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第七章无线电领航系统讲课ppt

归档日期:06-26       文本归类:地面导航设备      文章编辑:爱尚语录

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  第七章 无线电导航系统 Radio Navigation 概述 条件:IMC?IFR 云中、云上、夜间飞行 能见度差 缺乏地标(沙漠、草原、海洋、连绵起伏的山脉) 高空航路飞行 定义 利用机载无线电导航设备接收和处理无线电波,获取导航参量,确定飞机位置,引导飞机航行的领航方法。 20世纪20年代后期出现的一种领航方法 二次大战到20世纪60年代由于军事作战需要和科技发展的推动,航空无线电导航得到了巨大的发展,形成了以陆基导航为主的、完备的无线电导航系统,满足航空器在不同飞行阶段对导航定位的要求。 常用无线电导航系统 ADF(Automatic Direction Finder)(无线年代 能自动地、连续地测量飞机相对地面NDB导航台的相对方位角,便于引导飞机归航,与飞机磁航向信息复合后也可显示地面导航台或飞机的磁方位。 优点:轻便,成本低,工作简单; 缺点:精度较低,同时易受外界噪声和天电干扰的影响,所以通常用于中、近程导航。目前主要作为机场归航台使用。 VOR(Very High Frequency Omni directional Range): 二次世界大战由美国首先发展起来的近程导航系统。 1946年成为美国标准导航系统,1949年年被国际民航组织采纳为国际标准导航系统。 为飞机提供飞机向背台方位信息,主要用于直线定位,航路导航引导,进离场引导,配合DME、TACAN等直接为飞机提供定位信息。 DME(Distance Measuring Equipment) 第二次世界大战中随着雷达的出现而发展起来的。 精密测距器是国际上新开发的无线电导航系统。它是随着MLS被接纳为国际标准着陆设备而产生的。1982年,国际民航选取双脉冲双模式测距方案作为国际标准精密测距器的技术方案。 测距器用作航路和终端区的导航,它可以VOR联合工作,组成伏尔/测距器近程导航系统,还可以与ILS联合工作,协助进行进场着陆引导:精密测距器专门用作与MLS联合工作,进行精密进场着陆引导。 TACAN 美国1955年研制并投入装备的近程无线电导航系统。 发射信标可架设于机场、航路点或航空母舰上,机载塔康设备与塔康信标配合工作,可连续给出半径350—370km范围内的飞机(高度10000m) 所在点相对于信标的方位角和距离。 在特殊需要时,也将信标装在大型飞机上,但这种信标比较简单,实际上是机载塔康设备的修改型。 经过40多年的使用和发展,塔康系统在技术上取得了很大的进步,功能得到了多方面的开发,成了一个较为完备的导航系统,不仅用作航路导航,而且用作空空导航,如空中加油、编队飞行等。 LORAN-C 罗兰C系统是由美国最先开发建设的远程无线电导航系统,起源于美国在二次世界大战初期研制成功的罗兰A。 飞机航空应用如航线导航、终端导航和非精密进场,各种陆地应用,海上与空中交通管制,精密授时,高精度区域差分等。 作用距离不受视距限制,可以在一个较大的空域范国内实现区域导航; 在山区和海上无法布设导航台的地方可以提供导航应用; 地面台附近和顶空没有盲区; 用罗兰C引导飞机进场,其精度优于现行的非精密进场要求。不用增建新的导航台,节约了投资和管理费用。 第一节 无线电波的传播特性 无线电系统的工作: 产生、发射、接收、处理无线电信号,从中提取导航所需信息(方位、距离)。 无线电发射 无线电接收 利用机载接收机的调谐选择电率,接收调定导航台的无线电波信号。 无线电波传播(天波、地波、直射波、散射波) 具有频率特征,可用于无线电发射的电磁波 天波Sky Wave 发射天线发出的电波被电离层反射后到达接收点的传播方式 主要用于中波和短波波段 不稳定,易受干扰(晨昏效应twilight effect,季节变化,太阳黑子活动sunspot activity) 主要用于远程高频通讯,不用于导航目的 地波Ground Wave 沿地球表面传播的无线电波 主要用于长、中波传播(低、中频,频率越低,传播距离越远) 由于地球表面的电性能及地貌、地物等并不随时间很快的变化,并且不受气候条件的影响,因此信号稳定。 近距通信,区域NDB台 直射波Space Wave(视距传播line-of-sight) 由发射点沿直线传播到接收点的无线电波,也叫视距传播。 主要用于超短波和微波波段的传播 工作在视线范围内,受地球表面弧度、山地、建筑物等的影响,所以天线应当高架。 主要用于近距无线电导航(VOR,ILS,GPS)、超短波和微波通信 散射波 当电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀介质团时会发生散射 传输损耗大,要求大功率发射机和高灵敏度接收机、高增益天线。 容量大、可靠性高、保密性好。 用于无法建立微波中继站的地区:海岛之间、跨越湖泊、沙漠、雪山等地区。 无线电工作频率 第二节 无线电领航元素 无线电领航元素的测量和各元素之间的关系 飞机与电台的关系 无线电方位线 电台磁方位角QDM(Magnetic Bearing to Facility) 电台真方位角QUJ(True Bearing to Facility) 飞机磁方位角QDR(Magnetic Bearing from Facility) 飞机真方位角QTE(True Radial of the Station) 相对方位角RB (Relative Bearing to Station) 无线电领航元素的测量 第三节 ADF系统工作原理 组成: 地面:中、低频NDB台或普通长、中波无线广播电台; 航线KM 归航,引导飞机准确过台 定位 航站导航台 190~550KHz,150KM(远台),50KM(近台) 双归航台(远台4km,近台1km)——引导飞机进场、非精密进近,对准跑道(远台和近台频率相同,识别信号不同) 地面台发射机 地面发射机应具备的功能 航路飞行引导和定位 航站进离场、非精密进近引导 识别功能 单向对空通话 空中ADF接收机: 190~1750KHz 天线、接收机、控制盒和指示器 天线 通过垂直天线和环形天线联合接收地面NDB台的等幅波信号和方位信号,接收机自动控制电路,实现自动定向;测定的方位通过同步系统在指示器上显示。 天线(机腹) 垂直天线:接收等幅识别信号 用于与环形天线的方位信号叠加,提供单值信号 用于调谐电台、收听信号。 环形天线:接收方位信号,用于定向。 组合天线 控制盒与指示器 ADF作用: 测量相对方位角RB,结合航向系统或者惯性导航系统提供的航向信号,可以利用RMI或者相对方位指示器显示QDR和QDM 提供航路飞行引导和定位 航站内的进离场引导、做非精密进近引导 接收民用广播电台信号,用于定向,收听500KHz的遇险信号,确定预险方位 第四节 无线电领航飞行方法 向台飞行(To) 飞行中以前方电台作为目的地,以无线电方位线作为航线,以QDM位航迹角,操纵飞机飞向电台上空的方法。 被台飞行(From) 飞行中以后方电台的无线电方位线位航线,以QDR为航线角,操纵飞机飞离电台的方法。 过台(Over) 飞行中飞机飞越电台上空的时刻。 切台(Abeam) 飞行中飞机飞越电台侧方的时刻。 一、向台飞行与修正航迹 被动向台飞行Homing(不修正偏流向台飞行) 飞行中,不修正风的影响,而是始终保持RB=0(NDB台)或者保持磁航向等于QDM(VOR)的飞行方法,即飞机机头永远指向电台。(一般3~5分钟修正一次比较合适) 特点:飞机会向下风向偏离,飞行时间较长,飞行员需要不断调整航向,飞行负荷较大;可以确保准确过台。 用途:严重偏航或者迷航时用来复航的方法。 主动向台飞行(修正偏流向台飞行) 已经知道风的资料或飞行中能够测得偏流 飞行中,以QDM作为MC,以飞行员测得或计算的DA修正飞机航向,即以QDM-DA作为MC,使飞机沿直线飞往电台上空的飞行方法。 渐次修正偏流向台飞行Bracketing 飞行中不知道DA时 飞行中观察RMI的指示判断飞机偏离 若QDMMC,飞机偏左,根据估计的偏流,增大航向; 若QDMMCX,飞机偏右,根据估计的偏流,减小航向。 如果飞机继续偏离,将前次估计的偏流减办,继续修正航向,直RMI指示的QDM稳定等于MC时,飞机回到预定航线 此时DA=QDM-MH 飞机向台切入航线 向台飞行过程中,飞行员可以根据预定此航线角MC与RMI指示的QDM关系判断飞机是否保持在预定航线上,即飞机偏离预定此航线的情况,然后选定切入角,使飞机及早切入航线复航。 切入角的选择:| QDM -MC|<α<90° 切入角的大小通常与偏流大小、偏航程度、飞机速度、与NDB 台的距离都有关系,为使飞机及早切入航线,确保飞行安全及调配飞行冲突。一般选择在30°~60°之间的整数。 切入航向的选择 飞机左偏,飞机应当增大航向,MH切=MC应+ α 飞机右偏,飞机应当减小航向,MH切=MC应- α 飞机切入航线的判断:QDM=MC应 切入航线后,根据DA选定应飞航向(该DA一般根据经验估计) MH应=MC应-(±DA) 由宜昌至天门NDB台,磁航线°,飞行中平均航向指示MH平=85°,ADF指示器指示RB=20°。判断飞机偏航情况,并采用飞机向台切入预订航线的方法切回航线,计算电台磁方位角,判断偏航情况,选定切入航向,判断切回航线的时机,如果切回航线°,计算应飞航向。 飞机向台切入指定方位线Intercepting 作为调配飞行冲突的一种重要手段。 方法 判断飞机在指定磁方位线的那一边 选定切入角α:切入角一般较大,以保证飞机在飞越电台之前能够尽早切入到指定方位线。 TKD =5 °时, α=10 ° 5 ° TKD=60 °时, α=2TKD TKD=60 °时,采用分段切入 选定切入航向MH切=QDM指± α MCQDM指,飞机切入右侧方位线,取加号 MC QDM指,飞机切入左侧方位线,取减号 判定飞机切入指定方位线的时机:QDM= QDM指 例题 飞机沿160o向台磁航迹飞向IAF,某时天津塔台指令该飞机切入180 o向台方位线避让冲突,为飞行员选择切入航向。 背台飞行与修正航迹 飞机过台时机判断 警告旗出现,收听不到电台音频信号 无线电罗盘指针停滞或摆动 过台前后指针迅速反向 为保证过台的准确性,通常会在电台位置安装指点标台,飞机上则装有信标接收机,飞机过台时,信标接收机会发出音光信号,提示飞行员过台,如近台、远台处。 背台求偏流修正航迹 飞机保持磁航线飞行时,无线电领航元素如下图 QDR=MC=MH+DA QDM=MH+RB 背台求偏流修正航迹: RMI上指示的QDR为飞机的实际磁航迹角,所以DA=QDR-MH 保持MHcor=MC-DA飞行的飞行方法。 若无测偏流设备,可以采用渐次修正偏流的方法修正航迹。 保持MH=QDR,即RB=180o飞行。 若飞行中QDR=MC,则DA=0,飞机在预定航线上飞行; 若QDRMC,则飞机偏右,根据估计的偏流,减小航向; 若QDRMC ,则飞机偏左,根据估计的偏流,增大航向。 如果飞机继续偏离,将前次估计的偏流减办,继续修正航向,直RMI指示的QDR稳定等于MC时,飞机回到预定航线 此时DA=QDR-MC 背台切入预定航线 背台飞行时,如果航向未保持好或偏流发生变化,飞机会偏离预定航线。在要求严格保持航迹飞行的走廊或禁区附近,应当利用航线后方电台切回航线。 方法: 判断飞机位置: 若QDR=MC,飞机在预定航线上; 若QDRMC,则飞机偏右; 若QDRMC,则飞机偏左。 选择切入角α: | QDR-MC|<α<90° 目的是是飞机及早切入航线,确保飞行安全及调配飞行冲突。一般选择在30°~60°之间的整数。 选定切入航向: MHint=MC± α QDRMC,飞机右偏,取减号 QDRMC ,飞机左偏,取加号 判断飞机回到航线的时机:QDR=MC 切入航线后,根据DA选定应飞航向 MHcor=MCcor-(±DA) 例题 飞机过南浔NDB台保持78°背台航迹飞行,MH=78 °;某时由ADF读取RB=265 °,判断飞机偏航情况,为飞机尽早复航选择复航航向。 第五节 无线电定位方法 无线电定位 利用机载接收系统测量两条以上的无线电方位线,用方位线的交点来确定飞机位置的方法。 无线电定位的意义 无线电定位的方法 无线电测角系统定位(θ- θ ) 无线电测距系统定位(ρ- ρ) 无线电测距测角系统定位( ρ - θ ) 电台上空定位(NDB,VOR,指点标Marker) 一、双台同时定位 条件:飞机上装有两部ADF,航线附近有两个以上电台。 方法:同时调定两部电台,在RMI上同时读取两个电台方位角,然后换算成飞机真方位,在航图上两部电台的真方位线的交点为飞机当时的位置。 例题 某时飞行员由ADF读取南浔NDB台的QDR=184o,笕桥NDB台QDR=34°,已知西磁差4°,在航图上确定飞机位置。 二、双台移线定位 条件:飞机上只有一部ADF,航线附近有两个电台 方法: 调定侧方台,记录时间T1,读取QDR1; 继续飞行,调定前方台,记录时间T2,读取QDR2; 在航图上利用向量尺引两电台的线时刻的位置。 三、单台固定角定位 条件:航线附近只有一个电台,飞机能够确定切台时间。 固定角: θ(14°、26 ° 、45 ° ) T1:QDM1=MC+90°- θ T2: QDM2=MC+90 ° 在航图上绘电台真方位线方位线按比例量取S,所得位置为飞机T2时刻切台时的位置。 特殊角正切值 四、单台任意角定位 条件:航线附近有一电台,飞机未能得到切台数据。 θ=QDM2-QDM1 第六节 NDB飞行误差分析 干扰误差 静电干扰 大气静电放电时,会辐射多种频率的电磁波,其中影响最大的时中波和长波,被ADF接收机接收后产生的杂波时指示器的指针摆动或缓慢旋转,难以辨别准确的方位。 克服方法:仔细辨听信号,当干扰杂音最小,指示稳定瞬间读取方位。选择距离近、功率大的导航台。 象限误差 地面电台无线电波碰到飞机机身等金属物体时产生二次辐射电波,与原信号电波叠加后造成方位误差。 克服方法:机械传输装置或电感的方法补偿。现代飞机采用电感式象限误差修正器修正。 电波传播误差 夜间效应(晨昏效应) 电离层对电波的吸收白天比夜间强,白天200nm内只能接收地波信号;夜晚,电离层反射天波能力增强,接收机能同时接收到地波和天波信号,造成定向误差。这种情况通常出现在日落后2小时和日出前2小时,误差能达到10°~15°左右。 克服办法:尽量选择低频、距离较近的电台,增加飞行高度,并在测定方位时去平均值。 山地效应 山峰、丘陵、高大建筑物会导致电波发生绕射和反射,产生方位误差。山地效应只存在与靠近山地30~40KM范围内,同时取决于飞行高度和离山地的距离。 克服办法:在干扰范围之外测定方位,并适当提高飞行高度,选择合适的导航台。 海岸效应: 电波从陆地进入海面时,电波的导电系数发生变化,引起电波折射,产生方位误差。电波传播方向同海岸线的夹角越大,海岸效应越小,通常认为大于20 ° ~30 °时,可以忽略。飞行高度越高,误差越小,飞行高度在3000m以上时可以忽略。 克服方法:选择电波传播方向与海岸线接近垂直的电台,并适当上升高度。 设备误差 机械误差:天线测角器安装和制造的不精良等引起的误差。 电器误差:天线效应、测角器的电器耦合以及接收机与调谐线圈屏蔽不良等引起的误差。 一般误差小于1 °左右,最先进的ADF700误差不超过0.4 °;实际应用中可以忽略设备误差。 40o DA QDM N N QDR MH Nm QDMMC Nm QDM=MC QDMMC Nm Nm QDMMC Nm QDM=MC QDM MC Nm Nm QDM MC Nm MC QDMMC α α Nm Nm QDM指 MC Nm QDM =MC QDM指 MC TKD TKD 40度 QDR=MC QDM RB MH DA Nm Nm QDR MH DA Nm Nm DA MH QDR HDG MC MC Nm Nm Nm Nm QDR QDR DA MH QDR HDG MC Nm Nm Nm Nm QDR QDR MC Nm Nm Nm Nm QDR QDR α α Nm NT Nm NT Nm QTE1 QTE2 QDM1 QDM2 TN Nm NT Nm NT QTE1 QTE2 GS×(T2-T1) T2 T1 Nm NT θ Nm Nm T1 QDM1 QDM2 T2 S 1.5 56 1 45 0.9 42 0.8 39 0.6 31 0.5 26 0.4 22 0.3 17 0.25 14 0.2 11 0.1 6 正切值 特殊角(度) 11.5 85 9.5 84 8 83 7 82 6 81 5 79 4 76 3.5 74 3 72 2.5 68 2.0 63 正切值 特殊角(度) Nm NT θ Nm Nm T1 QDM1 QDM2 T2 S QDM1-MC QTE2 中国民航大学空中交通管理学院 高频振 荡器 多级 放大器 功率放 大器 1020Hz振 荡器 自动电键 调制器 话筒 无线电发射 Designation Abbreviation Frequencies Free-space Wavelengths Very Low Frequency VLF 9 kHz - 30 kHz 33 km - 10 km Low Frequency LF 30 kHz - 300 kHz 10 km - 1 km Medium Frequency MF 300 kHz - 3 MHz 1 km - 100 m High Frequency HF 3 MHz - 30 MHz 100 m - 10 m Very High Frequency VHF 30 MHz - 300 MHz 10 m - 1 m Ultra High Frequency UHF 300 MHz - 3 GHz 1 m - 100 mm Super High Frequency SHF 3 GHz - 30 GHz 100 mm - 10 mm Extremely High Frequency EHF 30 GHz - 300 GHz 10 mm - 1 mm QDR RB QDM Nm Nm MH NT QUJ NT QTE 无线电罗盘 仪表盘不能转动 ADF指示器 仪表盘耦合航向信号 可以QDM和QDR Nm RB MH Nm RB MH QDM RMI 现代RMI均提供DME指示信息称为RDDMI ND:Navigation Display 高频振 荡器 多级 放大器 功率放 大器 1020Hz振 荡器 自动电键 调制器 话筒 ADF接收机 垂直天线 环形天线 ADF控制盒 识别信号 相对方 位信号 方位信号 音频系统

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