无线电导航原理和机载设备简介

无线电导航原理和机载设备简介导 航 概 述 初期的飞行器在空中飞行仅依托地标导航-飞行中盯着公路、铁路、河流等线状地标；山峰、灯塔、公路交汇点等点状地标；湖泊、城乡等面状地标。后来，空勤人员运用航空地图、磁罗盘、计算尺、时钟等工具和她们的天文、地理、数学知识，根据风速、风向计算航线角，结合地标修正航线偏差，这种工作叫做“空中领航”。这种措施虽然“原始”，但航空先驱林伯当年就是依托这些东西驾驶一架活塞式单发动机飞机“圣路易斯精神号”独自由美国西海岸起程，直接飞越大西洋达到巴黎的，她飞越茫茫大西洋时还通过观测海上的洋流、夜空中的星座来辨别方向、拟定位置。空中领航学是飞行员的一门必修课，其核心是用矢量合成原理修正风对飞行航迹的影响。随着无线电技术的发展，各式各样的电子设备为飞行器提供精确的导航信息：有用于洲际导航的奥米加导航系统（OMEGA）、合用于广阔海面的罗兰系统（LORAN-A，LORAN-C）、用于近距导航的甚高频全向无线电信标导航系统（VORTAC），此外尚有某些专为军事用途开发的导航信标和雷达系统。目前，运用同步卫星工作的全球定位系统（GPS）已开始广泛使用。但 VORTAC 仍是近距导航的主流，绝大多数现代军民用飞机，涉及民航客机、小型通用飞机都配备有VOR接受机（VOR，very high frequency ommi-directional range）。 VORTAC是VOR/DME和TACAN的统称。VOR/DME是民用系统，TACAN是为适应舰载、移动台站而开发的军用战术空中导航系统（即塔康导航系统）。两者的工作原理和技术规范都不同，但使用上它们是完全同样的。事实上，有的VOR/DME和TACAN发射台站是建在一起、使用同一种频率的，对空勤人员来说，只是一种VOR信标。 VOR信标是世界上最多、最重要的无线电导航点。许许多多的VOR台站相隔一定距离成网络状散点分布，当飞机上的接受机收到VOR信标的信号，飞行人员就可通过专用仪表判断飞机与该发射台站的相对位置，如果台站信号是带测距的（DME，distance measuring equitment），还可懂得飞机与台站的距离，从而拟定飞机目前的位置，并懂得应以多少度的航线角飞抵目的地。VOR/DME/NDB基本原理VOR：very high frequency ommi-directional range，甚高频全向无线电信标 VOR信号发射机和接受机的工作频率在108.0-117.95 MHz 之间。VOR台站发射机发送的信号有两个：一种是相位固定的基准信号；另一种信号的相位是变化的，同步象灯塔的旋转探照灯同样向360度的每一种角度发射，而向各个角度发射的信号的相位都是不同的，它们与基准信号的相位差自然就互不相似。向360度发射的信号（指向磁北极）与基准信号是同相的，而向180度发射的信号（指向磁南极）与基准信号相位差180度。飞机上的VOR接受机根据所收到的两个信号的相位差就可判断飞机处在台站向哪一种角度发射的信号上。也就是说，可以判断飞机在以台站发射机为圆心的哪一条“半径”上。VOR台站发送的信号形成360条“半径”，辐射状向各个方向传送，每条“半径”就是一条航道，称为“Radial”。如果：飞机位于平州VOR台站（该台站代号为POU）的正东南方，朝台站飞去，飞越台站时即改航向，往正西南方飞去。用导航术语来说就是：飞机沿POU的 135 Radial（R-135），飞向（inbound）台站，即其磁航向为315度，达到POU后，沿R-225，飞离（outbound）台站，即其磁航向为225度。注意：当飞机沿某条Radial飞离台站，其磁航向就是该条Radial号数；但当飞机沿某条Radial飞向台站，其磁航向就与该条Radial的号数差180。 由于VOR的无线电信号与电视广播、收音机的FM广播同样，是直线传播的，会被山峰等障碍物阻隔，因此虽然距离很近，在地面也很少能接受到VOR信号，一般要飞高至离地-3000英尺才收到信号，飞得越高，接受的距离就越远。在18000英尺（5486米）如下，VOR最大接受距离约在40到130海里（1海里=1.852公里）之间，视障碍物等因素而定。在18000ft以上，最大接受距离约为130海里。DME：distance measuring equitment，测距装置 前面提过，有的VOR台站是带有DME的，DME工作在UHF频段，但空勤人员不必理睬它的频率，只要调好VOR的频率，接受到信号，过一会，距离数字就会计算出来显示在仪表板上。简朴工作原理是这样的：机载DME发射信号给地面台站上的DME，并接受地面DME应答回来的信号，测量发射信号与应签信号的时间差，取时间差的一半，就可计算出飞机与地面台站的直线距离。但应注意，仪表板上显示的距离是飞机与地面台站的斜边距离，单位为海里。由勾股定理可知，飞机在地面的投影与台站的距离应略不不小于这个斜边距离的。同样道理，DME仪表板上显示的速度也是“斜”的，表达飞机与台站的“距离缩短率”，单位是节，它既不等于地速，也不等于表速。根据DME显示的距离、速度，可大体估算飞机的地速和达到台站所需时间。NDB：non-directional beacon，无方向性信标，或称“归航台” NDB是现今仍在使用中，最古老的电子导航设备，在某些没有仪表着陆系统的小机场附近，常建有便宜的NDB台站，用作导航、着陆指引。其名称“无方向性”是指台站向各个方向发射的信号都是同样的，不象VOR那样互相有（相位）差别。飞机上的NDB信号接受机叫做ADF(automatic direction finder，方位角批示器)。ADF的仪表头只有一支指针，当接受到NDB信号，ADF的指针就指向NDB台站所在的方向。如果飞机径直朝台站飞去，指针就指着前方，当飞机飞过台站并继续往前飞，指针会转过180度指向后方。机载电子导航设备简介 这里先明确一下：VOR和NDB都是地面的台站，分别发射VOR信号和NDB信号给飞机上的Nav1、Nav2和ADF接受机，在FS98里面，飞Cessna182S时按键 Shift-2 或用Mouse点击仪表板下方的“航空电子设备总开关”就可见到这些接受机的控制面板（同步还见到机载DME、自动驾驶仪等设备的控制面板）。Nav1、Nav2和ADF这三台接受机除有控制面板外，还各有一种圆形仪表头安装在飞机主仪表板的右侧，批示具体的导航信息。 与Nav1和Nav2接受机连接的仪表头都称为OBI，分别为OBI1和OBI2。机载DME也连接一种长方形的数字表头，安装在这三个圆形表头上方。COM1和Nav1面板 COM1：甚高频无线通讯电台，频率范畴118.0-136.975MHz。Nav1：可接受VOR信号和完整的ILS信号，频率范畴108.0-117.95MHz。 Nav2面板 Nav2只用于接受VOR信号。用Mouse点击数字以变化接受频率。 ADF面板 接受NDB信号，频率范畴200-400KHz 机载DME面板 左边数字为计算出的距离和速度。右边R1/R2开关用来切换显示Nav1和Nav2的DME计算成果。 应答器面板(transponder) 接受空中交通管制雷达的信号，并回应发射四位数字信号给空中交通管制雷达，让空管员在雷达上看到飞机的位置，甚至高度。 自动驾驶仪控制面板(autopilot) DME表头 从左到右显示距离、速度和达到所选VOR台站所需时间，下方还带有Nav1、Nav2的显示切换关。 OBI2 Omni-Bearing Indicator，与Nav2接受机连接的仪表，显示VOR信息。 OBS旋钮 Omni-Bearing Selector，使刻度盘转动以选定航线（Radial） CDI指针 Course Deviation Indicator，航线偏差指针，批示飞机目前位置在OBS所选的航线（Radial）上、偏向左边或偏向右边。 To/From/Off 标志 三角形向上表达To；三角形向下表达From；红白间条表达Off-未接受到OBS所选的Radial信号 OBI1 Omni-Bearing Indicator，与Nav1接受机连接的仪表，除具OBI2的功能外，还显示仪表着陆系统（ILS）的进近航路的水平及垂直位置信息。 GS标志 To/From/Off标志移到下方。增长GS标志，表达与否接受到ILS的下滑道（Glide Slope）信号。红白间条表达接受不到信号，此时下滑道指针未被激活，不起作用。 下滑道指针 批示飞机目前高度与ILS下滑道规定高度的偏差。 ADF Automatic Direction Finder，与NDB接受机连接的表头,称为“方位角批示器”。 接受到信号后指针直接指向台站所在方位。旋钮和刻度盘是纯机械的辅助显示装置，与指针指向、信号接受无关。旋钮和刻度盘的作用是：批示飞向台站应取的航向与目前飞机航向相差的度数。左图所示，台站在飞机的左前方，角度偏差在20-25度之间。 总结：1、VOR是地面发射台站，Nav是机载接受机。 2、接受机Nav有控制面板，按Shift-2打开的就是控制面板，在上面可调节Nav的接受频率。 3、接受机Nav尚有仪表头，叫OBI，它装在飞机的主仪表板右侧，显示具体的导航信息。 4、整个OBI（仪表头）由四部分构成：CDI指针、To/From/Off 标志、OBS旋钮、刻度盘。 5、Nav1所接的仪表头OBI1自身可批示VOR信息（与OBI2同样）。 6、为了批示仪表着陆系统的ILS信息，OBI1比OBI2多了一种GS标志和一支下滑道指针。GS标志表达与否接受到信号，下滑道指针和CDI共两支指针，分别指ILS的水平、垂直方向的位置信息。