1、無線電導航原理與系統(tǒng)第四章無線電振幅導航系統(tǒng) 一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念 無線電振幅導航系統(tǒng) :根據無線電波的信號振幅與導航參數的對應關系，完成導航參數測量功能的導航系統(tǒng)無線電振幅導航系統(tǒng)屬于地基無線電定位系統(tǒng)，一般由地面的導航臺和運載體（飛機、船只）上的測向器組成。地面信標臺和機載測向器構成的無線電振幅導航系統(tǒng) 假若還有另一部裝設在適當地點的地面導航臺，就可得到在某一水平面上的兩條直線位置線，利用它們的交點就可確定出飛機的當前位置。 一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念從原理上講，無線電振幅導航系統(tǒng)可以利用反射信號或直達信號來測定目標的角坐標

2、參量角坐標測量方法最大值法最小值法等信號比較法獲取角參量的方式：E型：利用載波信號振幅本身的變化來實現測向。M型：利用載波信號振幅的調制深度變化進行測向。一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念方位的無線電測量法 振幅導航系統(tǒng)通常利用無線電系統(tǒng)天線 的方向性圖實現對方位角的測量：E型方式中，無線電信號的調制深度保持不變，載波信號的幅度E與導航角參量建立起EE()的依從關系M型工作方式則在其工作區(qū)內保持載波信號幅度大于規(guī)定的數值，用信號的調制深度m和建立起m=m() 的關系。 最大值法最大值法利用具有針狀方向性圖的天線，以運載體本身為中心，以子午線北向N為基準，順時針轉到其方向性

3、圖最大值對準導航臺（信標臺）的位置，此時接收信號為最大，天線所轉過的角度即為所要觀測的導航臺的方位角，或導航臺所在的方向。最大值法在測量信號幅值的過程中，由于接收機輸入端存在著干擾和噪聲，以及測量設備分辨率的影響，使在信號方向性圖的最大值處有一個機載測向器無法分辨的幅值范圍U，所對應的角度區(qū)域稱為不靈敏區(qū)，為減小不靈敏區(qū)的值，要求天線的方向性圖足夠尖銳，并且輸入信噪比盡可能高。 按接收信號最大值測定方向 最小值法最小值法 采用分開一定角度的雙針狀方向性圖天線，將天線從子午北向N旋轉到方向性圖的最小值對準信標臺，天線所轉過的角度即為導航臺的方位。該方法與最大值法相反，其中理想的信號最小值為零值。

4、最小值法在零值點附近也存在一個無法識別信號微小變化的幅值范圍U，由此形成不靈敏區(qū)，但該法的不靈敏區(qū)相對較小，其測向精度也比最大值法要高。另外當天線方向性圖的兩個波束采用不同的調制頻率時，可以比較容易地判斷出導航臺偏離最小值點軸線的方向。 按接收信號最小值確定方向 等信號法（或稱比較信號法等信號法（或稱比較信號法 ）采用部分重合的雙針狀方向性圖天線，當兩個波束的接收信號相等時，即可獲得一條等信號線的方向。轉動天線，使天線兩個波束的接收信號強度相等，即可確定出導航臺的方位。 利用比較接收信號確定方向 一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念三種測量方法比較：最小值法： 靈敏度和精度

5、較高，不靈敏區(qū)較小，且在高頻、超高頻、甚高頻以及微波頻段，均可獲得所要求的方向性圖，因此應用場合較多。 最大值法：接收信號的信噪比最大，天線制作最難；等信號法：性能表現都是居中。一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)的現狀和發(fā)展趨勢 振幅導航系統(tǒng)存在著測向（測角）精度不高的缺點，限制了它的進一步應用，如無法達到類、類的飛機下滑著陸標準。 隨著導航技術的發(fā)展，該類系統(tǒng)經過不斷完善和改進，作為基本的導航手段仍然在航空、航海等領域廣泛應用。一.無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)基本概念無線電振幅導航系統(tǒng)的現狀和發(fā)展趨勢 從目前的發(fā)展趨勢看，振幅系統(tǒng)將逐漸

6、被淘汰或被賦予新的功能，但還會繼續(xù)使用至少20年以上，未來的發(fā)展將更多地采取組合方式，與其它導航系統(tǒng)組成多功能、高可靠的組合系統(tǒng)。如在航路上無線電羅盤和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)結合，可實現地面有臺和無臺兩種條件下的航路導航；儀表著陸系統(tǒng)和微波著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星著陸系統(tǒng)等組成的多模式接收機。二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng) 系統(tǒng)簡介 無線電羅盤測向系統(tǒng)是一種地基定向系統(tǒng)，由機載或船載定向儀自動測定地面發(fā)射臺的無線電波來波方向，從而獲得飛機或船只相對信標臺的角坐標方位數據。 系統(tǒng)由機載設備和地面設備兩部分組成，機載無線電自動定向儀（ADF）是一種M型最小值法測向設備，稱之為無線電羅盤（Radio

7、 Compass）；地面導航臺也稱無方向性信標（NDB） 系統(tǒng)工作頻率一般在150kHzl800kHz范圍內，作用距離典型為250350km。 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)的基本功能包括： 可以連續(xù)自動地對準地面導航臺，引導飛機沿給定航線飛行，在給定方向上完成從一個臺站至另一個臺站的飛行。 通過測出飛機對兩個以上地面導航臺的方位角數值，利用所得到的直線位置線的交點，實現對飛機的水平位置定位。 引導飛機進入空中走廊的出、入口。二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)的基本功能包括：引導飛機完成著陸前的進場機動飛行和下降飛行，使飛機對準跑道中

8、心線，配合儀表著陸系統(tǒng)，引導飛機著陸。 在航海應用中，引導船舶在不良視距下通過狹窄海道和進出港，并且可用來確定發(fā)出SOS呼救信號的遇難船舶的方位。二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)機載無線電自動定向儀 （ADF）機載ADF的種類和型號較多，以旋轉調制式和伺服指針式最為普遍。現以旋轉調制式為例說明。自動定向儀包括三種主要工作狀態(tài)：ADF（自動測向）由垂直天線和環(huán)形天線聯合接收信號進行自動測向；ANT（天線）由垂直天線接收信號作為普通接收機使用；TEST（測試）定向儀自檢，按下測試按鈕時，指示器應指示一規(guī)定的數值（一般為90），以確定定向儀的工作是否正常。 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線

9、電羅盤測向系統(tǒng)ADF 組成天線系統(tǒng)：包括垂直天線、環(huán)形天線和測角器。 羅盤接收機：一般多為普通的超外差式報話兩用接收機，用于將接收的高頻信號進行放大、變頻、檢波等處理，變換為帶有方位信息的低頻信號 控制盒：由表頭及各種旋鈕組成，用來控制各種工作狀態(tài)的轉換、波段轉換、電臺選擇和調諧等 指示器：通過同步電機與測角器相連，用指針指示出所測方位角度的數值。二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤的工作原理 無線電羅盤工作原理方框圖 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)要獲得導航臺相對于飛機的方位，還必須知道飛機的航向角，因此需要與磁羅盤等航向測量設備相結合。另外，為了獲取讀數的方

10、便，飛機上常把磁羅盤與ADF的指示部分合在一起，稱為無線電磁指示器 無線電磁指示器指示方位原理 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)關鍵技術和解決方法關鍵技術和解決方法環(huán)形天線的轉動和雙值性的消除：在ADF中，環(huán)形天線的“8”字形方向性圖最小值方向有兩個（=90o和270），二者相差180，即具有“雙值性” 。采用如圖所示的天線可以消除雙值性。當90o270o時，導體2上的感應電動勢e2超前于導體1上的感應電動勢e1。此時若通過伺服電機使環(huán)形天線順時針旋轉，將逐漸減小，當減小到90時，環(huán)形天線感應的合成電動勢e合=0，天線停止轉動，=90o的方向即為導航臺方向。反之，若-90o90o，

11、則e1超前于e2，通過伺服電機使環(huán)形天線逆時針旋轉，將逐漸增大，直至=90o時為止 消除雙值的環(huán)形天線二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)用測角器代替環(huán)形天線的轉動天線不動、方向性圖轉動的機理 ：在測向過程中，環(huán)形天線的轉動是個關鍵 ，一般采用間接法即天線固定不動，通過測角器實現方向性圖的轉動。 固定的環(huán)形天線及其方向性圖 測角器的作用原理 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)環(huán)形天線的安裝與伺服電機的轉動在飛機上安裝環(huán)形天線時，要求將穩(wěn)定的零值點朝向機頭方向，即“8”字形方向性圖的縱軸與飛機縱軸方向嚴格保持一致。具體實現方法是：使電波從機頭沿機身軸線射入，轉動測角器搜索線圈使

12、其感應電勢消失，指示器指示零度，這樣即確定了機身軸線方向為基準方向。二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無方向無線電信標 無線電測向信標可分為兩類，即全向性和定向性指向標。前者利用無方向性天線發(fā)射信號，用測向儀接收指示信號，也稱為無方向信標。后者利用有一定方向性的天線發(fā)射信號，可用一般收音機或專用接收指示器接收并測定方向 無方向無線電信標臺具有準確的地理坐標位置，定期發(fā)射無線電信號，包括測向、識別和語音信號。有三種基本的工作狀態(tài)：等幅波方式用于測向調幅波方式用于測向和臺站識別語音方式 用于測向和通話。由控制臺實現狀態(tài)之間的轉換。 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無方向信標的

13、組成 話音放大器傳送語音信號，音頻振蕩器產生調幅波信號，等幅波信號直接輸出到高頻信號發(fā)生器。然后通過幅度調制加到高頻載波上，并由放大器產生大功率信號，通過天線輻射到空間去 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)無方向信標發(fā)射信號當信標臺發(fā)射調幅波識別信號時，自動信號鍵的電碼控制一個音頻振蕩器，按電碼組合規(guī)律產生頻率一定的音頻信號 無方向信標的調幅波信號 二二. 無線電羅盤測向系統(tǒng)無線電羅盤測向系統(tǒng)當發(fā)射等幅波識別信號時，自動鍵電碼直接控制高頻信號發(fā)生器，因此在發(fā)“點”和“劃”期間有輸出信號，其它時間沒有信號，如圖4.28所示，因此測向會有中斷，指示器指針會發(fā)生抖動 無方向信標的等幅波信號

14、 三.儀表著陸系統(tǒng)系統(tǒng)簡介 為了保證飛機能在不良氣候條件下或夜間安全著陸，必須使用無線電導航系統(tǒng)向飛機提供高精度的定位引導信息 。儀表著陸系統(tǒng)的地面設備包括航向臺（LOC）、下滑臺（GS）和信標臺（MB）三大部分。航向臺和下滑臺都是利用在空間相交的雙針狀方向性圖天線（見圖4.14），以等信號區(qū)的形式分別提供與水平面成一定角度的下滑面引導、與水平面垂直的航向面引導。下滑面和航向面相交形成一條位于跑道中心線上方、與跑道面有一定角度的固定下滑航道。信標臺為2或3個，在跑道中心線的延長線上，向天空輻射方向性圖為窄圓錐形的無線電波束，提供飛機距離跑道入口的位置坐標信息。 儀表著陸系統(tǒng)工作示意圖 由工作示

15、意圖中可以看出儀表著陸系統(tǒng)的主要組成部分為：下滑臺 航向臺指點信標三.儀表著陸系統(tǒng)下滑臺下滑臺利用兩組在不同高度的天線，同時輻射方向性圖互相交疊的上下兩個波束，在與水平面成一定角度的方向上形成等信號區(qū)。兩組天線的信號可通過載波頻率、調制頻率或調制方式的不同而加以區(qū)別 下滑臺基本方塊圖 下滑臺接收機基本方塊圖 三.儀表著陸系統(tǒng)航向臺 航向臺安裝在跑道中心線的延長線上，提供與跑道平面垂直的航向面信號 。與下滑臺原理類似，航向臺的地面信標沿跑道中心線兩側發(fā)射兩束水平交叉的輻射波瓣，分別被90Hz和150Hz低頻信號調幅。 航向信標臺方框圖 三.儀表著陸系統(tǒng)指點信標 指點信標配合儀表著陸系統(tǒng)使用，架設

16、在飛機進近方向的跑道中心線延長線上，在距跑道始端的幾個特定位置點上垂直向上發(fā)射錐形波束，為飛機提供距離信息。 指點信標的發(fā)射波束 三.儀表著陸系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)的優(yōu)缺點 優(yōu)點：儀表著陸系統(tǒng)設備簡單、使用方便、可靠性高，應用廣泛 缺點：滑道單一，下滑角固定不變對飛機限制大，系統(tǒng)對場地的平整度要求高，易受季節(jié)溫度的影響，工作頻率低，波段少，易受廣播電臺的干擾。四.無線電振幅導航系統(tǒng)的測向誤差角度測量的準確度，是衡量無線電振幅測向系統(tǒng)質量的主要指標之一。每次進行角度測量時，都不可避免地帶有一定的誤差，它是所測量角度值與其真值之差。 測量角參量的誤差 四.無線電振幅導航系統(tǒng)的測向誤差引起角度測量誤差的因

17、素：設備誤差：設備誤差：是指系統(tǒng)本身不完善所產生的誤差，可分為機械與電氣兩方面的誤差。機械方面如天線、測角器等安裝和制造上的不準確等。電氣誤差主要指天線效應與修正不夠，電氣耦合不到位，屏蔽不良，對稱天線電路在電特性上不對稱等，以及接收指示設備的慣性等。極化誤差（夜間效應極化誤差（夜間效應）：無線電測向儀出現極化誤差主要有兩種原因，一是信標臺天線設備本身輻射的不是單純的垂直極化波；二是電波傳播過程中，垂直極化波受電離層反射影響，極化方式有所改變，形成一定傾斜的橢圓極化波。四.無線電振幅導航系統(tǒng)的測向誤差引起角度測量誤差的因素：二次輻射誤差和反射誤差二次輻射誤差和反射誤差：二次輻射誤差主要是指在無線電測向器周圍的金屬物體，在入射電波到來時受到激勵產生二次輻射場，使測向產生的誤差，其大小與入射波和反射波射線間的角度有關。 無線電波傳播方向變化和地形誤差：無線電波傳播方向變化和地形誤差：電波在傳播過程中，若遇到地形變化，如山峰、海岸、障礙物等，會產生繞射、折射等使傳播方向發(fā)生改變的現象，從而使測向產生誤差。四.無線電振幅導航系統(tǒng)的測向誤差引起角度測量誤差的