1 無(wú)線電導(dǎo)航基礎(chǔ)

第1章緒論1.1導(dǎo)航的發(fā)展簡(jiǎn)史1.1.1導(dǎo)航的基本概念導(dǎo)航是一門(mén)研究導(dǎo)航原理和導(dǎo)航技術(shù)裝置的學(xué)科。導(dǎo)航系統(tǒng)是確定航行體的位置方向，并引導(dǎo)其按預(yù)定航線航行的整套設(shè)備（包括航行體上的、空間的、地面上的設(shè)備）。一架飛機(jī)從一個(gè)機(jī)場(chǎng)起飛，希望準(zhǔn)確的飛到另外一個(gè)機(jī)場(chǎng)就必須依靠導(dǎo)航、制導(dǎo)技術(shù)。導(dǎo)航，即引導(dǎo)航行的意思，也就是正確的引導(dǎo)航行體沿預(yù)定的航線，以要求的精度，在指定的時(shí)間內(nèi)將航行體引導(dǎo)至目的地。由此可知除了知道起始點(diǎn)和目標(biāo)位置之外，還要知道航向體的位置、速度、姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)。其中最主要的是知道航行體的位置。1.1.2導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展在古代，我們的祖先一直利用天上的星星進(jìn)行導(dǎo)航，在古石器時(shí)代，為了狩獵方便，人們利用簡(jiǎn)單的恒星導(dǎo)航方法，這就是最早的天文導(dǎo)航方法。后來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)事物認(rèn)知的發(fā)展，人們利用導(dǎo)航傳感器來(lái)導(dǎo)航，最早是我們祖先發(fā)明的指南針?，F(xiàn)有的導(dǎo)航傳感器包括六分儀、磁羅盤(pán)、無(wú)線電羅盤(pán)、空速表、氣壓高度表、慣性傳感器、雷達(dá)、星體跟蹤器、信號(hào)接收機(jī)等。以航空領(lǐng)域?yàn)槔瑥?0世紀(jì)20年代開(kāi)始飛機(jī)出現(xiàn)了儀表導(dǎo)航系統(tǒng)。30年代出現(xiàn)了無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，即依靠飛機(jī)上的信標(biāo)接收機(jī)和無(wú)線電羅盤(pán)來(lái)獲得地面導(dǎo)航臺(tái)的信息已進(jìn)行導(dǎo)航。40年代開(kāi)始研制甚高頻導(dǎo)航系統(tǒng)。1954年，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機(jī)上試飛成功，從而開(kāi)創(chuàng)了慣導(dǎo)時(shí)代。50年代出現(xiàn)了天文導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。1957年世界上第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功以后，利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航、定位的研究工作被提上了議事日程，并著手建立海事衛(wèi)星系統(tǒng)用于導(dǎo)航定位。隨著1967年海事衛(wèi)星系統(tǒng)經(jīng)美國(guó)政府批準(zhǔn)對(duì)其廣播星歷解密并提供民用，由此顯示出衛(wèi)星定位的巨大潛力。60年代開(kāi)始使用遠(yuǎn)程無(wú)線電羅蘭-C導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)還有塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、遠(yuǎn)程奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)以及自動(dòng)天文導(dǎo)航系統(tǒng)。60年代后，無(wú)線電導(dǎo)航得到進(jìn)一步發(fā)展，并與人造衛(wèi)星導(dǎo)航相結(jié)合。70年代以后，全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。在此過(guò)程中，為了發(fā)揮不同導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，互為補(bǔ)充，出現(xiàn)了各種組合導(dǎo)航系統(tǒng)，它們主要以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為基準(zhǔn)。80年代以后，導(dǎo)航系統(tǒng)主要朝著以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可組合的傳感器除了GPS外還有星光、地形和各種無(wú)線電導(dǎo)航裝置。1.1.3導(dǎo)航系統(tǒng)的任務(wù)導(dǎo)航系統(tǒng)的任務(wù)是確定載體的位置，并把載體由目前所在的地點(diǎn)按照給定的時(shí)間和航線引導(dǎo)到目的地，為此導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該能夠提供以下導(dǎo)航信號(hào)：1）載體質(zhì)量中心所在地的“定位信號(hào)”；2）載體的“定向信號(hào)”；3）載體的“速度信號(hào)”。根據(jù)以上導(dǎo)航信號(hào)，需要調(diào)整載體的航行方向和速度，保證載體按照給定的時(shí)間和航線到達(dá)目的地。1.2導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2.1無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)是利用無(wú)線電技術(shù)測(cè)量導(dǎo)航參數(shù)，包括多普勒效應(yīng)測(cè)速、利用雷達(dá)原理測(cè)量距離和方位、用導(dǎo)航臺(tái)來(lái)定位等，它是一種廣泛使用的導(dǎo)航系統(tǒng)。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：不受使用時(shí)間和氣候條件的限制，設(shè)備較簡(jiǎn)單，可靠度較高等。但它輸出的信息主要是載體位置且工作范圍受地面臺(tái)覆蓋區(qū)域的限制，這種系統(tǒng)的工作與無(wú)線電波傳播條件有關(guān)，在某種程度上受人工干擾的影響。1.2.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是天文導(dǎo)航和無(wú)線電導(dǎo)航結(jié)合的一大產(chǎn)物，不過(guò)是把無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)放在人造衛(wèi)星上罷了。當(dāng)然，這種導(dǎo)航方法只有在航天技術(shù)充分發(fā)展的今天才有實(shí)現(xiàn)的可能。20世紀(jì)60年代初，旨在服務(wù)于美國(guó)海軍艦只的子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)了，70年代提供給民用，利用裝在航行體上的接收機(jī)，接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，并測(cè)量因衛(wèi)星相對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)用戶不斷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多普勒頻移，由此確定航行體在地球上的位置等導(dǎo)航參數(shù)。GPS是美國(guó)國(guó)防部研制的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在過(guò)去的幾年，使全球航行系統(tǒng)和空中交通管制系統(tǒng)發(fā)生深刻變革的根源是衛(wèi)星導(dǎo)航。ICAO將其命名為GNSS，其中可能包括各國(guó)或組織的空間衛(wèi)星系統(tǒng)。GNSS=GPS+GLONASS+INMARSAT-III+MTSAT+GIT……。目前，已經(jīng)達(dá)到完全運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只有美國(guó)研制的全球定位系統(tǒng)（GPS）。1.2.3天文導(dǎo)航系統(tǒng)天文導(dǎo)航系統(tǒng)是利用天文方法觀測(cè)星辰日月等天體來(lái)確定航行體的位置，以引導(dǎo)航行體沿預(yù)定航線到達(dá)目的地的一種導(dǎo)航方法。天文導(dǎo)航最早在航海方面發(fā)展起來(lái)，利用六分儀人工觀測(cè)星體高度角來(lái)確定航行體的位置，現(xiàn)在發(fā)展為星體跟蹤器測(cè)高度角及方位角來(lái)推算航行體在地球上的位置及航向。它是利用光學(xué)或射電望遠(yuǎn)鏡接收星體發(fā)射來(lái)的電磁波去跟蹤星體，在地球附近導(dǎo)航將受到云層及氣象條件的限制，在空氣稀薄的高空和宇宙航行，則是比較理想的。它也是一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，不需要地面設(shè)備支持，不受人工或自然形成的電磁干擾，不向外輻射電磁波，隱蔽性好，且誤差不隨時(shí)間積累。1.2.4慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航是一種自主式的導(dǎo)航方法，它完全依靠自主的機(jī)載設(shè)備完成導(dǎo)航任務(wù)，和外界不發(fā)生任何光、電聯(lián)系，因此隱蔽性好，工作不受氣象條件的限制。慣性導(dǎo)航的基礎(chǔ)理論乃是牛頓力學(xué)基本定律，其中主要技術(shù)手段是用加速計(jì)測(cè)量載體的運(yùn)動(dòng)加速度，用陀螺裝置提供一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系，再?gòu)闹型扑愠鏊枰膶?dǎo)航參數(shù)。但是隨著計(jì)算的時(shí)間的推移，容易產(chǎn)生積累誤差。1.2.5多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)是一種自主式遠(yuǎn)程導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它不需要導(dǎo)航臺(tái)，又稱多普勒雷達(dá)，它的工作頻率為8800MHZ。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的主要用途是測(cè)定飛機(jī)的地速、偏流，進(jìn)而計(jì)算飛機(jī)的位置、航程、待飛時(shí)間等導(dǎo)航參量。其測(cè)速精度約為航行精度的1/100-1/1000，并且抗干擾能力強(qiáng)。多普勒雷達(dá)是利用多普勒頻移效應(yīng)來(lái)測(cè)量飛機(jī)的地速的。民航飛機(jī)應(yīng)用的多為調(diào)頻連續(xù)波多普勒雷達(dá)，雷達(dá)天線向下方發(fā)射4個(gè)錐形波束，以獲取地速偏流信息。工作性能與反射面的形狀有關(guān)，如在水面或沙漠上空工作時(shí)，由于反射性不好就會(huì)降低性能。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的絕對(duì)定位精度不是很高，在現(xiàn)代跨洋遠(yuǎn)程飛機(jī)上逐漸被其他導(dǎo)航系統(tǒng)取代。1.2.6組合導(dǎo)航及其他導(dǎo)航系統(tǒng)飛行器的發(fā)展對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)在精度、可靠性等方面都提出了越來(lái)越高的要求。民航飛機(jī)上應(yīng)用的組合式導(dǎo)航系統(tǒng)一般有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)組成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。也有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)組成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供全球三維位置、速度和時(shí)間，它與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。這樣的組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以有許多優(yōu)點(diǎn)：限制了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的漂移，提高了GPS接收機(jī)的抗干擾能力和快速捕獲能力，提高整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。也可以在某些條件不具備時(shí)單獨(dú)使用無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。除了上述幾類導(dǎo)航系統(tǒng)外，還有磁羅盤(pán)、陀螺羅盤(pán)、空速表等一般普通導(dǎo)航儀表。這些儀表雖然提供的航向及速度不夠精確，但作為導(dǎo)航應(yīng)急使用往往是十分必要的。1.3導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)Ш较到y(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是慣性/多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，它具有高精度、高可靠性、高自主性、高動(dòng)態(tài)性、高抗干擾性等自身性能，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況、傳感器信息的可靠程度動(dòng)態(tài)的、智能的選擇導(dǎo)航傳感器信息源，提供一個(gè)容錯(cuò)的融合導(dǎo)航信息來(lái)滿足航行任務(wù)需求。當(dāng)然，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的地位是任何導(dǎo)航系統(tǒng)都無(wú)法替代的，組合導(dǎo)航系統(tǒng)都是以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主的。以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主的組合式導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展從比較簡(jiǎn)單的慣性/多普勒、慣性/大氣數(shù)據(jù)、慣性/天文、慣性/無(wú)線電導(dǎo)航等組合方式開(kāi)始，發(fā)展到慣性/無(wú)線電/GPS、慣性/地形匹配、慣性/GPS/慣性圖像匹配，以及多種系統(tǒng)和傳感器組合的慣性/地形加景象匹配/GPS則合式導(dǎo)航系統(tǒng)，甚至有什么信息源就有利用什么信息源的多傳感器組合系統(tǒng)。目前民航上先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)就是慣導(dǎo)/大氣數(shù)據(jù)/無(wú)線電導(dǎo)航/GPS/地形加景象匹配式的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

第2章無(wú)線電導(dǎo)航簡(jiǎn)介2.1無(wú)線電導(dǎo)航原理簡(jiǎn)介2.1.1無(wú)線電導(dǎo)航的基本原理一、對(duì)理想通用定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的要求理想的導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)能滿足下列要求：1）全球覆蓋：系統(tǒng)必須在地球表面下或表面上、空中任何位置上工作。2）絕對(duì)準(zhǔn)確度和相對(duì)準(zhǔn)確度都必須很高：準(zhǔn)確度要求，無(wú)論是絕對(duì)的和相對(duì)的，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況在2-4000米之內(nèi)。3）準(zhǔn)確度應(yīng)不受環(huán)境影響：不管用戶的位置、速度和加速度如何，系統(tǒng)的準(zhǔn)確度都應(yīng)能達(dá)到；應(yīng)該不存在多路徑誤差或信號(hào)傳播通過(guò)大氣層、電離層產(chǎn)生的誤差，如果產(chǎn)生了這些誤差，應(yīng)能從數(shù)據(jù)中適當(dāng)除去。4）有效的實(shí)時(shí)反應(yīng)：定位數(shù)據(jù)的更新率可隨運(yùn)動(dòng)而連續(xù)變動(dòng)。5）無(wú)多值解：如果存在解的多值性，設(shè)備應(yīng)能自動(dòng)地或由操作員很快地進(jìn)行分辨。6）容量無(wú)限：系統(tǒng)應(yīng)能容納無(wú)數(shù)用戶，且不會(huì)降低性能。7）敵人不能使用：未經(jīng)準(zhǔn)許的用戶不能使用系統(tǒng)導(dǎo)航，以達(dá)到他所要求到達(dá)的目的。8）有抗電子戰(zhàn)能力：敵人不能偵察、干擾或蒙蔽系統(tǒng)的正常工作。9）沒(méi)有頻率分配問(wèn)題：系統(tǒng)必須在現(xiàn)已分配的頻譜帶寬之內(nèi)工作而不干擾別的系統(tǒng)。10）全體用戶共用一個(gè)坐標(biāo)格網(wǎng)。11）高的平均無(wú)故障間隔。12）體積、重量、價(jià)格、平均修復(fù)時(shí)間、部署時(shí)間和電源消耗都要小。13）適當(dāng)擴(kuò)大用戶：設(shè)備應(yīng)具有機(jī)載式、艦載式、車(chē)載式和背負(fù)式等多種形式。14）通信能力強(qiáng)。很顯然，上述各種要求之間是存在著許多矛盾的，雖然導(dǎo)航經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展史，直到科學(xué)技術(shù)已經(jīng)大大發(fā)展的今天，仍然不能在一個(gè)系統(tǒng)里把這些要求完善地統(tǒng)一起來(lái)。因此，各類、各種導(dǎo)航系統(tǒng)都因它能滿足一種或一些特定的要求而存在、而發(fā)展著，從而導(dǎo)致了許多導(dǎo)航類別的產(chǎn)生；同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類導(dǎo)航中的各種導(dǎo)航系統(tǒng)，為更好地滿足上述各種要求，又不斷地完善、不斷地改進(jìn)著。在空間領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的開(kāi)發(fā)和利用的基礎(chǔ)上，一種具有多種新技術(shù)、能同時(shí)適應(yīng)多種導(dǎo)航要求的嶄新系統(tǒng)必將隨之而來(lái)，這就是把天體導(dǎo)航和無(wú)線電導(dǎo)航合為一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。二、采用無(wú)線電導(dǎo)航手段的可能性無(wú)線電導(dǎo)航的過(guò)程，就是通過(guò)無(wú)線電波的發(fā)射和接收，測(cè)量飛機(jī)相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的方向、距離等導(dǎo)航參量的過(guò)程，而測(cè)量和運(yùn)用這些導(dǎo)航參量的可能性則基于電波的以下傳播特性：1）無(wú)線電波在理想均勻介質(zhì)中，按直線（或最短路徑）傳播；2）無(wú)線電波經(jīng)電離層發(fā)射后，入射波和發(fā)射波在同一鉛垂面內(nèi)；3）無(wú)線電波在傳播路徑中，若遇不連續(xù)介質(zhì)時(shí)發(fā)生反射；4）在理想均勻介質(zhì)中，無(wú)線電波傳播速度為常數(shù)。根據(jù)1）、2）兩個(gè)特性，可以測(cè)定無(wú)線電波的傳播方向，從而確定飛機(jī)相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的方向，實(shí)現(xiàn)角坐標(biāo)測(cè)量。根據(jù)1）、4）兩個(gè)特性，可以測(cè)定無(wú)線電波在導(dǎo)航臺(tái)和飛機(jī)之間的傳播時(shí)間，從而確定飛機(jī)到導(dǎo)航臺(tái)的斜距。如測(cè)定電波有兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)到飛機(jī)的時(shí)間差，則可確定飛機(jī)到這兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)的距離差。特性3）是雷達(dá)導(dǎo)航的基礎(chǔ)，正是由于這個(gè)特性，才能通過(guò)無(wú)線電波發(fā)現(xiàn)飛機(jī)并確定飛機(jī)相對(duì)于雷達(dá)所在位置的角坐標(biāo)和距離。20世紀(jì)20～30年代，無(wú)線電測(cè)向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段，而且一直沿用至今。不過(guò)它后來(lái)已成為一種輔助手段。第二次世界大戰(zhàn)期間，無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種導(dǎo)航系統(tǒng)。雷達(dá)也開(kāi)始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段。飛機(jī)著陸開(kāi)始使用雷達(dá)和儀表著陸系統(tǒng)。60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。70年代微波著陸引導(dǎo)系統(tǒng)研制成功。80年代，同步測(cè)距全球定位系統(tǒng)研制成功。無(wú)線電導(dǎo)航在軍事和民用方面有著廣闊的應(yīng)用前景。三、位置線、位置面和定位方法無(wú)線電導(dǎo)航，盡管它千差萬(wàn)別，但都是通過(guò)接收和處理無(wú)線電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在導(dǎo)航臺(tái)位置精確已知的情況下，接收并測(cè)量無(wú)線電信號(hào)的電參量（如振幅、頻率、相位或延遲時(shí)間等），根據(jù)有關(guān)的電波傳播特性，轉(zhuǎn)換成導(dǎo)航需要的、接收點(diǎn)相對(duì)于該導(dǎo)航臺(tái)坐標(biāo)的導(dǎo)航參量——位置、方向、距離、距離差等，這就是無(wú)線電導(dǎo)航的實(shí)質(zhì)所在。處于某一特定位置上的接收機(jī)，在某一時(shí)刻接收并測(cè)得的無(wú)線電信號(hào)的電參量當(dāng)然是個(gè)確定的值，由它轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的導(dǎo)航參量也將是個(gè)確定的值。根據(jù)一個(gè)（注意：不是兩個(gè)或兩個(gè)以上）導(dǎo)航參量，是不能唯一地確定該接收點(diǎn)位置的。由一個(gè)導(dǎo)航參量只能確定接收點(diǎn)的可能位置是在與該導(dǎo)航參量相對(duì)應(yīng)的軌跡線（如果發(fā)射臺(tái)和接收機(jī)都在地平面上的話）上，或是在一個(gè)軌跡面（如果發(fā)射臺(tái)和接收機(jī)中一個(gè)在地面另一個(gè)在空中的話）上。前者稱為位置線，后者稱為位置面。由此可見(jiàn)，要單值地定位，測(cè)得一個(gè)導(dǎo)航參量，即獲得一條位置線（或一個(gè)位置面）是不夠的，至少是兩個(gè)（平面定位）或兩個(gè)以上（空間定位）。這種用幾何線（或幾何面）相交來(lái)完成定位的方法是普遍采用的，它是無(wú)線電導(dǎo)航原理的一個(gè)重要組成部分，通常稱之為“幾何原理”。導(dǎo)航系統(tǒng)可能的位置線有直線、圓、雙曲線等，相應(yīng)地，可以把導(dǎo)航系統(tǒng)劃分為測(cè)向系統(tǒng)、測(cè)距系統(tǒng)和測(cè)距差系統(tǒng)。測(cè)向系統(tǒng)，例如甚高頻全向信標(biāo)、自動(dòng)定向機(jī)的位置線是直線，參見(jiàn)圖2-1（a）。測(cè)距系統(tǒng)，例如無(wú)線電高度表、測(cè)距機(jī)的位置線是平面上的圓，參見(jiàn)圖2-1（b）、（c）。測(cè)距差系統(tǒng)，例如利用測(cè)距差原理工作的奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭系統(tǒng)等，其位置線為雙曲線，參見(jiàn)圖2-1（d）。這類系統(tǒng)又可以叫做雙曲導(dǎo)航系統(tǒng)。航空導(dǎo)航，除了飛機(jī)高度較低而又遠(yuǎn)離導(dǎo)航臺(tái)，因而可以近似地看作平面導(dǎo)航外，嚴(yán)格的講都是空間導(dǎo)航的問(wèn)題。因此，要用位置面相交來(lái)定位，在進(jìn)行換算來(lái)得到飛機(jī)的地面位置。但實(shí)際上，在遠(yuǎn)距離導(dǎo)航中，飛機(jī)的高度同它到最近的導(dǎo)航臺(tái)的距離相比較是很小的，作為平面導(dǎo)航來(lái)考慮不會(huì)引起明顯的誤差；即便是近距離導(dǎo)航，在飛機(jī)上裝有數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)和有高度數(shù)據(jù)輸入的情況下，也可以通過(guò)計(jì)算校正來(lái)測(cè)得飛機(jī)的地平面位置。由以上討論可知，在研究平面導(dǎo)航問(wèn)題時(shí)，必須利用平面中的兩條或兩條以上的位置線相交，才能確定飛機(jī)的具體位置點(diǎn)。r距離導(dǎo)航臺(tái)（a）圓位置線Nr距離導(dǎo)航臺(tái)（a）圓位置線N導(dǎo)航臺(tái)飛機(jī)（b）直線位置線磁方位θ飛機(jī)高度h地球半徑R（d）雙曲線（c）等高線圖2-1位置線按照所利用的位置線的形狀，可以把導(dǎo)航定位分為ρ-θ定位系統(tǒng)、ρ-ρ定位或ρ-ρ-ρ定位系統(tǒng)、θ-θ定位系統(tǒng)和雙曲定位系統(tǒng)。這里的ρ表示距離，θ代表角度或方位。ρ-θ定位系統(tǒng)利用測(cè)距系統(tǒng)的圓形位置線與測(cè)向系統(tǒng)的直線位置線相交的方法，可以確定接收點(diǎn)（飛機(jī)）的具體位置M，這種定位方法也稱為極坐標(biāo)定位，參見(jiàn)圖2-2（a）。在實(shí)用中，利用同臺(tái)安裝的全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)上述ρ-θ定位。機(jī)載氣象雷達(dá)也是用ρ-θ定位來(lái)確定危險(xiǎn)氣象目標(biāo)的位置的。有的氣象雷達(dá)顯示器中所采用的電子束掃描方式，就是這種極坐標(biāo)掃描。θ-θ定位系統(tǒng)通過(guò)測(cè)定對(duì)于兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)（例如兩個(gè)VOR臺(tái)）的方位，可以獲得兩條徑向直線，從而通過(guò)這兩條直線的交點(diǎn)M確定飛機(jī)的位置，如圖2-2（b）所示。ρ-ρ定位系統(tǒng)測(cè)定到兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)的距離以獲得兩個(gè)圓形位置線，通過(guò)這兩個(gè)圓的交點(diǎn)即可確定飛機(jī)的位置，見(jiàn)圖2-2（c）。但兩個(gè)圓可以有兩個(gè)交點(diǎn)M1和M2，因此在這樣的系統(tǒng)中還需設(shè)法解決這一位置的模糊問(wèn)題。如果同時(shí)測(cè)量到3個(gè)分離的導(dǎo)航臺(tái)的距離而獲得三條圓形位置線，則三個(gè)圓就只可能有一個(gè)公共交點(diǎn)M1了，因而也就不再存在位置模糊問(wèn)題，這就是ρ-ρ-ρ定位系統(tǒng)，參見(jiàn)圖2-2（d）。利用2個(gè)或3個(gè)測(cè)距臺(tái)，即可進(jìn)行上述ρ-ρ或ρ-ρ-ρ定位。θθrNMMNBAθBθAABrArBM（a）ρ-θ定位（b）θ-θ定位（c）ρ-ρ定位CrCM1M2ArABrB（d）ρ-ρ-ρ定位圖2-2定位方法雙曲定位系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量到一組導(dǎo)航臺(tái)的距離差，可以得到一組雙曲線；同時(shí)測(cè)量到另一組導(dǎo)航臺(tái)的距離差，又可以得到另一組雙曲線。利用這兩組雙曲線的交點(diǎn)，即可確定飛機(jī)的位置。奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)既可以應(yīng)用ρ-ρ和ρ-ρ-ρ定位方法，又可應(yīng)用雙曲定位方法。四、無(wú)線電導(dǎo)航基本結(jié)構(gòu)綜上所述，無(wú)線電導(dǎo)航的本質(zhì)及其過(guò)程可概括成如圖2-3所示的結(jié)構(gòu)圖。這個(gè)無(wú)線電導(dǎo)航結(jié)構(gòu)圖，可以說(shuō)是無(wú)線電導(dǎo)航的“綱”，因?yàn)樗爬怂袩o(wú)線電系統(tǒng)的基本內(nèi)容，這些基本內(nèi)容的要點(diǎn)如下：1）一個(gè)或若干個(gè)精確地知道其地理位置的發(fā)射臺(tái)及由它發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)；2）無(wú)線電信號(hào)的電參量（如振幅A、頻率ω、相位φ、時(shí)間t）中的一個(gè)或多個(gè)攜帶著導(dǎo)航信息，經(jīng)過(guò)電波傳播到達(dá)接收機(jī)；3）接收機(jī)接收和處理無(wú)線電信號(hào)，測(cè)出所需要的電參量，再根據(jù)電波傳播特性，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的導(dǎo)航參量（如距離R、距離差ΔR、方位θ、飛機(jī)高度h及航向、航速等）；4）根據(jù)得到的導(dǎo)航參量及精確的發(fā)射臺(tái)的地理位置，就可以在地圖上獲得一條相對(duì)于該發(fā)射臺(tái)的位置線（或位置面）；5）兩條位置線或三個(gè)位置面相交，就可以得到飛機(jī)的平面（或空間）位置。發(fā)發(fā)射臺(tái)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)電波傳播接收機(jī)接收處理電參量導(dǎo)航參量位置線1位置線2飛機(jī)位置電參量導(dǎo)航參量傳播特性A、ω、φ、th、θ、R、ΔR導(dǎo)航參量1導(dǎo)航參量2發(fā)射臺(tái)地理坐標(biāo)（已知）發(fā)射臺(tái)地理坐標(biāo)（已知）圖2-3無(wú)線電導(dǎo)航結(jié)構(gòu)圖從這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中，不僅可以較好地理解無(wú)線電導(dǎo)航的基本過(guò)程，而且還可以清楚地看出各種無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別之所在：幾十年的無(wú)線電導(dǎo)航發(fā)展史，盡管形成了多種多樣的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，但它們沒(méi)有根本的區(qū)別，它們的區(qū)別正如圖2-3所示，只在于發(fā)射臺(tái)放置的位置不同（地面上、飛機(jī)上或衛(wèi)星上）、所利用的電波電參量不同（振幅A、頻率ω、相位φ、時(shí)間t）以及采用位置線或位置面的形式不同（直線或平面、雙曲線或雙曲面、圓或球面），僅此而已。2.1.2區(qū)域?qū)Ш浇榻B空中交通史上的首批航路是沿地面臺(tái)點(diǎn)設(shè)計(jì)的，在作出向、背臺(tái)飛行的區(qū)別和臺(tái)點(diǎn)的頻率、航路寬度、飛行高度的規(guī)定后，飛機(jī)按設(shè)計(jì)的航路飛行，管制員按該航路計(jì)劃實(shí)施管制。由于當(dāng)時(shí)還沒(méi)有機(jī)載計(jì)算組件，飛機(jī)按逐臺(tái)導(dǎo)航方法飛行。隨著VOR/DME成功地運(yùn)用于導(dǎo)航和機(jī)載計(jì)算設(shè)備，出現(xiàn)了RNAV概念并得以初步應(yīng)用。RNAV被確認(rèn)為一種導(dǎo)航方法，即允許飛機(jī)在相關(guān)導(dǎo)航設(shè)施的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，或在機(jī)載自主導(dǎo)航設(shè)備能力限度內(nèi)，或在兩者配合下沿所需的航路飛行。這也正是目前陸基航行系統(tǒng)條件下RNAV航路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。雖然可依靠機(jī)載計(jì)算組件作用，在導(dǎo)航臺(tái)的覆蓋范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一條比較短捷航路，但仍按地面是否有導(dǎo)航臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)航路。陸基系統(tǒng)的RNAV航路可縮短航線距離，但飛行航路仍受到地面導(dǎo)航臺(tái)的限制。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，從根本上解決了由于地面建臺(tái)困難而導(dǎo)致空域不能充分利用的問(wèn)題。星基系統(tǒng)以其實(shí)時(shí)、高精度等特性使飛機(jī)在飛行過(guò)程中能夠連續(xù)準(zhǔn)確地定位。在空域允許情況下，依靠星基系統(tǒng)的多功能性，或與FMC的配合，飛機(jī)容易實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的直線飛行，或者最大限度地選擇一條便捷航路。一般來(lái)說(shuō)利用衛(wèi)星導(dǎo)航，飛行航路不再受地面建臺(tái)與否的限制，實(shí)現(xiàn)了真正意義上航路設(shè)計(jì)的任意性。因而衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用使RNAV充分體現(xiàn)了隨機(jī)導(dǎo)航的思想。一、區(qū)域?qū)Ш降幕靖拍钏^區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV），就是指那些能夠在一個(gè)廣闊的區(qū)域內(nèi)（而非限制在定點(diǎn)之間）提供導(dǎo)航能力的導(dǎo)航系統(tǒng)。顯然，具有RNAV能力的導(dǎo)航系統(tǒng)是很多的，諸如早期的臺(tái)卡系統(tǒng)、他備式羅蘭和奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)、自備是多普勒和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等等?，F(xiàn)代民用飛機(jī)已普遍使用以VOR/DME為基礎(chǔ)的RNAV系統(tǒng)，即VOR/DMERNAV系統(tǒng)。它是一種利用VOR的方位角、DME的斜距以及氣壓高度作為基本輸入信號(hào)，來(lái)計(jì)算飛機(jī)到某個(gè)航路點(diǎn)的航向和距離的導(dǎo)航和引導(dǎo)系統(tǒng)。圖2-4為VOR/DMERNAV系統(tǒng)示意圖。信標(biāo)臺(tái)航路點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)航路點(diǎn)提供的導(dǎo)航信號(hào)氣壓高度VOR/DME信息計(jì)算的位置圖2-4VOR/DMERNAV系統(tǒng)二、區(qū)域?qū)Ш降幕驹鞻OR/DMERNAV的基本原理是：通過(guò)連續(xù)地測(cè)得飛機(jī)到VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)的方位和距離信息，從而獲得飛往某個(gè)確定的航路點(diǎn)的航向和距離。這一基本原理可歸結(jié)為連續(xù)地求解一個(gè)RNAV三角形問(wèn)題。參看圖2-5的RNAV三角形，圖中A代表飛機(jī)在地面上投影點(diǎn)的位置，B是VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)的位置，C為某個(gè)航路點(diǎn)的位置?！鰽BC就叫做RNAV三角形。航路點(diǎn)航路點(diǎn)CANN地面臺(tái)Bθ1θ2θ3ρ1ρ3ρ2圖2-5RNAV三角形假定以磁北（N）方向作為角度關(guān)系的基準(zhǔn)方向，則RNAV三角形的各邊與角度關(guān)系如下：AB=ρ1——VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)與飛機(jī)之間的距離；θ1——從VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)到飛機(jī)的磁方位，即飛機(jī)方位；BC=ρ2——VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)與航路點(diǎn)之間的距離；θ2——從VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)到航路點(diǎn)的磁方位；AC=ρ3——飛機(jī)與航路點(diǎn)之間的距離；θ3——從飛機(jī)到航路點(diǎn)的磁方位。其中ρ1、θ1可通過(guò)VOR/DME地面信標(biāo)測(cè)得，為已知量；且對(duì)某個(gè)特定的航路點(diǎn)來(lái)說(shuō)，ρ2、θ2為確定量，可由駕駛員輸入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)或從導(dǎo)航計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用。這樣，RNAV三角形的兩邊（ρ1、ρ2）及其夾角（θ2-θ1）為已知，故可求得ρ3和θ3，即飛機(jī)到航路點(diǎn)的距離和磁方位（航跡角）。RNAV三角形可用模擬方法來(lái)求解。為此，可將它畫(huà)成如圖2-6所示的矢量三角形。把RNAV三角形的每個(gè)元素用一個(gè)矢量來(lái)表示，矢量的大小和方向分別代表距離和角度。例如：可用正弦波或者矩形波的振幅和相位來(lái)分別代表距離（ρ1、ρ2）和角度（θ1、θ2）。--ρ1∠θ1ρ3∠θ3ρ1∠θ1ρ2∠θ2圖2-6RNAV三角形的矢量解由圖2-6所示的RNAV三角形的矢量解中可見(jiàn)，矢量ρ3∠θ3為二個(gè)矢量-ρ1∠θ1和ρ2∠θ2之和，即式中，負(fù)號(hào)表示ρ2∠θ2與ρ1∠θ1的矢量差。-θ1表示飛機(jī)到VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)的方位，即電臺(tái)方位。實(shí)際上，現(xiàn)代民用飛機(jī)的RNAV系統(tǒng)均利用計(jì)算機(jī)來(lái)求解RNAV三角形。為此，先要將RNAV三角形表示在直角坐標(biāo)系內(nèi)，然后再根據(jù)直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的關(guān)系寫(xiě)出ρ3、θ3的表達(dá)式，并將解RNAV三角形的有關(guān)公式編成程序，連同三角函數(shù)數(shù)值表均存儲(chǔ)在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的只讀存儲(chǔ)器（ROM）中備用。θθx=ρsinθy=ρcosθX（東）Y（北）NWSWNESE圖2-7直角坐標(biāo)（X、Y）和極坐標(biāo)（ρ、θ）的關(guān)系圖2-7表示直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的關(guān)系，即因此式中如果1）（y2-y1）/（x2-x1）＞0，則θ3在第一、三象限內(nèi)，或在東北（NE）、西南（SW）象限內(nèi)；2）（y2-y1）/（x2-x1）＜0，則θ3在第二、四象限內(nèi)，或在西北（NW）、東南（SE）象限內(nèi)；3）y2-y1=0，則θ3=0°，180°；4）x2-x1=0，則θ3=90°，270°。由此可見(jiàn)，計(jì)算出現(xiàn)了多值性，但應(yīng)指出，由于θ3的計(jì)算是連續(xù)進(jìn)行的，每次只變化一個(gè)很小的增量，所以不會(huì)引起多值性問(wèn)題。利用RNAV系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，往往還需要計(jì)算航線偏差，這是需要解圖2-8的航線偏差三角形。磁北（磁北（N）磁北（N）航線偏差距離OBS選擇的航線θc-θ3航路點(diǎn)RNAV矢量θ3ρθcρ3圖2-8航線偏差三角形航線偏差通常以距離而不是以角度給出，這是因?yàn)轳{駛員總想知道的是究竟飛機(jī)偏離預(yù)定航線有多遠(yuǎn)。在航線偏差三角形中，由于其中一邊（ρ3）和所有角度均為已知量，故可用余弦定理求得航線偏差距離（ρ）：得如果ρ為負(fù)值，那么飛機(jī)向左偏離預(yù)定航線。例如，在圖2-8中，若，，海里，那么海里；若，，那么海里，即表示飛機(jī)向左偏離航線30海里。對(duì)于精確導(dǎo)航來(lái)說(shuō)，上述的RNAV三角形必須是在水平面內(nèi)的投影。遺憾的是飛機(jī)到DME地面信標(biāo)臺(tái)的距離是按斜距給出的。為了得到水平距離，必須解圖2-9所示的斜距三角形。信標(biāo)海拔高度必須從飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件、自動(dòng)數(shù)據(jù)輸入組件或通過(guò)鍵盤(pán)饋送進(jìn)入設(shè)備，而飛機(jī)高度可從編碼高度計(jì)算得到。DME/VORDME/VOREGsA海平面圖2-9斜距三角形由圖2-9可知：式中G為水平距離，s為飛機(jī)到地面信標(biāo)臺(tái)的斜距，A是飛機(jī)的海拔高度，E是信標(biāo)臺(tái)天線的海拔高度。三、區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)方框圖VORVOR接收機(jī)DME詢問(wèn)器導(dǎo)航計(jì)算機(jī)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)控制顯示單元水平姿態(tài)指示器（HSI）自動(dòng)駕駛測(cè)滾通道方位斜距高度導(dǎo)航信息飛行計(jì)劃航線偏差橫向操縱指令中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)圖2-10典型的RNAV系統(tǒng)圖2-10為典型的RNAV系統(tǒng)方框圖。它由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、VOR接收機(jī)、DME詢問(wèn)器、中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、控制顯示單元、水平狀態(tài)指示器和自動(dòng)駕駛側(cè)滾通道所組成。導(dǎo)航計(jì)算機(jī)是RNAV系統(tǒng)的核心，其基本任務(wù)是接收導(dǎo)航傳感器送來(lái)的導(dǎo)航信息，包括來(lái)自VOR接收機(jī)的方位和DME詢問(wèn)器的斜距，以及來(lái)自中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的氣壓高度；并按預(yù)編的程序連續(xù)地求解RNAV三角形，得到飛往某個(gè)航路點(diǎn)的軌跡，包括距離和磁方位。導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)或者是存儲(chǔ)在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)，或者是在外部存儲(chǔ)器中。它包括：實(shí)現(xiàn)RNAV導(dǎo)航所需要的城市之間的航線、導(dǎo)航設(shè)備（VOR/DME信標(biāo)）及航路點(diǎn)的全部信息。每個(gè)航路點(diǎn)的參數(shù)包括：經(jīng)度和緯度、高度、導(dǎo)航設(shè)備的頻率、航路點(diǎn)到VOR/DME地面信標(biāo)臺(tái)的距離和磁方位。控制顯示組件的作用是：將有關(guān)信息（如飛行計(jì)劃裝入信息）輸入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；顯示導(dǎo)航信息。在某些RNAV系統(tǒng)中，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)還可給航線偏差指示器（在HSI上）發(fā)送航線偏差信號(hào)，同時(shí)給自動(dòng)駕駛儀發(fā)送橫向操縱指令。2.1.3無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的基本指標(biāo)一般來(lái)說(shuō)，航空無(wú)線電導(dǎo)航應(yīng)完成以下基本任務(wù)：1）引導(dǎo)飛機(jī)沿預(yù)定航線飛行；2）能隨時(shí)給飛行員提供準(zhǔn)確的位置指示，如航向、高度、方位、距離或經(jīng)緯度；3）引導(dǎo)飛機(jī)安全起飛、復(fù)飛、進(jìn)近、著陸、滑行；4）對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)域和航路上的飛機(jī)實(shí)施空中交通管制。民用航空一般只要求沿著已經(jīng)建立起來(lái)的航線，“點(diǎn)”到“點(diǎn)”地導(dǎo)航；在遠(yuǎn)距離越洋或沙漠航線上飛行的飛機(jī)，因?yàn)闆](méi)有地面設(shè)備，要求有自備式導(dǎo)航系統(tǒng)，或遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)；著陸階段，要求有進(jìn)近和著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。所采用的導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)有以下特點(diǎn)：1）保證航行計(jì)劃能得到安全、有效地執(zhí)行；2）購(gòu)買(mǎi)、安裝導(dǎo)航設(shè)備的起始成本和維護(hù)成本要低；3）導(dǎo)航設(shè)備的可靠性、可維修性要好；4）操作使用簡(jiǎn)單，以節(jié)省機(jī)組人員。不同的航空無(wú)線電系統(tǒng)和設(shè)備，由于所賦予它的任務(wù)和用途不同，對(duì)它提出的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)也不會(huì)一樣，但是有些基本指標(biāo)則是共同的。通常，航空無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的基本指標(biāo)有：可靠性和可維修性、可預(yù)測(cè)性和再現(xiàn)性、準(zhǔn)確度、作用距離、工作容量、隱蔽性和抗干擾性等。一、可靠性和可維修性1、可靠性可靠性是指系統(tǒng)和設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘亩攘客ǔＳ孟旅嫒齻€(gè)量：1）可靠度：一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備，用于規(guī)定的條件時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)故障地工作的概率；2）平均故障間隔（MTBF）：系統(tǒng)或設(shè)備在長(zhǎng)期的工作中（嚴(yán)格地說(shuō)，在無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)），所有兩次相鄰故障間隔的平均；3）停機(jī)時(shí)間（DWT）：系統(tǒng)和設(shè)備在一個(gè)給定的工作時(shí)間內(nèi)，不能工作的時(shí)間。它通常用百分?jǐn)?shù)表示，例如一個(gè)系統(tǒng)在2000小時(shí)的工作時(shí)間內(nèi)若中斷30分鐘，那么它的停機(jī)時(shí)間就是30/（2000×60）=0.025%。2、可維修性可維修性是指系統(tǒng)或設(shè)備按預(yù)先規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維護(hù)和修理時(shí)，在一定的時(shí)間內(nèi)，使之滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)、正常工作的概率。根據(jù)這個(gè)定義可知，修復(fù)時(shí)間是可維修性的最重要的因素?？删S修性的度量通常用平均維修時(shí)間MTTR，它是系統(tǒng)或設(shè)備在長(zhǎng)期工作中，對(duì)各次發(fā)生的故障進(jìn)行修復(fù)所需的時(shí)間的平均值。人們常常把可靠性和可維修性聯(lián)合起來(lái)考慮，這時(shí)，最常用到的一個(gè)指標(biāo)就是穩(wěn)態(tài)可利用性A，它的含義是系統(tǒng)長(zhǎng)期工作時(shí)，在工作期間內(nèi)任意時(shí)刻上正常工作的概率。在數(shù)學(xué)上，A的定義如下式所示：二、再現(xiàn)性和可預(yù)測(cè)性再現(xiàn)性是指系統(tǒng)再現(xiàn)一個(gè)位置的能力。換句話說(shuō)，對(duì)于地球表面或空間的一個(gè)給定位置，系統(tǒng)可以得到它確定的導(dǎo)航坐標(biāo)參考值；在另外的時(shí)候，該系統(tǒng)又得到這個(gè)同樣數(shù)值的導(dǎo)航坐標(biāo)參量時(shí)，它的位置與先前那個(gè)位置接近的程度。這個(gè)指標(biāo)在實(shí)際導(dǎo)航工作中是很有用的，它與系統(tǒng)精度有關(guān)，但不同于系統(tǒng)精度。可預(yù)測(cè)性是指指定位置的地理坐標(biāo)與預(yù)定的導(dǎo)航參量坐標(biāo)之間的符合程度?？深A(yù)測(cè)性與下列條件有關(guān)：1）大氣、電離層條件及信號(hào)傳播特性的預(yù)測(cè)；2）發(fā)射臺(tái)位置的大地測(cè)量精度。因?yàn)榘l(fā)射臺(tái)天線位置的很小偏移都會(huì)引起工作區(qū)內(nèi)位置預(yù)測(cè)的很大誤差；3）大地測(cè)量方法及地球球體等效；4）坐標(biāo)變換及其所用數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性。三、準(zhǔn)確度無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度是指在規(guī)定的使用條件下，導(dǎo)航參量誤差不超過(guò)給定值的能力。這里的誤差是指不可校準(zhǔn)的隨機(jī)誤差，完整的準(zhǔn)確度的含義應(yīng)該包括兩個(gè)不可分割的內(nèi)容：一個(gè)是給定的誤差范圍，即誤差的數(shù)量上的大??；另一個(gè)是系統(tǒng)獲得的導(dǎo)航參量落在這個(gè)范圍的能力，通常用概率表示。四、作用距離作用距離是指在保證導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度的前提下，飛機(jī)和無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)間的最大距離。很多無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與方向有關(guān)，為了完整地反映最大作用距離對(duì)方向的依賴性，常用工作區(qū)的概念。工作區(qū)內(nèi)，最大作用距離的方向，稱為無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的主方向。五、工作容量工作容量是指一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)可供多少飛機(jī)（或艦船）使用。這個(gè)指標(biāo)是指那些有源用戶，它們要發(fā)射信號(hào)，與地面導(dǎo)航臺(tái)進(jìn)行“詢問(wèn)”和“應(yīng)答”。而對(duì)那些無(wú)源用戶，只接收導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航，則工作容量是無(wú)限的。六、隱蔽性和抗干擾性隱蔽性是指無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)工作時(shí)不被敵人發(fā)現(xiàn)的可能性。對(duì)系統(tǒng)的地面設(shè)備來(lái)說(shuō)，要隱蔽在山洞；對(duì)系統(tǒng)的機(jī)上設(shè)備來(lái)說(shuō)，最好是無(wú)源的，不發(fā)射信號(hào)。另外，隱蔽性還包括導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?。為此，通常采用?fù)雜的編碼?？垢蓴_性是指在有人為干擾和天然干擾時(shí)，無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)保持給定性能指標(biāo)的能力。它是實(shí)用中一個(gè)重要指標(biāo)，特別是在軍事航空導(dǎo)航中，更是如此。因此，在設(shè)計(jì)和使用無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，必須要采取技術(shù)上和管理上的措施。2.2無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.2.1無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的分類一、自備式和他備式系統(tǒng)從機(jī)載設(shè)備能否獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度上劃分，可將無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)分為自備式和他備式系統(tǒng)。有的飛機(jī)無(wú)線電系統(tǒng)不需要依賴于任何地面設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的既定功能，這樣的系統(tǒng)稱為自備式（自主式）系統(tǒng)，例如：無(wú)線電高度表、氣象雷達(dá)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)；相應(yīng)的那些需要和地面設(shè)施配合才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的既定功能的叫他備式導(dǎo)航系統(tǒng)，如測(cè)距機(jī)、應(yīng)答機(jī)、定向機(jī)、全向信標(biāo)等。二、按功能分類按系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能劃分為：導(dǎo)航定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)、著陸引導(dǎo)。比如：全向信標(biāo)、自動(dòng)定向機(jī)、測(cè)距機(jī)、無(wú)線電高度表等用來(lái)導(dǎo)航定位；近地警告系統(tǒng)、機(jī)載防撞系統(tǒng)、氣象雷達(dá)系統(tǒng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)；儀表著陸系統(tǒng)、指點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)等用于著陸引導(dǎo)。當(dāng)然，這樣劃分也并不是非常全面。三、按導(dǎo)航參量分類按照導(dǎo)航參量不同可以劃分為：測(cè)距、測(cè)向、測(cè)角等系統(tǒng)。例如：無(wú)線電高度表和測(cè)距機(jī)是測(cè)量距離；全向信標(biāo)是測(cè)角系統(tǒng)；自動(dòng)定向機(jī)是測(cè)角系統(tǒng)。2.2.2無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)角系統(tǒng)一、自動(dòng)定向機(jī)自動(dòng)定向機(jī)（AutoDirectionFinder，ADF）又稱無(wú)線電羅盤(pán)。自1920年開(kāi)始應(yīng)用。它的功用是測(cè)量地面導(dǎo)航臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)縱軸的方位，以引導(dǎo)飛機(jī)向臺(tái)飛行或背臺(tái)飛行。它是依靠機(jī)上環(huán)形天線的方向特性來(lái)測(cè)定電臺(tái)方位。ADF工作頻率是190至1750KHz，在這個(gè)波段，不僅設(shè)置有專供導(dǎo)航的無(wú)方向?qū)Ш叫艠?biāo)，還有大量的大功率廣播電臺(tái)可供利用。二、甚高頻全向信標(biāo)甚高頻全向信標(biāo)(VHFOmni-directionalRange,以下簡(jiǎn)稱VOR),是一種用于航空的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。其工作頻段為108.00MHz-117.95MHz的甚高頻段，故此得名。VOR發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)有兩個(gè)：一個(gè)是相位固定的基準(zhǔn)信號(hào)；另一個(gè)信號(hào)的相位隨著圍繞信標(biāo)臺(tái)的圓周角度是連續(xù)變化的，也就是說(shuō)各個(gè)角度發(fā)射的信號(hào)的相位都是不同的。向360度(指向磁北極)發(fā)射的與基準(zhǔn)信號(hào)是同相的（相位差為0），而向180度(指向磁南極)發(fā)射的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相位差180度。飛行器上的VOR接收機(jī)根據(jù)所收到的兩個(gè)信號(hào)的相位差就可以計(jì)算出自身處于信標(biāo)臺(tái)向哪一個(gè)角度發(fā)射的信號(hào)上。VOR通常與測(cè)距儀（DME）同址安裝，在提供給飛行器方向信息的同時(shí)，還能提供飛行器到導(dǎo)航臺(tái)的距離信息，這樣飛行器的位置就可以唯一的被確定下來(lái)。2.2.3著陸引導(dǎo)系統(tǒng)一、儀表著陸系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)（InstrumentLandingSystem，ILS）用于引導(dǎo)飛機(jī)沿正確的航向和下滑線著陸，是保證飛機(jī)安全著陸的重要設(shè)備，尤其是在夜間和不良?xì)庀髼l件下，儀表著陸系統(tǒng)顯得更為重要。由于儀表著陸系統(tǒng)能在能見(jiàn)度很差的情況下引導(dǎo)飛機(jī)安全著陸，因此也可稱為盲目著陸設(shè)備。儀表著陸系統(tǒng)由航向信標(biāo)系統(tǒng)、下滑信標(biāo)系統(tǒng)和指點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)三部分組成。航向系統(tǒng)利用90Hz和150Hz調(diào)幅的甚高頻信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)垂直于跑道平面并通過(guò)跑道中心線的航向引導(dǎo)平面；下滑系統(tǒng)則利用90Hz和150Hz調(diào)幅的甚高頻信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)與跑道平面成2–4°夾角的下滑引導(dǎo)平面，這兩個(gè)引導(dǎo)平面相交，即可得到一條航向下滑線。飛機(jī)由儀表著陸系統(tǒng)引導(dǎo)沿此下滑線進(jìn)近，即可安全著陸。指點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)是由三個(gè)或兩個(gè)準(zhǔn)確裝在跑道中心線延長(zhǎng)線上的地面指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)及相應(yīng)的機(jī)載信標(biāo)接收機(jī)組成的。利用指點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)跑道中心線，檢查飛機(jī)通過(guò)信標(biāo)臺(tái)時(shí)的高度和速度是否適當(dāng)，以及飛機(jī)距跑道的距離。航向系統(tǒng)的工作頻率是108.1–111.95MHz范圍內(nèi)十分位小數(shù)為奇數(shù)的頻率，共有40個(gè)波道，波道間隔為50kHz。下滑系統(tǒng)頻率為329.15–335.0MHz，也有40個(gè)波道，波道間隔為150kHz，下滑系統(tǒng)波道和航向系統(tǒng)波道按一定規(guī)律配對(duì)。指點(diǎn)信標(biāo)工作于固定的75MHz。二、微波著陸系統(tǒng)微波著陸系統(tǒng)（MicrowaveLandingSystem，MLS）用于引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)行精密儀表進(jìn)近和自動(dòng)著陸。MLS是國(guó)際上正在試用和準(zhǔn)備推廣的新系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)目前尚未正式使用，但其過(guò)渡和實(shí)現(xiàn)計(jì)劃已在制訂。MLS主要由測(cè)角系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)兩大部分組成，其地面設(shè)備的基本格局由方位制導(dǎo)設(shè)備、仰角制導(dǎo)設(shè)備和精密測(cè)距儀（DME/P）以及基本數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)組成。方位制導(dǎo)和仰角制導(dǎo)統(tǒng)稱為角度制導(dǎo)，這是實(shí)現(xiàn)MLS功能的主體相當(dāng)于ILS的航向引導(dǎo)和下滑引導(dǎo)。方位制導(dǎo)設(shè)備一般和精密測(cè)距儀（DME/P）應(yīng)答器一起安裝在跑道端處的中心延長(zhǎng)線上。方位制導(dǎo)設(shè)備的功能與ILS航向臺(tái)的功能相同，但它所提供的方位覆蓋范圍相對(duì)于掃描中心線通常有±40°（ILS的航向臺(tái)為±2°）。仰角制導(dǎo)設(shè)備是MLS系統(tǒng)中另一重要的組成部分，它安裝在跑道的進(jìn)近端處偏離中心線的某一位置。仰角臺(tái)與ILS下滑臺(tái)的功能相同，但可提供駕駛員選擇的下滑角范圍寬至15°（ILS的下滑臺(tái)為1.4°）。在方位覆蓋區(qū)域內(nèi)，飛機(jī)可以在仰角制導(dǎo)的范圍內(nèi)任何下滑道上得到精密的引導(dǎo)。精密測(cè)距儀為進(jìn)近和著陸飛機(jī)提供連續(xù)的精密距離信息，從而取代目前配合ILS系統(tǒng)工作的指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)。2.2.4無(wú)線電測(cè)距系統(tǒng)一、無(wú)線電高度表無(wú)線電高度表是測(cè)量飛機(jī)到地面垂直距離的機(jī)載無(wú)線電設(shè)備，是重要的飛行器儀表之一。它由發(fā)射、接收裝置和顯示器組成。飛機(jī)向地面發(fā)射無(wú)線電波，經(jīng)地面反射后被飛機(jī)接收機(jī)接收，無(wú)線電波經(jīng)歷兩倍飛行高度H的行程所用的時(shí)間等于兩倍飛行高度被電波傳播速度所除的商值。電波傳播的速度為恒值，只要測(cè)出這段時(shí)間便可求出飛行高度。無(wú)線電高度表按工作方式分為調(diào)頻式和脈沖式兩種。①調(diào)頻式無(wú)線電高度表：從飛機(jī)上向地面發(fā)射三角波調(diào)制的連續(xù)調(diào)頻波，經(jīng)地面反射后被接收機(jī)接收。把接收到的調(diào)頻波和從發(fā)射機(jī)耦合過(guò)來(lái)的發(fā)射波進(jìn)行混頻。輸出的差頻與飛行高度有關(guān)。用頻率計(jì)數(shù)器測(cè)出差頻，通過(guò)換算即得到離地高度。這種高度表以連續(xù)波方式工作，必須采用2個(gè)天線分別作為發(fā)射天線和接收天線。②脈沖式無(wú)線電高度表：它的工作方式與脈沖雷達(dá)測(cè)量距離的工作方式完全相同。新型脈沖式無(wú)線電高度表發(fā)射的脈沖寬度可自動(dòng)調(diào)整，無(wú)論在低高度或高高度均可作精確測(cè)量。二、測(cè)距機(jī)測(cè)距機(jī)系統(tǒng)（DistanceMeasuringEquipment，DME）是一種能夠測(cè)量由詢問(wèn)器到某個(gè)固定應(yīng)答器距離的二次雷達(dá)系統(tǒng)。DME系統(tǒng)是詢問(wèn)---回答式脈沖測(cè)距系統(tǒng)。用來(lái)測(cè)量飛機(jī)到所選地面臺(tái)的斜距。它工作在L波段，詢問(wèn)頻率1025-1150MHz，應(yīng)答頻率962-1213MHz，民用測(cè)距機(jī)共有200個(gè)頻道。測(cè)距機(jī)的頻道是與全向信標(biāo)和儀表著陸系統(tǒng)的頻道配套選擇的，在用甚高頻導(dǎo)航控制盒選定了甚高頻導(dǎo)航（全向信標(biāo)或儀表著陸）頻率后，即確定了與之配對(duì)的測(cè)距機(jī)工作頻率。在甚高頻導(dǎo)航控制盒上設(shè)置有測(cè)距機(jī)的方式控制開(kāi)關(guān)與自檢開(kāi)關(guān)。2.2.5空中交通管制與防撞系統(tǒng)一、空中交通管制空中交通管制應(yīng)答機(jī)（AirTrafficControlTransponder，ATCTPR）簡(jiǎn)稱應(yīng)答機(jī)，與地面二次雷達(dá)配合，用以向地面管制中心報(bào)告飛機(jī)的識(shí)別代碼和氣壓高度，并可用于確定飛機(jī)的平面位置。工作在L波段，地面詢問(wèn)頻率1030MHz，機(jī)載應(yīng)答機(jī)由地面詢問(wèn)機(jī)發(fā)出的詢問(wèn)信號(hào)觸發(fā)而應(yīng)答，應(yīng)答頻率為1090MHz。應(yīng)答的內(nèi)容取決于二次雷達(dá)的詢問(wèn)模式。為克服原有二次雷達(dá)系統(tǒng)易于產(chǎn)生同步混淆和異步混淆等固有缺陷，現(xiàn)在離散尋址報(bào)告系統(tǒng)在廣泛應(yīng)用，它的機(jī)載設(shè)備是S模式應(yīng)答機(jī)。二、防撞系統(tǒng)空中交通提醒與防撞系統(tǒng)（TrafficCollisionAvoidanceSystem，TCAS）是安裝于中大型飛機(jī)的一組系統(tǒng)，用以防止飛機(jī)在空中互撞。TCAS的顯示器可以與導(dǎo)航顯示器（NavigationDisplay；ND）整合在一起，也可以與即時(shí)垂直速度指示器（InstantaneousVerticalSpeedIndicator；IVSI）整合，這樣上升或下降時(shí)可顯示垂直速度。TCAS顯示鄰近飛機(jī)與自己飛機(jī)的間距與航向，顯示范圍可以由飛行員決定（從2.5海里至30海里），若是與別架飛機(jī)的距離或航向有相撞的危險(xiǎn)時(shí)，TCAS會(huì)用聲音及顯示警告飛行員，此稱為ResolutionAdvisory（RA）。并且會(huì)用語(yǔ)音指示避撞的動(dòng)作，例如：“爬升！爬升！爬升！”“下降！下降！下降！”。別架飛機(jī)若有裝TCAS，也會(huì)有同樣的警告發(fā)出來(lái)。在美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）或其它民航管理單位，都會(huì)規(guī)范TCAS與ATC的指示沖突時(shí)的優(yōu)先次序，因?yàn)槿羰且患茱w機(jī)遵從TCAS，但另一架遵從ATC，這樣子仍有互撞的危險(xiǎn)。最明顯的實(shí)際案例，在2002年，兩架飛機(jī)在德國(guó)南部的烏柏林根上空發(fā)生空中接近，兩機(jī)都收到了TCAS的警告，但有一架飛機(jī)未遵從TCAS的指示，反而聽(tīng)從ATC的指示，導(dǎo)致兩機(jī)在空中相撞造成重大死傷。2.2.6彩色氣象雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)載氣象雷達(dá)是一種工作頻率為9.33GHz的自主式系統(tǒng)。它的主要功用是探測(cè)飛機(jī)前方扇區(qū)內(nèi)的危險(xiǎn)氣象目標(biāo)和其他障礙物；還可以顯示飛機(jī)前下方的地形特征。它通過(guò)方向性很強(qiáng)的天線，雷達(dá)向空間發(fā)射無(wú)線電波脈沖信號(hào)，大氣中的水氣凝結(jié)物(云、霧和降水)對(duì)雷達(dá)發(fā)射波產(chǎn)生一定的吸收和散射作用，因而接收其回波不僅可以確定探測(cè)目標(biāo)物的空間位置、形狀、尺度、移動(dòng)、流場(chǎng)分布以及演變過(guò)程等宏觀特征；還可以確定云、雨目標(biāo)物的一些微觀特征，例如云中含水量、降水強(qiáng)度、降水雨滴和云滴的尺度分布，以及它們的位相(冰晶或水滴)。常規(guī)氣象雷達(dá)裝置由天線系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線控制器、顯示器以及與計(jì)算機(jī)接口的圖形處理設(shè)備等部分組成。氣象雷達(dá)用于探測(cè)云雨和降水，執(zhí)行降水天氣的警戒和預(yù)報(bào)任務(wù)。為了某些特殊的大氣物理現(xiàn)象的觀測(cè)，例如冰雹、大氣湍流和大氣邊界層的觀測(cè)，近年來(lái)還設(shè)計(jì)了一些特種形式的氣象雷達(dá)。2.2.7近地警告系統(tǒng)近地警告系統(tǒng)（GroundProximityWarningSystem，GPWS）在飛機(jī)接近地形時(shí)提醒機(jī)組一種不安全狀態(tài)，也可提供風(fēng)切變的警告。GPWS利用全球定位系統(tǒng)（GPS）和可裝載軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的向機(jī)組給出改善了的地形覺(jué)察。其做法為將飛機(jī)周?chē)鷧^(qū)域的地形信息詳情給予顯示，GPWS也對(duì)機(jī)組早期下降發(fā)出警告。GPWS利用在駕駛艙內(nèi)的語(yǔ)音信息、燈光和顯示發(fā)出提醒信息。它本身沒(méi)有傳感設(shè)備、天線等，他依靠其機(jī)載電子設(shè)備來(lái)的位置、速度、高度、飛機(jī)構(gòu)型等數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)準(zhǔn)則的判斷從而給出相應(yīng)的報(bào)警。2.3無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)與其他機(jī)載電子系統(tǒng)的關(guān)系實(shí)際上飛機(jī)上的機(jī)載電子系統(tǒng)是相互獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)工作，飛機(jī)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)是飛機(jī)電子系統(tǒng)的傳感子系統(tǒng)，為飛行管理系統(tǒng)提供導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，同時(shí)也為飛機(jī)上其他的電子系統(tǒng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)，使各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成飛機(jī)按照計(jì)劃從一地安全、經(jīng)濟(jì)的飛向另一地的目的。

第3章無(wú)線電導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.1導(dǎo)航參量3.1.1地理坐標(biāo)參量飛機(jī)是相對(duì)于地球表面運(yùn)動(dòng)的，在導(dǎo)航中通常利用地理坐標(biāo)（大地坐標(biāo)）來(lái)表示飛機(jī)的位置。一、大圓和大圓航線任何平面與地球表面的相交線都是圓。通過(guò)地心的平面與地球表面相交的圓把地球分成兩半，是地球表面上最大的圓，稱為大圓。不通過(guò)地心的平面與地球表面相交的圓總是比大圓小，稱為小圓。大圓弧連線是地球表面上任何兩點(diǎn)之間距離最短的連線。因此，在遠(yuǎn)程飛行中，總是盡可能沿大圓連線飛行，這樣的航線叫大圓航線。二、赤道和緯度N通過(guò)地心且與地軸相垂直的平面把地球分成南北兩個(gè)半球，它與地球表面的交線稱為赤道，參見(jiàn)圖3-1。在大地坐標(biāo)中，赤道相當(dāng)于平面直角坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)軸。N緯圈赤道SNS緯圈赤道SNS圖3-1赤道、緯圈和緯度其余與地軸相垂直的平面與地球表面的交線都是小圓，這些小圓稱為緯圈（緯線）。緯圈平面都是和赤道平面相平行的，緯圈與地心的連線與赤道平面之間的夾角，就是這個(gè)緯圈的緯度（縮寫(xiě)為L(zhǎng)at）。用緯度可以表示地球上任何一點(diǎn)的南北位置。赤道的維度為0°；赤道以北為北緯（N）0-90°，北極緯度為90°N；赤道以南為南緯（S），南極的緯度為90°S。三、子午線和經(jīng)度包含地軸的平面與地球表面的交線都是大圓。這些大圓都通過(guò)地極，稱為經(jīng)圈。經(jīng)圈總是與緯圈正交的。經(jīng)圈的一半叫做經(jīng)線，又叫子午線。國(guó)際上約定，以通過(guò)英國(guó)倫敦南郊的格林尼治天文臺(tái)子午儀中心的經(jīng)線，作為起始經(jīng)線，又叫本初子午線，參見(jiàn)圖3-2。起始經(jīng)線相當(dāng)于平面直角坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)軸。NN起始經(jīng)線起始經(jīng)線北京SNS起始經(jīng)線起始經(jīng)線北京SNS圖3-2經(jīng)線和經(jīng)度以起始子午線（0°子午線）為基準(zhǔn)，可以用經(jīng)度（縮寫(xiě)為L(zhǎng)ong）來(lái)表示其他經(jīng)線的位置。地球表面上任意一點(diǎn)的經(jīng)度，就是通過(guò)該點(diǎn)的子午線平面與起始經(jīng)線平面之間的夾角。起始子午線向東為東經(jīng)（E）0-180°；以西為西經(jīng)（W）0-180°。確定了上述坐標(biāo)參量后，就可以用緯度和經(jīng)度來(lái)表示地球上任何一點(diǎn)在大地坐標(biāo)中的地理位置了。例如，北京的位置是Lat39°55′N，Long116°23′E；紐約的位置是Lat40°27′N，Long73°55′W等。3.1.2導(dǎo)航參量一、航向航向（角）是由飛機(jī)所在位置的經(jīng)線北端順時(shí)針測(cè)量到航向線（飛機(jī)縱軸前端的延長(zhǎng)線在水平面上的投影）的角度，見(jiàn)圖3-3。NN航向線X=330°NN180°S90°E270°W330°40°圖3-3航向圖3-4方位角以磁經(jīng)線為基準(zhǔn)的航向稱為磁航向；以真經(jīng)線為基準(zhǔn)的航向稱為真航向。二、方位角方位角是以經(jīng)線北端為基準(zhǔn)，順時(shí)針量到水平面上某方向線的角度。例如在圖3-4中，北、東、南、西的方位角分別是0°，90°，180°，270°；電臺(tái)方位角是40°。表示方位時(shí)必須明確以哪一點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。例如，在圖3-5中，當(dāng)從飛機(jī)處（圖中的A點(diǎn)）觀察地面電臺(tái)S時(shí)，從A點(diǎn)處的經(jīng)線北端測(cè)量到飛機(jī)與電臺(tái)的連線AS的角度θS，稱為電臺(tái)方位角；如果從電臺(tái)S處觀測(cè)飛機(jī)，從S處的經(jīng)線北端量到電臺(tái)與飛機(jī)的連線SA的角度θA，則稱為飛機(jī)方位角。表示方位時(shí)可以用磁經(jīng)線為基準(zhǔn)，也可以用真經(jīng)線為基準(zhǔn)。以磁經(jīng)線為基準(zhǔn)的方位角叫磁方位角；以真經(jīng)線為基準(zhǔn)的方位角叫真方位角。在飛機(jī)上觀測(cè)地面或空中目標(biāo)，也常以飛機(jī)縱軸的前端同觀測(cè)線在水平面上的夾角來(lái)表示目標(biāo)的方向，這一角度稱為相對(duì)方位角θr。例如，圖3-6（a）中電臺(tái)的相對(duì)方位角為330°；圖3-6（b）中另一架飛機(jī)的相對(duì)方位角也是330°（-30°）。θSASθSAS330°330°-30-30°圖3-5電臺(tái)方位角和飛機(jī)方位角（a）（b）圖3-6相對(duì)方位角自動(dòng)定向機(jī)所測(cè)量的是電臺(tái)的相對(duì)方位角。三、航跡與航跡角飛機(jī)重心在地面的投影點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，稱為航跡線或航跡，見(jiàn)圖3-7。飛機(jī)在某一時(shí)刻的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向角就是該時(shí)刻飛機(jī)的航跡角。航跡角是從經(jīng)線北端順時(shí)針測(cè)量到航跡去向的角度。N航路點(diǎn)1N航路點(diǎn)1地速航向所需航跡航路點(diǎn)0地速航向所需航跡航路點(diǎn)0圖3-7（a）飛機(jī)沿航跡飛行且無(wú)偏流角N偏航距離地速距離航跡誤差所需航跡航向航跡風(fēng)向航路點(diǎn)0航路點(diǎn)1N偏航距離地速距離航跡誤差所需航跡航向航跡風(fēng)向航路點(diǎn)0航路點(diǎn)1圖3-7（b）飛機(jī)偏航且偏流角不為零四、所需航跡角所需航跡（角）是飛行員所希望的飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。在圖3-7（a）中就是經(jīng)線北端與連接航路點(diǎn)0和航路點(diǎn)1的粗線之間的夾角。有時(shí)也可以把所需航跡叫做待飛航跡。五、航跡角誤差航跡角誤差是所需航跡和實(shí)際航跡間的夾角，即所需航跡角與地速向量之間的夾角，見(jiàn)圖3-7（b）。航跡角誤差通常標(biāo)明左或右。六、偏流在存在側(cè)風(fēng)時(shí)，飛機(jī)的實(shí)際航跡就會(huì)與飛機(jī)的航向不一致。航向線與航跡線之間的夾角，稱為偏流角。當(dāng)航跡線偏向航向的右邊時(shí)，規(guī)定偏流角為正值，如圖3-7所示；反之，若航跡線偏向左側(cè)，規(guī)定偏流角為負(fù)值。七、航路點(diǎn)飛機(jī)的飛行目的地、航路上可用于飛機(jī)改變航向、高度、速度等或向空中交通管制中心報(bào)告的明顯位置，稱為航路點(diǎn)。八、距離指從飛機(jī)當(dāng)前位置至飛往目的地或前方航路點(diǎn)之間的距離，即待飛距離。通常，航路是由幾個(gè)航路點(diǎn)連成的折線線路，在不加聲明時(shí)，距離是指飛機(jī)沿指定航路飛往目的地的沿航距離。兩個(gè)航路點(diǎn)之間的距離為連接兩個(gè)航路點(diǎn)的大圓距離。九、偏航距離指從飛機(jī)實(shí)際位置到飛行航段兩個(gè)航路點(diǎn)連線之間的垂直距離，見(jiàn)圖3-7（b）。十、地速飛機(jī)在地面的投影點(diǎn)移動(dòng)速度叫做地速。地速是飛機(jī)相對(duì)于地面的水平運(yùn)動(dòng)速度。十一、空速空速是飛機(jī)相對(duì)于周?chē)諝獾倪\(yùn)動(dòng)速度。十二、風(fēng)速與風(fēng)向風(fēng)速與風(fēng)向指飛機(jī)當(dāng)前位置處大氣的運(yùn)動(dòng)速度與方向。風(fēng)向風(fēng)速是相對(duì)于地面而言的。空速，風(fēng)速和地速三者的關(guān)系為：當(dāng)風(fēng)速等于零時(shí)，飛機(jī)的地速等于空速。十三、估計(jì)到達(dá)時(shí)間與待飛時(shí)間估計(jì)到達(dá)時(shí)間是從飛機(jī)目前位置到飛行目的地（或前方航路點(diǎn)）之間的估計(jì)飛行時(shí)間。估計(jì)到達(dá)時(shí)間是以格林尼治時(shí)間為基準(zhǔn)的。在飛行中，待飛時(shí)間是自飛機(jī)當(dāng)前位置起，按飛機(jī)當(dāng)前的地速值等計(jì)算的沿航線飛達(dá)目的地的空中飛行時(shí)間。3.2電磁輻射和接收3.2.1發(fā)射天線的電磁輻射我們知道，當(dāng)電流通過(guò)一根導(dǎo)線時(shí)，在這根導(dǎo)線的周?chē)鸵a(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)的磁力線的數(shù)目（磁場(chǎng)強(qiáng)度）是與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比的，如圖3-8。如果我們對(duì)著電流流動(dòng)的方向看，圓形的磁力線是反時(shí)針?lè)较虻?。?dāng)電流交替變化時(shí)，也就是說(shuō)，振幅連續(xù)地變化、方向周期地改變時(shí)，那么，磁場(chǎng)也將作同樣的變化。這種場(chǎng)稱為感應(yīng)場(chǎng)。磁場(chǎng)方向與電流方向的關(guān)系，符合右手定則，如圖3-9。I磁力線磁力線I磁力線磁力線圖3-8感應(yīng)場(chǎng)示意圖圖3-9直導(dǎo)線右手定則麥克斯韋爾在1888年已經(jīng)證明過(guò)，流過(guò)導(dǎo)線的電流在產(chǎn)生感應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)，還要產(chǎn)生輻射場(chǎng)。輻射場(chǎng)的磁力線同感應(yīng)場(chǎng)一樣，也是圓形的。但是，如果電流減少，最后消失時(shí)，感應(yīng)場(chǎng)的磁力線也減少，磁力線的圓半徑也將最后地減到零，而輻射場(chǎng)的磁力線半徑卻繼續(xù)增加。如圖3-10所示，一高頻電流加到直立導(dǎo)線（天線O）上，由于導(dǎo)線上電流快速而連續(xù)地增加、減少和反向，重復(fù)地變化，就會(huì)產(chǎn)生輻射場(chǎng)。電流方向變化時(shí)，所產(chǎn)生的磁力線的方向也相應(yīng)地變化，兩者方向之間的關(guān)系，如圖中箭頭所示。ABBA距離場(chǎng)強(qiáng)ABBA距離場(chǎng)強(qiáng)圖3-10交變電流流過(guò)直立天線時(shí)輻射場(chǎng)示意圖圖中，AB間的磁力線是電流變化一周時(shí)所產(chǎn)生的，因此AB間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。一秒內(nèi)，磁力線要傳播300000千米。傳播速度與頻率無(wú)關(guān)，所以頻率越高，波長(zhǎng)越短。除磁力線外，發(fā)射天線的輻射場(chǎng)總是由電力線相伴隨。電力線的方向與磁力線垂直。磁力線方向、電力線方向和電波傳播方向三者之間的關(guān)系，符合右手螺旋定則，如圖3-11。兩個(gè)場(chǎng)的聯(lián)合就叫做電磁輻射場(chǎng)。電波傳播方向HE電波傳播方向HE圖3-11使用右手螺旋定則確定電波傳播方向同輻射場(chǎng)不同，感應(yīng)場(chǎng)隨著離天線距離的增加而迅速衰減；在離天線一個(gè)波長(zhǎng)的距離上，感應(yīng)場(chǎng)就幾乎可以忽略了。因此，感應(yīng)場(chǎng)在無(wú)線電通信和導(dǎo)航中是不起作用的。3.2.2接收天線的電磁接收根據(jù)電學(xué)原理，如果導(dǎo)線與磁力線之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使得導(dǎo)線切割磁力線的話，那么導(dǎo)線上就產(chǎn)生電壓。電壓的方向、磁力線方向及運(yùn)動(dòng)方向都相互垂直。如圖3-12所示，磁體向左運(yùn)動(dòng)，速度為V，導(dǎo)線、磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向相互垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向指向背面。RIVVNSRIVVNS圖3-12磁力線及其感應(yīng)電壓BA接收天線發(fā)射天線磁力線方向BA接收天線發(fā)射天線磁力線方向圖3-13電磁波的接收根據(jù)同樣原理，若在離發(fā)射天線的某個(gè)距離上放置一直立導(dǎo)線A，或環(huán)狀導(dǎo)線B，如圖3-13所示。由發(fā)射天線產(chǎn)生的、交變的、運(yùn)動(dòng)著的磁力線同樣要和直立導(dǎo)線相切割，在直立導(dǎo)線上產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)；對(duì)環(huán)狀導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，交變的磁力線在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)環(huán)狀導(dǎo)線的磁力線數(shù)目及方向交替地變化，因而也要在環(huán)狀導(dǎo)線中產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。起著這樣作用的導(dǎo)體稱作接收天線。對(duì)于靜止的發(fā)射天線和接收天線來(lái)說(shuō)，在接收天線中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的頻率與感應(yīng)它的場(chǎng)的頻率是一樣的，因而就同發(fā)射天線電流的頻率一樣。3.2.3多普勒效應(yīng)當(dāng)發(fā)射天線和接收天線之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收天線上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的頻率就不再等于發(fā)射天線電流的頻率了。這種現(xiàn)象就稱之為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家C．J．Doppler在1842年首先提出的。他發(fā)現(xiàn)同一個(gè)星體向著我們和背著我們運(yùn)動(dòng)時(shí)，所觀察到的顏色不一樣。后來(lái)，在1845年，BuysBallot通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：向著觀察者運(yùn)動(dòng)的聲源，聽(tīng)起來(lái)聲音的頻率更高。這樣，就更進(jìn)一步證明了這種現(xiàn)象的存在。存在多普勒效應(yīng)時(shí)，頻率的變化可以按如下方法來(lái)計(jì)算：傳播速度C1、如圖3-14，假設(shè)波源的速度為，波的傳播速度為，波源向著觀察者運(yùn)動(dòng)。傳播速度C觀察者波源λ'Xd波源速度Vλ觀察者波源λ'Xd波源速度Vλ圖3-14波源向著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)示意圖那么在一個(gè)震蕩周期時(shí)間內(nèi)，波源位移為，。由于波源的這種位移，使得觀察者所接收到的波長(zhǎng)縮短為，。這樣，觀察到的頻率由此可見(jiàn)，這種情況下的f'高于f。f的這種變化稱為多普勒頻移。如果波源背著觀察者運(yùn)動(dòng)的話，V就是負(fù)的。那么：這時(shí)，頻率f'就低于f了。傳播速度CV米/秒2、如圖3-15，波的傳播速度為，波源不動(dòng)，而觀察者迎著波源以速度運(yùn)動(dòng)。傳播速度CV米/秒波源觀察者速度觀察者BV米A波源觀察者速度觀察者BV米A圖3-15觀察者向著波源運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)示意圖由圖可見(jiàn)，觀察者一秒時(shí)間內(nèi)，向著波源移動(dòng)米的距離（如圖中AB）。這樣，它每秒所接收到的周期數(shù)等于波源每秒所產(chǎn)生的波數(shù)再加上AB線上的波數(shù)。AB線上的波數(shù)，顯然為。因此，觀察者所接收到的頻率為如果觀察者背著波源運(yùn)動(dòng)，則作為一種特殊情況，如果波源和觀察者在一條直線上，同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，那么反之，波源和觀察者在一條直線上同時(shí)相背運(yùn)動(dòng)，那么3.3發(fā)射與接收的原理3.3.1調(diào)幅發(fā)射原理一、發(fā)射機(jī)的基本組成無(wú)線電發(fā)射機(jī)的基本任務(wù)是向發(fā)射天線提供傳送信息的射頻信號(hào)，而射頻信號(hào)的頻率、功率又需要滿足系統(tǒng)的整體要求。因此，就必須產(chǎn)生功率足夠的射頻載波，并按系統(tǒng)的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的調(diào)制。盡管無(wú)線電發(fā)射機(jī)的電路千差萬(wàn)別，但其基本上是由射頻振蕩、功率放大、調(diào)制器、低頻放大及電源幾部分功能電路組成的，見(jiàn)圖3-16。圖3-16發(fā)射設(shè)備的基本組成1、高電平調(diào)制發(fā)射設(shè)備圖3-17是高電平調(diào)制的調(diào)幅通信發(fā)射機(jī)的組成方塊圖。圖3-17高電平調(diào)制射頻振蕩電路產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度符合要求的正弦載波，由射頻放大器或緩沖放大器進(jìn)行放大后，再由高頻功率放大電路進(jìn)行功率放大，以達(dá)到所需的發(fā)射功率。設(shè)置在射頻振蕩器和功率放大器之間的射頻放大器除了具有放大信號(hào)的作用外，還可以消除或減弱功率放大器對(duì)主振頻率穩(wěn)定度的影響，因此有時(shí)可稱為緩沖放大器。與此同時(shí)，音頻信號(hào)經(jīng)音頻放大器放大后輸至調(diào)制器。調(diào)制器對(duì)調(diào)制信號(hào)（這里是音頻信號(hào)）進(jìn)行功率放大，是調(diào)制信號(hào)具有足夠的功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻載波信號(hào)的有效調(diào)制。調(diào)制信號(hào)對(duì)載波振蕩的調(diào)制是在末級(jí)功率放大器中實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)調(diào)制的高頻放大級(jí)稱為受調(diào)級(jí)。末級(jí)功率放大器通常工作在C類（丙類）狀態(tài)，在對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的同時(shí)，由輸入的調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的振幅，實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。由于是在射頻載波電平較高的末級(jí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的，因此稱為高電平調(diào)制。這類發(fā)射機(jī)的效率較高，所需的調(diào)制功率較大。通常小功率的發(fā)射機(jī)采用這種高電平調(diào)制方式。2、低電平調(diào)制發(fā)射設(shè)備在低電平調(diào)制發(fā)射設(shè)備中，調(diào)制信號(hào)對(duì)射頻載波的調(diào)制是在載波電平較低的高頻電路中進(jìn)行的，其組成框圖如圖3-18所示。圖3-18低電平調(diào)制由于受調(diào)級(jí)的射頻載波電平較低，相應(yīng)地所需的調(diào)制信號(hào)功率就較小，因而在低頻通道中就不需要像高電平調(diào)制那樣設(shè)置多級(jí)低頻放大器。另外，為了保證已調(diào)制的高頻信號(hào)在放大過(guò)程中不失真，受調(diào)級(jí)以后的各功率放大級(jí)應(yīng)為線性的功率放大器，因而效率較低。二、發(fā)射機(jī)的電氣性能指標(biāo)發(fā)射機(jī)的電氣性能指標(biāo)，主要是對(duì)輸出功率、效率和頻率的要求。1、輸出功率發(fā)射機(jī)的輸出功率是指發(fā)射機(jī)末級(jí)輸往天線的射頻信號(hào)功率，它是決定系統(tǒng)作用距離和可靠性的主要因素之一。無(wú)線電發(fā)射設(shè)備的輸出功率，視系統(tǒng)的作用距離和功能不同而差別懸殊：機(jī)載發(fā)射設(shè)備的功率，有的只有幾百毫瓦，有的則達(dá)數(shù)百瓦。在要求輸出功率足夠的同時(shí)，輸出信號(hào)中的諧波分量應(yīng)盡量小，以避免對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。飛機(jī)上的無(wú)線電設(shè)備多而密集，這一要求是必須注意的。2、總效率發(fā)射機(jī)的總效率是發(fā)射機(jī)的輸出功率與發(fā)射機(jī)所消耗的全部電源功率之比，即提高效率對(duì)減小設(shè)備的體積重量、降低散熱要求具有明顯的意義。3、頻率（1）頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指發(fā)射機(jī)的工作頻率保持穩(wěn)定的程度，它通常用頻率的漂移量與工作頻率的比值來(lái)表示。頻率漂移與工作時(shí)間、溫度及飛行高度等因素有關(guān)，所以有時(shí)又分別提出短期頻率穩(wěn)定度和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度的要求。頻率穩(wěn)定度是發(fā)射機(jī)的一項(xiàng)極為重要的指標(biāo)，對(duì)于保證系統(tǒng)工作的可靠性、提高系統(tǒng)的抗干擾能力和壓縮系統(tǒng)占用的頻帶等具有重要意義。飛機(jī)無(wú)線電系統(tǒng)的功用不同，對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求不同。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求越高，發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，成本也越高。現(xiàn)代機(jī)載無(wú)線電系統(tǒng)通常都利用晶體振蕩器和頻率合成器等技術(shù)來(lái)提高頻率穩(wěn)定度。通常機(jī)載無(wú)線電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到左右，有的導(dǎo)航系統(tǒng)則可達(dá)到，甚至更高。（2）頻率準(zhǔn)確度除了要求頻率高度穩(wěn)定外，還要求設(shè)備的實(shí)際工作頻率與控制盒所選擇的頻率指示值之間準(zhǔn)確符合，以保證系統(tǒng)工作可靠、快速。使用機(jī)械式頻率調(diào)諧，利用調(diào)節(jié)刻度盤(pán)指示頻率的舊式設(shè)備的頻率準(zhǔn)確度較差；新式設(shè)備使用頻率合成器，其頻率顯示為數(shù)碼式或電子顯示，因而頻率指示非常準(zhǔn)確。（3）頻率范圍與波道間隔不少無(wú)線電系統(tǒng)的工作頻率不是單一的固定頻率，而是一定寬度的頻帶。系統(tǒng)應(yīng)能滿足頻率范圍、波道間隔及波道數(shù)量的要求。三、發(fā)射機(jī)的高頻載波電路發(fā)射設(shè)備的首要任務(wù)，是提供穩(wěn)定的高頻正弦載波，以產(chǎn)生所需要的無(wú)線電射頻信號(hào)。1、對(duì)載波信號(hào)的基本要求發(fā)射機(jī)所提供的高頻正弦載波應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面的要求：（1）輸出頻率符合系統(tǒng)的要求。（2）頻率變化范圍應(yīng)覆蓋系統(tǒng)所規(guī)定的頻段。在指定頻段內(nèi)的任意工作頻率上，所提供的正弦載波的幅度、波形等均應(yīng)符合要求。（3）頻率穩(wěn)定度應(yīng)達(dá)到系統(tǒng)的規(guī)定。載波振蕩的頻率穩(wěn)定度就是發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)定度。（4）載波應(yīng)具有良好的波形，其波形失真系數(shù)應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)。（5）應(yīng)具有足夠的輸出功率。上述五方面是對(duì)各種無(wú)線電發(fā)射設(shè)備載波振蕩的共同要求。不同的系統(tǒng)由于其功能和性能的差別很大，因而對(duì)其中一點(diǎn)或幾點(diǎn)的數(shù)量要求也會(huì)有很大的不同。2、高頻電路的基本結(jié)構(gòu)各種發(fā)射機(jī)對(duì)功率、頻率穩(wěn)定度等性能指標(biāo)的要求不同，其高頻電路的組成結(jié)構(gòu)也往往不同，常見(jiàn)的高頻電路有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：（1）單級(jí)發(fā)射機(jī)在有的簡(jiǎn)單發(fā)射機(jī)中，高頻振蕩器所產(chǎn)生的高頻振蕩直接輸往天線輻射。舊式機(jī)載氣象雷達(dá)發(fā)射機(jī)、應(yīng)答機(jī)的發(fā)射機(jī)等就是這類簡(jiǎn)單的單級(jí)發(fā)射機(jī)。不少工作于微波段的發(fā)射機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)形式。單級(jí)發(fā)射機(jī)很難同時(shí)兼顧輸出功率和頻率穩(wěn)定度的要求，因而其頻率穩(wěn)定度往往較差。（2）主振放大式高頻電路這種高頻電路由主振級(jí)和功率放大級(jí)組成。主振級(jí)用于產(chǎn)生所需頻率的高頻振蕩；功放級(jí)滿足設(shè)備對(duì)功率的要求。這種結(jié)構(gòu)形式在一定程度上減輕了負(fù)載對(duì)振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響。為了進(jìn)一步解決輸出功率和頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，可以在輸出級(jí)和主振級(jí)之間設(shè)置中間級(jí)。中間級(jí)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)主振信號(hào)的放大，供給后級(jí)以足夠的激勵(lì)功率，并可隔離后級(jí)負(fù)載變動(dòng)對(duì)主振的影響，因而有利于提高載波振蕩的頻率穩(wěn)定度，也有利于輸出功率的提高。緊接主振級(jí)的中間級(jí)常稱為緩沖級(jí)，或緩沖放大級(jí)。中間級(jí)還可用作基波放大和倍頻。（3）主振倍頻放大式高頻電路工作頻率較高的發(fā)射設(shè)備，往往在主振級(jí)和輸出功率放大級(jí)之間加入一級(jí)或數(shù)級(jí)倍頻器，用以逐級(jí)提高載波的頻率。對(duì)于波段發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，倍頻器的設(shè)置可以在保證設(shè)備所需的工作頻率范圍的同時(shí)，大大壓縮主振的頻率變化范圍。例如，設(shè)發(fā)射機(jī)的工作頻率范圍為，則當(dāng)各倍頻器的總倍頻次數(shù)為12時(shí)，主振級(jí)的振蕩頻率僅需在之間變化就可以了?？梢?jiàn)，采用多級(jí)倍頻方案，不僅可以降低主振級(jí)的振蕩頻率，減小分布參數(shù)對(duì)振蕩頻率的影響，而且可以減小所需的主振頻率變化范圍，從而有利于載波頻率的穩(wěn)定和頻率控制。每級(jí)倍頻器的倍頻次數(shù)通常為2和3。倍頻次數(shù)再高，會(huì)使倍頻級(jí)的效率和功率降低過(guò)多。圖3-19是采用三級(jí)倍頻的多級(jí)發(fā)射機(jī)的方塊圖。圖3-19采用三級(jí)倍頻的多級(jí)發(fā)射機(jī)（4）采用頻率合成器的波段發(fā)射機(jī)現(xiàn)代波段發(fā)射機(jī)普遍采用頻率合成器，以滿足系統(tǒng)對(duì)工作頻率范圍及頻率穩(wěn)定度等方面的要求。采用頻率合成器作載波頻率源，可以使波段內(nèi)的所有工作頻率都達(dá)到晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。四、信號(hào)調(diào)幅與低頻電路1、調(diào)幅方法本部分開(kāi)始時(shí)已經(jīng)說(shuō)明，調(diào)幅發(fā)射機(jī)中調(diào)幅的實(shí)施，可以在高電平級(jí)進(jìn)行，也可以在低電平級(jí)進(jìn)行。下面概略介紹實(shí)現(xiàn)高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅的主要方法。（1）高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅通常在工作于C類（丙類）的功率放大級(jí)中進(jìn)行，所需要的調(diào)制功率較大。常用的電路有集電級(jí)調(diào)幅和基級(jí)調(diào)幅兩種：①晶體管集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅的基本電路如圖3-20（a）所示。調(diào)制信號(hào)與集電極電源相串聯(lián)，作用在晶體管的集電極與發(fā)射級(jí)之間。這樣，當(dāng)集電極電壓隨調(diào)制電壓變化時(shí)，集電極電流中的基波分量即按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)幅信號(hào)由調(diào)諧于工作頻率的集電極諧振回路輸出。在利用電子管做功率放大器的發(fā)射設(shè)備中，調(diào)制電壓作用在電子管的陽(yáng)極和陰極之間。對(duì)電子管的陽(yáng)極電流進(jìn)行調(diào)幅，稱為陽(yáng)極調(diào)幅。陽(yáng)極調(diào)幅的基本原理和晶體管集電極調(diào)幅相同。（a）集電極調(diào)幅（b）基極調(diào)幅圖3-20高電平調(diào)幅電路②基極調(diào)幅基極調(diào)幅的基本電路如圖3-20所示。調(diào)幅信號(hào)作用于C類放大器的基極，使集電極電流的基波振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)載波振幅的調(diào)制。基極調(diào)幅和電子管柵極調(diào)幅相當(dāng)。（2）低電平調(diào)幅在發(fā)射機(jī)的低電平級(jí)調(diào)幅所需的調(diào)制功率較小。實(shí)現(xiàn)低電平調(diào)幅的主要方法有平方律調(diào)幅、模擬乘積調(diào)幅和斬波調(diào)幅等。平方律調(diào)幅是利用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或電子管的非線性特性實(shí)現(xiàn)的。適當(dāng)選擇工作點(diǎn)，使晶體管等工作在甲類非線性狀態(tài)，并使信號(hào)變化范圍限制在特性曲線的平方律區(qū)域內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)載波振幅的調(diào)制。圖3-21為場(chǎng)效應(yīng)管平方律調(diào)幅的原理電路圖。（a）（b）圖3-21場(chǎng)效應(yīng)管平方律調(diào)幅原理電路采用平方律調(diào)幅時(shí)，由于器件工作于甲類狀態(tài)，所以效率不高。平方律調(diào)幅是常用的低電平調(diào)幅方法。2、調(diào)幅指數(shù)若調(diào)幅信號(hào)的幅度為，調(diào)幅指數(shù)為，則上、下邊頻的幅度為。當(dāng)上述調(diào)幅信號(hào)作用在負(fù)載兩端時(shí)，負(fù)載上的載波功率為上、下邊頻的功率各為可見(jiàn)，調(diào)幅信號(hào)中所包含的信號(hào)功率（兩個(gè)邊頻功率之和）為，而調(diào)幅波的平均輸出總功率為圖3-22不同值時(shí)的調(diào)幅信號(hào)波形由此可知，當(dāng)時(shí)，，載波中不包含任何信號(hào)功率；當(dāng)增大時(shí)，調(diào)幅波的功率隨之增大，所增加的部分就是信號(hào)邊頻所包含的信號(hào)功率；當(dāng)時(shí)，邊頻信號(hào)功率等于載波功率的一半。因此，為了增強(qiáng)傳輸有用信號(hào)的能力，應(yīng)當(dāng)盡可能增大調(diào)幅指數(shù)，使其接近于100％。圖3-22為不同值時(shí)的調(diào)幅信號(hào)波形。然而調(diào)幅指數(shù)的值不應(yīng)超過(guò)lOO％，否則已調(diào)波的振幅在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)變?yōu)榱?，如圖3-22（c）所示。的調(diào)幅叫做過(guò)調(diào)幅。過(guò)調(diào)幅信號(hào)在接收機(jī)中經(jīng)檢波后不可能恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)波形，從而導(dǎo)致信號(hào)失真，并且過(guò)調(diào)幅信號(hào)占據(jù)的頻帶也會(huì)明顯增寬，所以必須避免產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅?？傊?，在調(diào)幅中，應(yīng)當(dāng)使調(diào)幅指數(shù)接近但不應(yīng)超過(guò)100％。3、低頻電路與調(diào)制功率由上可知，已調(diào)波中所增加的能量，來(lái)源于低頻電路所提供的調(diào)制功率。對(duì)集電極高電平調(diào)幅來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)，低頻調(diào)制電路所供給的調(diào)制功率約等于被調(diào)級(jí)載波功率的一半。因此，為了提供所需的調(diào)制功率，低頻電路也需要采用多級(jí)放大電路，增加了發(fā)射電路的復(fù)雜性。除了要求供給足夠的功率外，還應(yīng)使調(diào)制器與受調(diào)級(jí)之間達(dá)到阻抗匹配，以獲得失真小的調(diào)制電壓。低電平調(diào)幅電路所需的調(diào)制功率較小，其低頻電路也相應(yīng)地比較簡(jiǎn)單。五、功率放大器與功率合成器1、對(duì)功率放大器的要求發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)，是由末級(jí)功率放大器提供的。發(fā)射機(jī)的主要電氣指標(biāo)，除了頻率穩(wěn)定度外，在很大程度上取決于末級(jí)功率放大器。對(duì)末級(jí)功率放大器主要要求是：要求它能提供足夠的輸出功率和具有較高的效率。在器件所能承受的功耗已經(jīng)確定的前提下，提高效率可以明顯地增大所能輸出的功率。在器件所能承受的功耗已經(jīng)確定的前提下，提高效率可以明顯地增大所能輸出的功率。設(shè)末級(jí)使用晶體管，其集電極功耗為，輸出功率為，直流電源所供給的直流功率為，則集電極的效率為如果為20％，則由上式可知；但當(dāng)提高到75％時(shí)，。由此可見(jiàn)，在集電極功耗限定不變的前提下，當(dāng)由20％增加到75％時(shí)，輸出功率將增加為12倍，從而有效地增大了系統(tǒng)的作用距離。反之，在所需要的輸出功率一定時(shí)，提高效率可以降低晶體管集電極的功耗和所消耗的直流功率。末級(jí)所消耗的電源功率遠(yuǎn)較其他各級(jí)多，提高末級(jí)效率對(duì)提高發(fā)射機(jī)的總效率具有明顯的意義。除了應(yīng)滿足大功率和高效率的要求外，末級(jí)功放還應(yīng)具有較理想的選頻特性，以盡可能降低諧波的輸出電平。這主要決定于諧振回路的品質(zhì)因素和精確調(diào)諧程度。此外，末級(jí)所使用的晶體管或電子管所能承受的功耗應(yīng)能滿足要求，并在規(guī)定工作時(shí)間內(nèi)的性能穩(wěn)定，不應(yīng)因溫度變化而產(chǎn)生明顯的漂移。2、輸出電路與阻抗匹配我們知道，當(dāng)天線的形狀、尺寸確定以后，隨著工作頻率的變化，天線所呈現(xiàn)的阻抗的數(shù)值和性質(zhì)會(huì)有很大的變化。作為發(fā)射機(jī)負(fù)載的天線阻抗的大幅度變化，勢(shì)必會(huì)影響發(fā)射機(jī)輸出級(jí)的工作狀態(tài)和輸出功率。對(duì)寬波段的發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，這種影響尤為明顯。因此，寬波段發(fā)射機(jī)的輸出耦合電路往往比較復(fù)雜。（1）負(fù)載特性在末級(jí)功率放大器的器件確定、維持輸入信號(hào)電壓幅度、直流電源及偏置電源不變的條件下，增大負(fù)載阻抗的數(shù)值，會(huì)使晶體管的工作狀態(tài)逐漸由欠壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界狀態(tài)和過(guò)壓狀態(tài)。此時(shí)，集電極電流（在電子管中為陽(yáng)極電流）脈沖的幅度和波形隨之發(fā)生明顯的變化，見(jiàn)圖3-23（a）。圖中，波形1，2，3分別為欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)下集電極電流脈沖和負(fù)載線。對(duì)上述電流脈沖進(jìn)行分解，可知其中的電流基波及直流分量幅度是隨負(fù)載阻抗改變而改變的，因而輸出功率、效率以及集電極功耗等都隨變化而變化，這些就是所謂負(fù)載特性。圖3-23（b）為輸出功率、集電極功耗、直流電源消耗功率及集電極效率隨變化的特性曲線。由圖可見(jiàn)，輸出功率在臨界狀態(tài)時(shí)最大，而效率則在弱過(guò)壓狀態(tài)時(shí)最高。末級(jí)功率放大器通常工作在臨界狀態(tài)或微過(guò)壓狀態(tài)，中間放大級(jí)一般工作于弱過(guò)壓狀態(tài)。（a）（b）圖3-23電流脈沖波形與負(fù)載特性（2）輸出電路與阻抗匹配由上可知，高頻功率放大器的等效負(fù)載阻抗直接影響功率放大器的輸出功率、效率。末級(jí)功率放大器輸出電路的作用是使末級(jí)功率放大器獲得所需要的最佳阻抗，以向天線提供所需的射頻功率，即達(dá)到阻抗匹配的目的。同時(shí)，輸出電路應(yīng)能準(zhǔn)確地調(diào)諧在基波頻率上，以在輸出射頻基波信號(hào)的同時(shí)，濾除工作頻率以外的信號(hào)。對(duì)末級(jí)功率放大器而言，所謂阻抗匹配，就是在給定的電路條件下，電子器件能送出所需要的輸出功率至負(fù)載，這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)。末級(jí)功放與天線之間的輸出電路，可以分為簡(jiǎn)單輸出電路和復(fù)合輸出電路兩類。簡(jiǎn)單輸出電路是將實(shí)際負(fù)載天線直接接入末級(jí)功率放大器的集電極電路，成為并聯(lián)諧振電路的一臂，如圖3-24（a），（b），（c）所示。這些電路適用于天線等效電抗為電容性的天線。圖中用和來(lái)表示天線的等效輸入電抗和等效輸入電阻。圖3-24（a）的電路為自耦變壓器耦合的簡(jiǎn)單輸出電路，調(diào)節(jié)可使輸出電路準(zhǔn)確諧振于基波頻率；調(diào)節(jié)自耦變壓器（改變電感的滑動(dòng)觸點(diǎn)位置）即可使末級(jí)功放達(dá)到阻抗匹配狀態(tài)。自耦變壓器耦合的簡(jiǎn)單輸出電路適用于天線等效阻抗大于末級(jí)最佳匹配阻抗的情況。圖3-24（b）仍采用自耦變壓器耦合的方式，通過(guò)調(diào)節(jié)的滑動(dòng)臂實(shí)現(xiàn)末級(jí)阻抗匹配，但回路的調(diào)諧是通過(guò)調(diào)節(jié)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的．因?yàn)檎{(diào)諧電容與天線電容相串聯(lián)的效果是減小了天線回路的等效電容——相當(dāng)于縮短了天線，所以，也可以把調(diào)諧電容稱為縮短電容。（a）（b）（c）（d）（e）圖3-24各種形式的輸出電路圖3-24（c）為電容耦合的簡(jiǎn)單輸出電路。調(diào)節(jié)耦合電容可使輸出電路與末級(jí)功放實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；調(diào)節(jié)電感則可保證輸出電路諧振于基波頻率。在圖3-24（b）中，調(diào)諧元件為電容；圖3-24（c）的調(diào)諧元件則為和。上述簡(jiǎn)單輸出電路只有一個(gè)回路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但當(dāng)天線輸入阻抗改變時(shí)，很難兼顧調(diào)諧、輸出功率及效率等要求，只能用于一些要求不高的小型輕便發(fā)射機(jī)。機(jī)載發(fā)射設(shè)備通常采用由兩個(gè)或兩個(gè)以上互感耦合的回路組成的復(fù)合輸出電路。圖3-24（d）所示為一種互感耦合的復(fù)合輸出電路。直接接于輸出級(jí)集電極的，。初級(jí)回路?？?/p>