全向信标测距设备

航空无线电导航航空无线电导航无方向性信标、甚高频全向信标无方向性信标、甚高频全向信标测距设备测距设备周阿荣周阿荣 2006年年3月月讲座内容讲座内容 航空无线电导航的作用、分类航空无线电导航的作用、分类 无方向性信标无方向性信标 NDB 甚高频全向信标甚高频全向信标 VOR 测距设备测距设备 DME导航导航 定义定义 使运载体或人员从一个地方引导到另使运载体或人员从一个地方引导到另一个地方的科学一个地方的科学 日常的导航装置：时钟；里程表；地标日常的导航装置：时钟；里程表；地标 无线电导航：利用发射电子信号导航无线电导航：利用发射电子信号导航 导航可以分为陆基和星基两类导航可以分为陆基和星基两类民航通信导航的任务民航通信导航的任务 保障航空器飞行安全保障航空器飞行安全 提供顺畅的地面和地空通信服务提供顺畅的地面和地空通信服务 提供对飞行实施有效的监视服务提供对飞行实施有效的监视服务 提供准确、可靠的导航保障服务提供准确、可靠的导航保障服务航空无线电导航航空无线电导航 航空无线电导航系统的作用航空无线电导航系统的作用 为在空域或航路上飞行的航空器提供为在空域或航路上飞行的航空器提供点到点的直线飞行引导；点到点的直线飞行引导；为正在着陆过程中的航空器提供安全为正在着陆过程中的航空器提供安全降落到跑道面上的引导。降落到跑道面上的引导。航空无线电导航航空无线电导航 航空无线电导航的分类航空无线电导航的分类 按使用频段分类按使用频段分类:中长波中长波,甚高频甚高频,特高频特高频 按作用距离分类按作用距离分类:远程远程,近程近程 按导航设备的功能分类：按导航设备的功能分类：航路导航航路导航 航站导航航站导航航空无线电导航航空无线电导航导航导航航路导航航路导航航站导航航站导航无方向性信标无方向性信标指点信标指点信标甚高频全向信标甚高频全向信标测距设备测距设备仪表着陆系统仪表着陆系统航空无线电导航航空无线电导航 我国民航现有导航台站数量：我国民航现有导航台站数量：2004年年 1974年年 无方向性信标无方向性信标 380 150 全向信标全向信标 192 10 测距设备测距设备 253 0 仪表着陆系统仪表着陆系统 168 3 航空无线电导航航空无线电导航 航空无线电导航台站的三大要素航空无线电导航台站的三大要素 频率：导航台站的发射频率或波道号频率：导航台站的发射频率或波道号 呼号：导航台站的名称，一般用两个呼号：导航台站的名称，一般用两个 或三个英文字母地名代码表示或三个英文字母地名代码表示 经纬度：导航台站所在地的地理位置经纬度：导航台站所在地的地理位置NDBVOR/DMEVOR/DME 112.7 VYK CH 74XN39 11.6 E118 34.4无方向性信标无方向性信标（中长波导航台）（中长波导航台）无方向性信标无方向性信标 习惯称为导航台、归航台习惯称为导航台、归航台 无方向性信标向航空器提供无方向性信标向航空器提供航向航向信息信息 工作频率工作频率在在中长波波段中长波波段 用于航路，为航路导航台，航线台用于航路，为航路导航台，航线台 用于机场区域，为近台、远台、超远台用于机场区域，为近台、远台、超远台 识别信号：航路台发射等幅键控信号，识别信号：航路台发射等幅键控信号，机场区域导航台发射调幅键控信号机场区域导航台发射调幅键控信号无方向性信标无方向性信标 无方向性信标的原理：无线电测向无方向性信标的原理：无线电测向 航空器收到信标台的信号，测出航空器航空器收到信标台的信号，测出航空器飞行方向（即机头方向）和航空器与信飞行方向（即机头方向）和航空器与信标台连线的夹角标台连线的夹角NDB航空器和信标台连线航空器和信标台连线飞行方向飞行方向夹角夹角航空器航空器无方向性信标无方向性信标 不确定性不确定性 在同一位置上，有不同的方向指示在同一位置上，有不同的方向指示 在不同航路上，可以有相同的方向指示在不同航路上，可以有相同的方向指示 没有磁北概念，需要和磁罗盘配合使用没有磁北概念，需要和磁罗盘配合使用无方向性信标无方向性信标 中长波的传播特性：地波中长波的传播特性：地波 覆盖范围和天线高度、输出功率的关系覆盖范围和天线高度、输出功率的关系 天线高度高，覆盖范围增大天线高度高，覆盖范围增大 近台，受机场端净空限制，一般近台，受机场端净空限制，一般15米左右米左右 远台或航路台，受天线架设限制，一般远台或航路台，受天线架设限制，一般30米米 输出功率大，覆盖范围增大输出功率大，覆盖范围增大 受需求和同频干扰限制，一般近台受需求和同频干扰限制，一般近台50瓦，瓦，远台远台100瓦，航路台不大于瓦，航路台不大于500瓦瓦无方向性信标无方向性信标射频振荡射频振荡识别产生识别产生功率放大功率放大调制调制500W，航路台航路台100W，远台远台50W，近台近台190KHz1750KHz原理方框图原理方框图无方向性信标无方向性信标 覆盖：在额定覆盖内的最低场强覆盖：在额定覆盖内的最低场强70微伏微伏/米米 辐射功率限制：不超过额定覆盖所需功辐射功率限制：不超过额定覆盖所需功率率2 分贝分贝 射频频率：射频频率：1901750千赫，千赫，0.01%识别：识别：2 字或字或3 字国际莫尔斯电码字国际莫尔斯电码 每每30秒至少发一次完整的识别秒至少发一次完整的识别 识别：识别：102050赫或赫或400 25赫赫甚高频全向信标甚高频全向信标甚高频全向信标甚高频全向信标 甚高频全向信标向航空器提供甚高频全向信标向航空器提供方位方位信息信息 全向信标适用于航路和机场全向信标适用于航路和机场 工作频率在甚高频频段工作频率在甚高频频段 全向信标的优点全向信标的优点 和测距设备合装，航空器可以定位和测距设备合装，航空器可以定位 信号稳定，导航精度较高，优于信号稳定，导航精度较高，优于1 1度度(DVOR)覆盖范围可满足近程导航的要求覆盖范围可满足近程导航的要求甚高频全向信标甚高频全向信标 常规全向信标常规全向信标 原理简单，场地环境要求高。原理简单，场地环境要求高。多普勒全向信标多普勒全向信标 采用多普勒效应原理，导航精度提高。采用多普勒效应原理，导航精度提高。30 米直径的地网，场地环境要求放宽。米直径的地网，场地环境要求放宽。基本建设投资增加。基本建设投资增加。甚高频全向信标甚高频全向信标 全向信标的工作原理：比较两个全向信标的工作原理：比较两个30 赫调赫调制信号的相位，即基准制信号的相位，即基准相位信号和相位信号和可变可变相位信号的相位。相位信号的相位。基准基准相位信号：在相位信号：在360 度方位上，它的度方位上，它的相位都是相同的。相位都是相同的。可变可变相位信号：它的相位和方位密切相相位信号：它的相位和方位密切相关，所在方位不同，相位不同。关，所在方位不同，相位不同。09018027045DVORREFREFREFREFREFVARVARVARVARVARE 120.02.30N 40.30.00PEKooooo甚高频全向信标甚高频全向信标 航空器收到全向信标的信号，解调并比航空器收到全向信标的信号，解调并比较两个较两个30赫的相位，得出航空器相对磁赫的相位，得出航空器相对磁北的航向。北的航向。接收检波接收检波放大放大限幅限幅鉴频鉴频放大放大比相比相显示显示基准基准30赫赫可变可变30赫赫甚高频全向信标甚高频全向信标 多普勒全向信标发射的射频信号多普勒全向信标发射的射频信号 基准基准相位信号：相位信号：30 赫直接调幅于甚高赫直接调幅于甚高频。发射机调制。频。发射机调制。可变可变相位信号：相位信号：30 赫调频于赫调频于9960 赫赫副载波，再调幅于甚高频。副载波，再调幅于甚高频。可变可变30 赫对赫对9960 赫副载波的调频是赫副载波的调频是空间调制，是由于天线场的旋转和多普空间调制，是由于天线场的旋转和多普勒效应形成。勒效应形成。甚高频全向信标甚高频全向信标边带天线辐射以边带天线辐射以30 转转/秒旋转秒旋转多普勒效应产生多普勒效应产生30赫调频赫调频频偏由边带天线阵的直径决定频偏由边带天线阵的直径决定甚高频全向信标甚高频全向信标射频产生射频产生30赫产生赫产生天线开关天线开关放大调制放大调制9960赫产生赫产生放大调制放大调制48个边带天线个边带天线中央天线中央天线108112兆赫兆赫可变相位信号可变相位信号基准相位信号基准相位信号 地网地网直径直径30米米甚高频全向信标甚高频全向信标 射频频率：射频频率：108兆赫兆赫117.975兆赫兆赫 频率稳定度：频率稳定度：波道间隔为波道间隔为100千赫或千赫或200千赫的地区千赫的地区0.005%波道间隔为波道间隔为50千赫千赫 0.002%极化：极化：水平极化波水平极化波 准确度：优于准确度：优于2度度甚高频全向信标甚高频全向信标全向信标的频谱全向信标的频谱 甚高频全向信标甚高频全向信标 覆盖范围覆盖范围 甚高频视距传播甚高频视距传播 输出功率输出功率 50100 瓦瓦 作用距离作用距离 约约 200 海里海里 地球地球天线塔天线塔覆盖范围覆盖范围示意图示意图甚高频全向信标甚高频全向信标 导航信号的调制：导航信号的调制：射频载波上有两个信号调幅射频载波上有两个信号调幅 一个等幅的一个等幅的 9960 赫副载波，由赫副载波，由 30赫赫调频，调制指数调频，调制指数16 1，可变相位信号。可变相位信号。一个一个 30 赫信号，基准相位信号。赫信号，基准相位信号。上述两个导航信号的称谓是对多普勒全上述两个导航信号的称谓是对多普勒全向信标而言。向信标而言。甚高频全向信标甚高频全向信标 30 赫和赫和9960 赫对射频载波的调制度：赫对射频载波的调制度：2832 30 赫频率准确性：赫频率准确性：1 9960 赫频率准确性：赫频率准确性：1 识别信号：全向信标应发射一个识别信识别信号：全向信标应发射一个识别信号，水平极化波，由号，水平极化波，由3 个字母组成，调个字母组成，调制音频为制音频为1020 赫赫甚高频全向信标甚高频全向信标监控，当发生以下情况时，交换主备机监控，当发生以下情况时，交换主备机或停止发射：或停止发射：在监控点，方位误差大于在监控点，方位误差大于1 度；度；9960 赫副载波或赫副载波或30 赫信号的调制赫信号的调制减小减小15；监控器本身失效。监控器本身失效。无方向性信标和全向信标比较无方向性信标和全向信标比较无方向性信标无方向性信标 工作原理简单工作原理简单 对场地要求稍宽对场地要求稍宽 易受干扰，信号不稳易受干扰，信号不稳 航空器使用较不便航空器使用较不便 建设和维护成本低建设和维护成本低全向信标全向信标 工作原理较为复杂工作原理较为复杂 对场地要求较严对场地要求较严 信号稳定信号稳定 航空器使用方便航空器使用方便 建设和维护成本高建设和维护成本高甚高频全向信标甚高频全向信标甚高频全向信标甚高频全向信标左图：左图：建设中的建设中的DVOR/DME台台右图：右图：DVOR/DME无锡全向信标无锡全向信标/测距台测距台西昌全向信标西昌全向信标/测距台测距台安装人员在调全安装人员在调全向信标的基准天向信标的基准天线线上图：上图：下图：下图：测距设备测距设备测距设备测距设备 测距设备向航空器提供测距设备向航空器提供距离距离信息信息 测距设备一般和全向信标配合使用，全测距设备一般和全向信标配合使用，全向信标提供方位信息，测距设备提供距向信标提供方位信息，测距设备提供距离信息有航向和距离，航空器就能精确离信息有航向和距离，航空器就能精确定位。定位。测距设备的作用距离和全向信标基本相测距设备的作用距离和全向信标基本相同同测距设备测距设备 工作原理：测量电波传播的时间工作原理：测量电波传播的时间 测距过程：测距过程：航空器在询问频率上向地面台发出的航空器在询问频率上向地面台发出的询问脉冲对；询问脉冲对；地面台接收验证频率和脉冲对间隔，经地面台接收验证频率和脉冲对间隔，经过系统延时，触发产生有效应答脉冲对；过系统延时，触发产生有效应答脉冲对；航空器接收应答脉冲，计算时间，换算航空器接收应答脉冲，计算时间，换算成距离。成距离。测距设备测距设备测距设备测距设备 地面测距设备地面测距设备 只要是对本台的询问，都会应答。只要是对本台的询问，都会应答。能同时应对能同时应对100 架航空器的询问。架航空器的询问。航空器航空器 在询问频率上向地面台发询问脉冲。在询问频率上向地面台发询问脉冲。从地面台的应答中捡出对自己询问的从地面台的应答中捡出对自己询问的应答。应答。测距设备测距设备 航空器使用询问频率向地面台发出询问航空器使用询问频率向地面台发出询问信号，并接收地面台的应答信号。计算信号，并接收地面台的应答信号。计算出从发出询问到收到应答的时间，换算出从发出询问到收到应答的时间，换算成距离，就是航空器到地面台的斜距。成距离，就是航空器到地面台的斜距。(t-50s)3 x10 D=t v =x 海里海里 2 1.852 x1056测距设备测距设备定向耦合定向耦合预选器预选器驱动器驱动器监视器监视器测试询问测试询问射频放大射频放大环路器环路器接收视频接收视频960MHz1215MHz测距设备测距设备 覆盖：覆盖：200 海里，和全向信标基本相同海里，和全向信标基本相同 准确度：总的系统误差应不大于准确度：总的系统误差应不大于900 米米或所测距离的或所测距离的 3 工作射频：工作射频：960兆赫兆赫1215兆赫兆赫 频率稳定度：频率稳定度：0.002%测距设备工作在成对的询问频率和应答测距设备工作在成对的询问频率和应答频率，两频率相差频率，两频率相差 63 兆赫兆赫测距设备测距设备 极化：垂直极化极化：垂直极化 对航空器的处理容量：对航空器的处理容量：100 架架 发射的应答能力：发射的应答能力：2700 90 脉冲对脉冲对/秒秒 脉冲对间隔：脉冲对间隔：12 微秒微秒 系统延时：系统延时：50 微秒微秒 应答效率：大于应答效率：大于70测距设备测距设备 和全向信标的配对：和全向信标的配对：频率配对频率配对 相同呼号按相同呼号按3 :1比例发射比例发射 天线同轴安装天线同轴安装 天线非同轴安装，偏置不大于天线非同轴安装，偏置不大于30 米米