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导航系统-无线电导航

归档日期:07-04       文本归类:地面导航设备      文章编辑:爱尚语录

  导航系统-无线电导航_天文/地理_自然科学_专业资料。传统导航—无线电导航 导航系统课程内容 ? 导航基础 ? 传统导航 ? 仪表导航 ? 无线电导航 ? 区域导航 ? 简单区域导航(DME/DME、DME/VOR) ? 卫星导航 ? 惯性导航 ?

  传统导航—无线电导航 导航系统课程内容 ? 导航基础 ? 传统导航 ? 仪表导航 ? 无线电导航 ? 区域导航 ? 简单区域导航(DME/DME、DME/VOR) ? 卫星导航 ? 惯性导航 ? 所需导航性能 ? RNP参数 ? 基于性能的导航(PBN) 2014年7月31日 导航系统 1 传统导航—无线电导航 无线电导航 机载无线电导航设备接收和处理导航台所发射的无线电波, 从而获得导航参量,确定出飞机位置及飞往预定点的航向、 时间,从而引导飞机沿选定航线安全、经济地完成规定的 飞行任务。 优点: ? 不受时间、天气限制; ? 精度高; ? 定位时间短,可以连续地、适时地定位; ? 设备简单、可靠。 2014年7月31日 导航系统 2 传统导航—无线电导航 传统无线电导航系统 测角系统 位置线为直线,如自动定向系统(ADF)、全向 信标系统(VOR)。 2014年7月31日 导航系统 3 传统导航—无线电导航 传统无线电导航系统 测距系统 位置线为圆,如测距机(DME)。 DME 2014年7月31日 导航系统 4 传统导航—无线电导航 传统无线电导航系统 测高系统 位置线 传统导航—无线电导航 无线电导航设备和系统分类 1 按测量电信号的参量不同 振幅、频率、相位、脉冲、脉冲/相位 2 按测量的位置线几何形状 测角、测距、测角/测距、测高、测距差 3 按有效作用距离 近程、远程、超远程 4 按机载设备实现的系统功能分 自备式、他备式 5 按无线电导航台的安装位置 陆基、空基、星基 6 按飞机的飞行区域分 航路、终端区 2014年7月31日 导航系统 6 传统导航—无线电导航 自动定向机(ADF) 传统导航—无线电导航 ADF概述 ? ? 自动定向机(ADF)是一种具有广泛用途的无线年首次使用。 自动定向机(ADF)系统是一种导航辅助系统。 ADF接收机使用来自地面站的调幅(AM)信号来计 算ADF地面站相对于飞机纵轴的方位。ADF系统也 接收标准调幅无线电广播。 自动定向机的功用: 1.测量飞机到选择地面台的相对方位角(主要的),进行向 台(TO)或背台(FROM)飞行。 2.收听气象报告和中波广播。 ? 2014年7月31日 导航系统 8 传统导航—无线电导航 ADF系统组成 ? 地面发射台 地面电台有两种: NDB(或称为归航台),190~550 kHz 标准中波广播电台,550~1750 kHz ? 机载设备 定向接收机、控制盒、方位指示器、环形大线和垂直天线。 ? 选用中长波的原因 ADF定向主要使用地面波(天波,由于电离层变化,不稳定), 中长波地波衰减少。 2014年7月31日 导航系统 9 传统导航—无线电导航 NDB地面台 按用途分,地面导航台分为两种: 1. 航线导航台:装在航路上某些检查点上,供飞机在 航线上定向和定位用。 发射功率大:400W~1000W 工作距离远:≮150Km 2. 双归航台着陆系统:装在跑道中心延长线上,供飞 机进近着陆用。(因需两个导航台,故称双归航台) 通常,与外指点信标台安装在一起的,叫远台,一般 兼做航线导航台用,发射功率大; 与中指点信标台安装在一起的,叫近台。发射功率约 100W,工作距离约50Km。 2014年7月31日 导航系统 10 传统导航—无线电导航 NDB地面台 ? NDB地面台发射信号的方向性图: 全向发射,故叫无方向信标(NDB) 电波极化方向:垂直极化波 ? 台识别码发射: 莫尔斯电码,由2~3个字母组成,发射速率20~30个字母/分; 等幅报发射:键控等幅信号,莫尔斯电码点或划期间发射等幅载 波。 调幅报发射:载波连续发射,莫尔斯电码点或划期间键控 1020Hz调幅。 一般归航台以调幅方式发射识别码,防止载波中断引起ADF指针 摆动。 2014年7月31日 导航系统 11 传统导航—无线) ? 环形天线的方向性 ? 感应电动势e=K*sinθ( θ 为电波来向和环形天线 传统导航—无线) ? 垂直天线产生圆形方向性图 ? 感应电动势e=K 2014年7月31日 导航系统 13 传统导航—无线) ? 自动定向 ? 两部天线联合接收,得到“心”形方向性图,只有一个最小值。 2014年7月31日 导航系统 14 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 机载设备组成及控制显示 机载ADF的类型 ? 按天线类型分: 旋转环形天线式ADF---当环形天线线圈平面对准电波来向时,天线停止转 动; 固定环形天线式ADF---环形天线线圈不转动,转动接收机内测角器的搜索 线圈,当搜索线圈感应信号为零时,停止转动,这时搜索线圈的转角 就是相对方位角。 ? 按接收机类型分: 调幅式(M型)ADF---环形天线信号和辨向天线信号相加,获得一个调幅 信号的ADF 调相式ADF------环形天线信号和辨向天线信号相加,获得一个相位调制 信号的ADF,相位变化作为定向误差信号。 2014年7月31日 导航系统 16 传统导航—无线电导航 机载ADF 自动定向接收机、控制盒、方位指示器、环形天线 传统导航—无线电导航 ADF机载设备 2014年7月31日 导航系统 18 传统导航—无线电导航 ADF机载设备安装位置 2014年7月31日 导航系统 19 传统导航—无线电导航 ADF控制面板 2014年7月31日 导航系统 20 传统导航—无线电导航 旋转环形天线 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 自动定向机的调谐和显示 NDB导航台 QDM210° Nm MH170° QDM210° HDG 2014年7月31日 导航系统 23 传统导航—无线电导航 RMI的指示 ?有两部接收机的指示 细针对应第一部接收机 粗针对应第二部接收机 ?正上方指示飞机的MH ?粗细针都是 针尖指示QDM, 针尾指示QDR ?可指示地面NDB台和VOR台的方 位,通过仪表上的按钮选择信号源 2014年7月31日 导航系统 24 传统导航—无线电导航 EHSI的指示 2014年7月31日 导航系统 25 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) 2014年7月31日 导航系统 26 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) ? VOR系统概念 地面台与机载设备配合提供飞机相对地面台及地面台相对飞机的方 位角的系统。 ? 磁航向、飞机的磁方位、VOR方位、相对方位 2014年7月31日 导航系统 27 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) ? VOR的功用:测量飞机磁方位QDR。 ? VOR系统的组成 航路VOR台(A类) 地面设备 终端VOR台(B类) 机载VOR设备: 控制盒、天线 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) ? 航路VOR台(A类) 频率112.00——118.00MHZ(频率间隔50KHZ),功率 200W,工作距离200NM。 ? 终端VOR台(B类) 频率108.00——112.00MHZ(频率间隔50KHZ,小数 点后第一位为偶数),功率50W,工作距离25NM。 注:VOR台的识别码都是三个英文字母 2014年7月31日 导航系统 29 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) VOR系统功用: VOR系统在航空导航中的基本功能有两个方面。 ? 定位(position-fixing) 利用VOR设备定位有两种方法 (1)测角定位。 (2)测角- 测距定位。 ? 沿选定的航路导航(navigation along established airways) 飞机沿着预选航道可以飞向(To)或飞离(From)VOR台, 并通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向(左边 或右边)和角度,以引导飞机沿预选航道飞往目的地。 2014年7月31日 导航系统 30 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) ? VOR工作频率 ? 108.00-111.95MHz 频率间隔50KHz 小数点后第一位奇数LOC 小数点后第一位偶数VOR ? ? 40个波道 40个波道 112.00—117.95MHz 频率间隔50KHz:120个波道 200个波道中120+40用于VOR,40个用于LOC 2014年7月31日 导航系统 31 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR) ? ? 工作距离:最大200nm 地面台配置 ? ? 用于航路导航的VOR导航台(CVOR) 112.00—117.95MHZ 频率间隔50KHz 用于进近着陆的VOR导航台(TVOR) 108.00—111.95MHZ 频率间隔50KHz 小数点后第一位为偶数的用于VOR 工作距离200nm 机场区域导航,精度较差,工作距离20nm ? VOR类型 普通 CVOR TVOR 多普勒 DVOR 精度高、复杂 (机载设备完全兼容) 2014年7月31日 导航系统 32 传统导航—无线电导航 甚高频全向信标(VOR)原理 测量基准相位信号和可变相位信号的差。 2014年7月31日 导航系统 33 传统导航—无线电导航 VOR系统原理 ? 地面台发射基准30Hz相位信号; 2014年7月31日 导航系统 34 传统导航—无线电导航 VOR台的发射信号 ? 基准相位信号的发射 先用30Hz对9960Hz副载波调频,然后调频副载波再对载波调幅。 而30Hz调频信号的相位在 VOR台周围 360°方位上是相同的。 2014年7月31日 导航系统 35 传统导航—无线电导航 VOR台的发射信号--基准30Hz 2014年7月31日 导航系统 36 传统导航—无线电导航 VOR系统原理 ? 地面台同时发射可变相位信号; 2014年7月31日 导航系统 37 传统导航—无线电导航 可变相位信号与合成方向性图 用30Hz对载波调幅,相位随VOR台的径向方位而变化 合成辐射场为旋转的心形方向性图 2014年7月31日 导航系统 38 传统导航—无线电导航 空间信号 基准和可变30Hz信号的相位关系 设当心形方向性图的最大值在磁北时,9960Hz副载波的频率为10440Hz。 北 10440Hz 东 9960Hz 南 9480Hz 西 9960Hz 2014年7月31日 导航系统 39 传统导航—无线电导航 音频信号 ? 台识别码 用于检查接收选择台是否正确 ? 莫尔斯码 :2—3个字母 ? 每30秒发射一次 ? 调制频率1020Hz ? 线 传统导航—无线电导航 VOR系统原理 ? 机载接收机接收到两种信号后比较其相位差; 两种信号的相位差即为当时的飞机磁方位QDR. 2014年7月31日 导航系统 41 传统导航—无线电导航 VOR地面导航台 2014年7月31日 导航系统 42 传统导航—无线电导航 VOR机载接收机 2014年7月31日 导航系统 43 传统导航—无线电导航 VOR方位测量电路 2014年7月31日 导航系统 44 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 向/背台指示 2014年7月31日 导航系统 46 传统导航—无线电导航 机载VOR设备 天线、控制盒、VOR接收机、显示设备 2014年7月31日 导航系统 47 传统导航—无线电导航 VOR机载接收系统 2014年7月31日 导航系统 48 传统导航—无线电导航 机载VOR系统 2014年7月31日 导航系统 49 传统导航—无线电导航 VOR系统电路 2014年7月31日 导航系统 50 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 ADF指示器 EFIS RMI 2014年7月31日 导航系统 52 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统(ILS) 2014年7月31日 导航系统 53 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统---ILS 1. 2. 作用:使用地面台和机载设备,能够对飞机进近到跑 道提供水平、垂直和距离引导。 系统组成: 地面设备 机载设备 LOC 水平引导 G/S 垂直引导 MB 距离引导 VHF NAV接收机 3. ILS系统类别 2014年7月31日 导航系统 54 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统---ILS 着陆标准等级 国际民航组织根据在不同气象条件下的着陆能力,规定了三类着陆标准, 使用跑道视距(RVR)和决断高度(DH)两个量来表示。 ?决断高度(DH)是指驾驶员对飞机着陆或复飞作出判断的最低高度。在 决断高度上,驾驶员必须看见跑道才能着陆,否则应放弃着陆,进行复飞。 决断高度在中指点信标(I类着陆)或内指点信标(11类着陆)上空,由 低高度无线电高度表测量。 ?跑道视距(RVR)------又叫跑道能见度。它是指在跑道表面的水平方向 上能在天空背景上看见物体的最大距离(白天) 2014年7月31日 导航系统 55 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统---ILS ? Ⅰ类设施的运用性能:在跑道视距不小于800m的条件下,以高的进场 成功概率,能将飞机引导至60m的决断高度。 ? Ⅱ类设施的运用性能:在跑道视距不小于400m的条件下,以高的进场 成功概率,能将飞机引导至30m的决断高度。 ? ⅢA类设施的运用性能:没有决断高度限制,在跑道视距不小于200m 的条件下,着陆的最后阶段凭外界目视参考,引导飞机至跑道表面。 因此目叫“看着着陆”(see to land)。 ? ⅢB类设施运用性能:没有决断高度限制和不依赖外界目视参考,一 直运用到跑道表面,接着在跑道视距50m的条件下,凭外界目视参考 滑行,因此目叫“看着滑行”(see toxi)。 ? ⅢC类设施的运用性能:无决断高度限制,不依靠外界目视参考,能 沿着跑道表面着陆和滑行。 2014年7月31日 导航系统 56 传统导航—无线电导航 ILS系统组成 ? ? ? 由三部分组成:①航向信标(LOC);②下滑信标(GS);③指点标(MB)。 LOC频率为108.1~111.95MHz,十分位奇数,以50KHz为增量;GS频率和LOC频率 配套使用;MB频率为75MHz。 MB为飞机提供距离跑道头的距离信息,OM常和远台安装在一起,MM常和近台安 装在一起。 2014年7月31日 导航系统 57 传统导航—无线电导航 ILS地面台配置 2014年7月31日 导航系统 58 传统导航—无线电导航 ILS系统组成 2014年7月31日 导航系统 59 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统原理 2014年7月31日 导航系统 60 传统导航—无线电导航 仪表着陆系统---ILS ? 航向信标工作频率为108.10~111.95 MHz范围中1/10 MHz为奇数的频率,频率间隔50 kHz,共有40个波道。 ? 下滑信标工作频率为329.15~335MHz的UHF波段, 频率间隔150 kHz,共有40个波道。 指点信标工作频率为固定的75MHz。 航向信标和下滑信标工作频率是配对工作的。 导航系统 61 ? ? 2014年7月31日 传统导航—无线电导航 LOC工作原理 1. 2. 工作频率 108.00-111.95MHz ,小数点后第一位为奇数 航向信标发射原理 2014年7月31日 导航系统 62 传统导航—无线电导航 LOC工作原理 航向信标台空间合成辐射场和飞机偏离航向道的指示 2014年7月31日 导航系统 63 传统导航—无线电导航 LOC工作原理 LOC台空间合成辐射场: 设: 左波束发射信号: e1 (t ) ? U m f1 (? )(1 ? m sin ?1t ) sin ?t 右波束发射信号: e2 (t ) ? U m f 2 (? )(1 ? m sin ?2t ) sin ?t f1 (? ) ----90Hz调制方向图 f 2 (? ) ----150Hz调制方向图 它们是以航道中心线算起的角坐标的函数, 在两个最大波束方向上,信号强度相同。 Ω1 =90Hz,Ω2 =150Hz m---机内调制度,为20% 合成的空间辐射场为 e合 (t ) ? U m [ f1 (? ) ? f 2 (? )][1 ? mf1 (? ) mf2 (? ) sin ?1t ? sin ? 2t ] sin ?t f1 (? ) ? f 2 (? ) f1 (? ) ? f 2 (? ) 导航系统 64 2014年7月31日 传统导航—无线电导航 LOC工作原理 合成辐射场仍然是一个调幅波,其幅度受90Hz和150Hz两个频率的调 制,其调制度为: 90Hz的调制度为: m f1 (? ) M 90 ? f 1 (? ) ? f 2 (? ) 150Hz的调制度为: M 150 ? m f2 (? ) f 1 (? ) ? f 2 (? ) 调制深度差 DDM为 : DDM ? M 90 ? M 150 m[ f1 (? ) ? f 2 (? )] ? 100 100 [ f1 (? ) ? f 2 (? )] f1 (? ) ? f 2 (? ) =常数 2014年7月31日 导航系统 65 传统导航—无线电导航 LOC原理 调制深度差DDM和位移灵敏度 2014年7月31日 导航系统 66 传统导航—无线电导航 LOC原理 航向偏离与DDM的关系 在跑道中心线 (? ) , DDM=0, 偏离为零。 飞机偏离航道左边时, f1 (? ) ? f 2 (? ), 设DDM 0,在2°内航向偏离与DDM成线性关系。 例如: DDM =0.0775时,右偏指1点(1°) DDM =0.155时,右偏指2点(2°) 飞机偏离航道右边时,f1 (? ) ? f 2 (? ) , 设DDM 0,在2°内航向偏离与DDM成线 传统导航—无线电导航 LOC原理 ? ① 对DDM值的要求 在航道线线,在此 扇区内,角位移和DDM的增加是线°),指示器指到最大位置,但DDM与指示是非线性的。 飞行员只能判断飞机偏离到哪一边,而不能指出偏离多少度。 从±10°到±35°的范围内,DDM≮0.155。指示器保持满刻 度偏转,飞行员只能判断飞机偏离的方向,或者说飞机切入跑 道中心线应飞的方向。 如果需要提供超过±35°的覆盖,则在该覆盖区内,要求 DDM≮0.155。 ② ③ ④ 2014年7月31日 导航系统 68 传统导航—无线电导航 LOC原理 机载航向信标接收机 2014年7月31日 导航系统 69 传统导航—无线KHz。下滑信标发射功率小,因为它的 引导距离仅10海里。此外,下滑信标不发射台识别码和地-空话音通讯 信号,因为它是和航向信标配对工作的。 G/S辐射场的等效方向性图 G/S原理 2014年7月31日 导航系统 70 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 G/S原理 对G/S辐射场DDM的要求: 下 滑 道 线: 在 包含 跑道中 心线 的垂直 面内 ,最靠 近地 面的所 有 DDM=0的各点的轨迹所形成的面。 下滑到扇区:在包含下滑道的垂直面内,由最靠近地面的所有 DDM=0.175的各点的轨迹所限定的扇区(满刻度偏转)。 在下滑扇区边界上,G/S偏离指示2点,0.7? 。 离开下滑道DDM线性增大,直至DDM等于0.22(0.88? )。 2014年7月31日 导航系统 72 传统导航—无线电导航 G/S原理 下滑道扇区 2014年7月31日 导航系统 73 传统导航—无线电导航 G/S机载接收机 2014年7月31日 导航系统 74 传统导航—无线电导航 指点标 ? 系统组成:地面台、机载设备,两者配合完成飞 机位置识别。 ? 用途:提供空中航路或仪表进近飞机特定点位置 识别。即: 1. 当飞机在航路上时,向飞行员报告飞机正在通过航路上 某些特定点的地理位置。 2. 当飞机进场着陆时,用来报告着陆飞机离跑道头预定点 (远、中、近指点信标上空)的距离。 2014年7月31日 导航系统 75 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 航道指点标 航道指点信标台安装在沿着着陆方向的跑道中心线延长线上。根据 ICAO规定,包括外指点信标、中指点信标和内指点信标。 在一些机场还装有反航道指点信标,用于飞机从反航道进场。 外指点信标指示下滑道截获点; 中指点信标用来测定I类着陆标准的决断高点,即下滑道通过中指点 信标台上空的高度约等于60m。 内指点信标用来测定II类着陆标准的决断高度点,即下滑道通过内 指点信标台上空的高度约为30m。 2014年7月31日 导航系统 77 传统导航—无线电导航 指点标标覆盖范围及识别 2014年7月31日 导航系统 78 传统导航—无线) 航路上特定地理位置识别---扇形波束 航路信标台---锥形波束 信号特征 频率:75MHz,天线辐射水平极化波。 调制频率:3000Hz 识别码:键控发送莫尔斯码,以在发送识别信号间隙期 间,载波不得间断。 识别码表示该指点信标的名称或地理位置。由2~3个字 母组成 特定码可以在航图上取得。 导航系统 79 2014年7月31日 传统导航—无线电导航 指点信标接收机 2014年7月31日 导航系统 80 传统导航—无线电导航 LOC和G/S机载设备 ① 控制盒 ② ③ 接收机 天线 传统导航—无线电导航 指点标机载设备组成 ? 天线 ? 接收机 ? 指示灯 ? 音频部分 2014年7月31日 导航系统 82 传统导航—无线电导航 机载仪表着陆系统 2014年7月31日 导航系统 83 传统导航—无线电导航 机载ILS系统 ARINC429数据线 传统导航—无线电导航 ILS显示 ? 显示部件—用于显示ILS提供的数据 EADI EHSI 备用姿态指引仪 2014年7月31日 导航系统 85 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 无线电高度表(LRRA) 2014年7月31日 导航系统 87 传统导航—无线电导航 无线电高度表(LRRA)功用 用来测量飞机离开地面 的实际高度,提供预定 高度和决断高度的声音 和灯光信号。它是在进 近着陆过程中保证飞行 安全的重要设备。配合 ILS完成着陆任务。系 统的范围是-20到2500 英尺 。 低高度无线电高度表LRRA--Low Range Radio Altimeter 2014年7月31日 导航系统 88 传统导航—无线电导航 无线电高度表(LRRA)分类 无线电高度表是一种测距导航设备,利用普通雷达工 作原理,以地面为反射体在飞机上发射电波,并接受 回波以测定飞机到地面的高度。 按测量范围分 大高度表 小高度表 按测量方法分 〉30000FT LRRA 脉冲测距原理 频率测距原理 2014年7月31日 导航系统 89 传统导航—无线电导航 无线电高度表原理 ? 无线电高度表的测高基础: 测高原理:LRRA天线向地面发射无线电波,经地面反射后,再返 回飞机。测高是测量电波往返传播的时间Δ t。 ?t ? 式中:H —— 飞机离地高度 c —— 电波传播速度 因此,测高利用无线电的两个特性: 无线电从地面的反射特性 电波传播速度是常数 (3×108米/秒) 2H c 2014年7月31日 导航系统 90 传统导航—无线电导航 调频连续波(FMCW)高度表 ? 设:中心频率为4300MHz,调制频率FM为100Hz,频移ΔF为 100MHz 普通FMCW高度发射信号 2014年7月31日 导航系统 91 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 无线电高度表系统概况 ? 无线电高度表的类型 根据测量电波传播时间Δt的方法不同,可分为: 普通FMCW高度表 属于频率无线电测距系统 等差频FMCW高度表 脉冲式高度表 属于脉冲测距系统 2014年7月31日 导航系统 98 传统导航—无线电导航 无线电高度表 ? 无线电高度表的组成 LRRA系统包括: 发射天线°)方向性天线 接收天线 收/发机组件 高度指示器 2014年7月31日 导航系统 99 传统导航—无线电导航 典型无线 传统导航—无线电导航 调频连续波(FMCW)高度表 ? 调制器产生一个对称的三角波线性调制电压,对发射机进行调 频,发射波是三角波线性调频的连续波 普通FMCW高度表原理块图 2014年7月31日 导航系统 101 传统导航—无线电导航 等差频FMCW高度表 2014年7月31日 导航系统 102 传统导航—无线电导航 等差频FMCW高度表 ? 测高原理 ? 在等差频FMCW高度表中,保持差频Fb和频段ΔF不变,而调 制周期TM是随飞机高度变化的。由于发射信号是调频连续波, 而且差频保持不变,故叫等差频FMCW高度表。 ? 由于当飞机高度增加时电波往返传播时间Δt增加,因此需增 大调频波的调制周期TM才能保持差频Fb不变。反之,当飞机 高度减小时,电波往返传播时间Δt也减小,因此需减小调频 波的调制周期。所以这种高度表实际上是用调制周期TM的大 小来测量高度的。 2014年7月31日 导航系统 103 传统导航—无线电导航 等差频FMCW高度表 ? 发射信号特性 发射频率是线性锯齿波调频的连续波,发射信号的中心频率是 4300MHz,频移是123MHz,发射信号的调制周期随飞机高度变化 (250us~50ms)。高度越高,调制周期越长,保持差频等于25KHz 不变(选定差频为25KHz) 高度H(Δt)与调制周期TM的关系 2014年7月31日 导航系统 104 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 无线 传统导航—无线电导航 高度在EADI上的显示 2014年7月31日 导航系统 107 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 测距机(DME) 2014年7月31日 导航系统 109 传统导航—无线电导航 系统概述 ? ? 系统功用: 斜距信息在飞机导航中用途 ? ? ? ? ? ? 定位 航路间隔 近进到机场 避开保护空域 在指定位置等待 计算地速和到台时间 测量飞机与地面测距信标台之间的斜距。 2014年7月31日 导航系统 110 传统导航—无线电导航 系统组成 机载----询问器 地面----应答机 2014年7月31日 导航系统 111 传统导航—无线电导航 系统工作方式 ?询问-应答方式实现测量距离 ?机载测距机发射射频脉冲对询问信号,地面测距信标台的接收机收到这一 询问信号后,经过50μ s的延迟,由其相应的“应答”信号发射; ?根据时间延迟t,计算出飞机到测距信标台之间的斜距。 R ? R? 1 c (t ? t ) 0 2 t (us ) ? 50 ? 0.3( Km) 2 R? t (us) ? 50 ( Nm) 12.36(us / nm) 2014年7月31日 导航系统 112 传统导航—无线电导航 DME系统概述 ? DME工作频率:962-1213MHz 252个波道 波道间隔 1MHz 测距信标台的发射频率比询问频率高或低63MHz。 DME机载询问器---询问频率:1025-1150MHz 波道间隔 1MHZ—126个波道 采用频率复用技术---即相同X、Y波道:载频相同,脉冲对中脉冲 间隔不同。 询问信号格式:脉冲对间隔(脉冲对重复频率)是随机抖动 的(在一个中心值附近随机变化)。 ? 2014年7月31日 导航系统 113 传统导航—无线电导航 DME系统概述 ? DME地面应答器---应答频率: 962-1213MHZ,波道间隔1MHZ 126个X波道 126个Y波道 共有252个波道 询问应答波道配合工作 应答信号格式: 2014年7月31日 导航系统 114 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 询问应答信号频率关系 ? 询问频率与应答频率的关系 无论询问还是应答信道频率间隔都是1MHz, 任何一个信道的发送与接收频率均差为63MHz。 2014年7月31日 导航系统 116 传统导航—无线 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 频率配对规律 ?X/Y波道询问频率=1024+波道号 例如:100 X/Y波道询问频率=1024+100=1124MHz ?应答频率与波道号的关系: 1~63X/Y波道 X波道应答频率=961+波道号 Y波道应答频率=1087+波道号 64~126X/Y波道 X波道应答频率= 1087 +波道号 Y波道应答频率= 961 +波道号 当VOR频率小数最后一位是“0”时:配对DME X波道 当VOR频率小数最后一位是“5”时:配对DME Y波道 2014年7月31日 导航系统 119 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ① 机载询问器—发射询问信号 ② 地面应答器---接收询问信号、延时、处理 ③ 地面应答器---发射应答信号 ④ 机载询问器---接收应答信号 ⑤ 机载询问器---处理、计算、输出 2014年7月31日 导航系统 120 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 1. 机载测距机的询问发射 机载测距机在接通电源后即可正常工作。但是,只有当飞机 进入了系统的有效作用范围,在测距机接收到足够数量的测距信 标台所发射的射频脉冲对信号的情况下,测距机才会产生脉冲对 询问信号发射,以使测距信标台产生相应的应答信号。 测距机所产生的询问脉冲信号的重复频率是变化的。当测距 机处于跟踪状态时,询问脉冲信号的平均重复频率较低,通常在 每秒10~30次之间;当测距机处于搜索状态时,询问重复频率较 高,一般为40~150对/秒。典型测距机在跟踪状态的平均询问率 为22.5对/秒;在搜索状态为90对/秒。 2014年7月31日 导航系统 121 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 2. 测距信标台的应答 ① 询问应答 测距信标台在接收到询问信号后,经过 50μ s的延迟,便产生相 应的应答信号发射,以供机载测距机计算距离,这就是询问应答 信号。应答信号和询问信号一样,也是射频脉冲对信号 ② 断续发射 在测距信标台中采取用接收机噪声来触发发射机产生脉冲对信 号发射的方法,使测距台发射机在询问飞机很少的情况下也维持 规定的发射重复频率,以使测距机系统正常发挥其功能。由于噪 声所触发的脉冲信号是断续的,可以把测距信标台的这种发射脉 冲称为断续发射脉冲,或者称为噪声填充脉冲,以区别于前面所 说的在询问信号触发下所产生的应答发射脉冲。 2014年7月31日 导航系统 122 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ③ 应答抑制 所谓抑制,是指测距信标台在接收到一次询问脉冲对后,使信 标接收机抑制一段时间,抑制的时间一般为60μ s,特殊情况下可 达150μ s。 在抑制的寂静期中,信标台不能接收询问脉冲。采取这一措 施的目的是防止因多径反射信号而触发应答。 ④ 测距信标台的识别信号 为了便于机组判别正在测距的测距信标台是否是所选定的测距 信标台,各信标台以莫尔斯电码发射三个字母的识别信号。 2014年7月31日 导航系统 123 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ? 总之 ,测距信标台所发射的射频脉冲信号可以分为三类: ? 一类是由询问信号触发产生的应答脉冲对,这类应答脉冲对的数 量取决于发出询问的机载测距机的多少; ? 另一类是由测距信标台接收机噪声所触发的断续发射脉冲对; ? 第三类是固定的识别信号脉冲对。第一、二类信号都是随机间隔 的脉冲对,而识别信号则是等间隔的脉冲对。 2014年7月31日 导航系统 124 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 3. ? 测距机的接收 机载测距机在每发射一对询问脉冲后即转入接收状态。所接收的信号 中,既可能有测距信标台对本机询问的应答信号,也包括信标台对众 多的其他飞机测距机的应答脉冲,此外还包括信标台的断续发射脉冲 信号及识别发射信号。 需要说明的是,即使飞机处于测距系统的覆盖范围之内,也并不是 所有的询问都能得到应答的。这是因为,在众多飞机询问的情况下 测距信标台每接收到一次询问信号,均会使它的接收机进入 60μ s的 抑制期,从而使在后续的60μ s期间内到达的询问信号得不到应答。除 此之外,本架飞机上的ATC应答机在回答地面二次雷达询问的发射期 间,以及在TCAS和另一套测距机的询问期间均会对本套测距机抑制 约30μ s;在测距信标台发射识别信号的点、划期间,也会使询问信号 得不到应答。 2014年7月31日 导航系统 125 ? 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 4. 距离计算原理 R= c?t r ? 50? 2 9 ?1 t r ? 50 R? 12.359 9?2 2014年7月31日 导航系统 126 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ? 闪频效应 为了获得距离信息,测距机首先必须解决的一个基本问题是如何从 测距台的众多的应答信号中识别出对本机询问的应答信号来。应用闪 频原理可以达到这一目的。所谓闪频,就是在测距机中设法使询问脉 冲对信号的重复频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。这样, 同时工作的多台测距机的询问脉冲重复频率就会各不相同,为对所接 收的应答信号进行同步识别提供了基础。询问的重复频率是由重复频 率控制电路控制的。 2014年7月31日 导航系统 127 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ? 定时脉冲 ? 颤抖脉冲 ? 距离波门 ? 视频脉冲 ? 同步应答脉冲 2014年7月31日 导航系统 128 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 2014年7月31日 导航系统 129 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 ? 机载测距机在接通电源后即可正常工作,即工作于自动等待状态。 一、自动等待 抑制发射,只接收 当所接收到的脉冲对数超过450对每秒时,表示飞机已进入了有 效测距范围,测距机由自动等待状态转为搜索状态。 二、搜索 询问信号的平均重复频率较高,如满足7/15准则,测距机即可 结束搜索,转入预跟踪状态。 三、预跟踪 进入预跟踪状态后,测距机继续进行上述询问-接收识别过程。 询问仍然维持较高的询问率 90对/秒。 2014年7月31日 导航系统 130 传统导航—无线电导航 DME系统的工作原理 四、跟踪 在经历4秒钟的预跟踪状态后,测距机进入正常的跟踪状态。询 问率从搜索状态的 90对每秒降为22.5对每秒,或者从40对每秒 降为12对每秒。 五、记忆 若在跟踪状态由于某种原因使上述“7/15”准则得不到满足,则 测距机将转为记忆状态。此时距离显示器所显示的距离读数继 续更新。 一旦信号重新获得,返回跟踪状态 如果记忆状态持续4~12 s(典型时间为11.4 s)仍不能重新获得 有效的应答信号,则测距机将转为搜索状态,脉冲询问率重又 增加到90对每秒. 2014年7月31日 导航系统 131 传统导航—无线电导航 机载DME系统 ? DME机载设备 2014年7月31日 导航系统 132 传统导航—无线电导航 机载DME系统 ? 电源 115VAC 400Hz ? 音频识别信号 1350Hz ? L波段设备互抑制问题 2台DME,2台ATC,2台TCAS 它们都工作在同一波段,所以不应同时辐射信号,以免 相互干扰。为此,当一台测距机工作时,该机所产生 的约30μs宽的抑制波门即通过互联的电缆加到另外5台 上,以抑制其发射,反之亦然。 2014年7月31日 导航系统 133 传统导航—无线电导航 机载DME设备 (1)询问器 主要由收发信机组成。发射机的作用是:产生、放大和发射 编码的询问脉冲对;接收机的作用是:接收、放大和译码所接收的回 答脉冲对。 (2)控制盒 控制盒对询问器收发信机提供需要的控制和转换电路。控制 盒还可对甚高频导航接收机提供频率的选择。而且,控制盒可提供除 与导航接收机配对的自动选择询问器工作频率外更多的频率选择能力。 (3)距离指示器 (4)天线 询问器天线的作用是发射询问信号相接收回答信号。它是具 有垂直极化全向辐射图形的单个L波段天线 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 DME距离显示 2014年7月31日 导航系统 136 传统导航—无线电导航 机载DME设备 2014年7月31日 导航系统 137 传统导航—无线 传统导航—无线电导航 DME与其它机载设备的关系 2014年7月31日 导航系统 139

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