qū)別 下滑臺(tái)基本方塊圖 下滑臺(tái)接收機(jī)基本方塊圖 三.儀表著陸系統(tǒng)航向臺(tái) 航向臺(tái)安裝在跑道中心線的延長(zhǎng)線上，提供與跑道平面垂直的航向面信號(hào) 。與下滑臺(tái)原理類似，航向臺(tái)的地面信標(biāo)沿跑道中心線兩側(cè)發(fā)射兩束水平交叉的輻射波瓣，分別被90Hz和150Hz低頻信號(hào)調(diào)幅。 航向信標(biāo)臺(tái)方框圖 三.儀表著陸系統(tǒng)指點(diǎn)信標(biāo) 指點(diǎn)信標(biāo)配合

16、儀表著陸系統(tǒng)使用，架設(shè)在飛機(jī)進(jìn)近方向的跑道中心線延長(zhǎng)線上，在距跑道始端的幾個(gè)特定位置點(diǎn)上垂直向上發(fā)射錐形波束，為飛機(jī)提供距離信息。 指點(diǎn)信標(biāo)的發(fā)射波束 三.儀表著陸系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性高，應(yīng)用廣泛 缺點(diǎn)：滑道單一，下滑角固定不變對(duì)飛機(jī)限制大，系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)地的平整度要求高，易受季節(jié)溫度的影響，工作頻率低，波段少，易受廣播電臺(tái)的干擾。四.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)向誤差角度測(cè)量的準(zhǔn)確度，是衡量無(wú)線電振幅測(cè)向系統(tǒng)質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。每次進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)，都不可避免地帶有一定的誤差，它是所測(cè)量角度值與其真值之差。 測(cè)量角參量的誤差 四.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)向誤

17、差引起角度測(cè)量誤差的因素：設(shè)備誤差：設(shè)備誤差：是指系統(tǒng)本身不完善所產(chǎn)生的誤差，可分為機(jī)械與電氣兩方面的誤差。機(jī)械方面如天線、測(cè)角器等安裝和制造上的不準(zhǔn)確等。電氣誤差主要指天線效應(yīng)與修正不夠，電氣耦合不到位，屏蔽不良，對(duì)稱天線電路在電特性上不對(duì)稱等，以及接收指示設(shè)備的慣性等。極化誤差（夜間效應(yīng)極化誤差（夜間效應(yīng)）：無(wú)線電測(cè)向儀出現(xiàn)極化誤差主要有兩種原因，一是信標(biāo)臺(tái)天線設(shè)備本身輻射的不是單純的垂直極化波；二是電波傳播過(guò)程中，垂直極化波受電離層反射影響，極化方式有所改變，形成一定傾斜的橢圓極化波。四.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)向誤差引起角度測(cè)量誤差的因素：二次輻射誤差和反射誤差二次輻射誤差和反射誤差：二次輻射誤差主要是指在無(wú)線電測(cè)向器周圍的金屬物體，在入射電波到來(lái)時(shí)受到激勵(lì)產(chǎn)生二次輻射場(chǎng)，使測(cè)向產(chǎn)生的誤差，其大小與入射波和反射波射線間的角度有關(guān)。 無(wú)線電波傳播方向變化和地形誤差：無(wú)線電波傳播方向變化和地形誤差：電波在傳播過(guò)程中，若遇到地形變化，如山峰、海岸、障礙物等，會(huì)產(chǎn)生繞射、折射等使傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，從而使測(cè)向產(chǎn)生誤差。四.無(wú)線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)向誤差引起角度測(cè)量誤差