無線電部分2/3/20231第十四講無線電導航系統概述無線電導航系統（基本內容）無線電導航基礎VHF甚高頻導航系統DME測距機LRRA無線電高度表WXR氣象雷達GPWS近地警告系統TCAS防撞系統2/3/20232無線電導航基礎1、導航基本概念2、導航參量3、導航定位方法

4、無線電導航系統分類2/3/202331、導航基本概念2/3/20234（2）導航的基本課題

如何確定他的位置；如何確定他從一個位置向另一個位置前進的方向；如何確定距離（或速度、時間）。

總之，由于導航的目的和對象的不同，要求解決的問題也會有所區別。但從根本上說，導航就是為了給領航員提供航行中的位置、方向、距離和速度這些導航參量。因此，導航的研究，就是要弄清楚這些導航參量如何地進行測量和如何地運用；而導航的實踐，就是運用所得到的結果來保證運動體安全面有效地航行。

2/3/202352、導航參量導航系統的功用就是獲取一個或多個各導航參量（1）航向（HDG）由飛機所在位置的磁北方向順時針測量到航向線的角度在水平面的投影。以磁北為基準的航向稱為磁航向；以真北為基準的航向稱為真航向。2/3/20236（2）方位角是以磁北或真北為基準，順時針量到水平面上某方向線的角度。飛機方位角電臺方位角（VOR方位角）

2/3/20237飛機方位角VOR方位角相對方位角飛機航向角角度之間的關系：VOR方位角=飛機方位角+180O

=相對方位角+飛機航向角2/3/202383、導航定位方法

必須利用平面中的兩條或兩條以上的位置線相交，才能確定飛機的具體位置點。ρ-θ定位系統

VOR+DMEθ-θ定位系統VOR+VORρ-ρ定位系統ρ-ρ-ρ定位系統2/3/202394、無線電導航系統分類（1）定位：DMEVOR（2）測高：LRRA（3）著陸引導：ILS（4）環境檢測：WXRTCASGPWS2/3/202310VHF導航系統VHFNAV系統的基本原理VHFNAV概述系統部件組成及功能2/3/202311VHFNAV系統概述2/3/202312

1、系統功能VHFNAV系統包括：VOR、ILS兩部分，用于飛機在航路上飛行、著陸近進時提供飛機的位置數據。VHFNAV接收機向FMC提供方位、航向線與預選值的偏離信息。FMC用VOR導航接收機和DME測距機測量地面導航臺地理位置的方位、距離信號與慣性基準系統來的導航數據進行綜合運算，得出精確的飛機導航數據。

VHF全向信標（VOR）系統是一種精確的航路導航系統，在VOR工作方式時，系統提供飛機相對于VOR臺的方位角和航道偏離信號。VOR地面臺發射可提供從000度到359度范圍的無線電信號。VOR地面臺一般將000度基準設定到磁北方向。2/3/202313儀表著陸系統（ILS）是一種引導飛機進近著陸的設備。提供用于進近過程中將飛機引導到跑道所必須的航向和垂直位置數據。系統使用來自下滑道地面臺和航向道地面臺的信號。

下滑信標發射信號為飛機提供接地點在跑道上的下降通路。（垂直引導）

航向信標發射信號為飛機提供到跑道中心線的航向指示。

（橫向引導）

指點信標提供距離引導

2/3/2023142、系統工作頻率VHF頻段VOR:108.00—117.95MHz頻率間隔50KHz,其中108—112MHz為VOR和LOC共用小數點后第一位為奇數的用于LOC;小數點后第一位為偶數的用于VORILS：G/SUHF頻段329.3—335MHz間隔150KHzLOC108.00—111.90MHz頻率間隔50KHz

小數點后第一位為奇數的用于LOC用于航路導航的VOR導航臺112.00—117.95MHz頻率間隔50KHz用于進近著陸的VOR導航臺108.00—111.95MHz頻率間隔50KHz

小數點后第一位為偶數的用于VOR2/3/202315VHFNAV工作原理一、VOR全向信標的基本工作原理2/3/202316

VOR系統在航空導航中的基本功能有兩個方面。1、定位利用VOR設備定位有兩種方法（1）測角定位。（2）測角-測距定位。2、沿選定的航路導航飛機沿著預選航道可以飛向（To）或飛離（From）VOR臺，并通過航道偏離指示器指出飛機偏離預選航道的方向（左邊或右邊）和角度，以引導飛機沿預選航道飛往目的地。在一條“空中航路”上，根據航路的長短，可以設置多個VOR臺。VOR臺在航路上的安裝地點叫航路點（wayPoints）。飛機從一個航路點到另一個航路點按選定的航道飛行。假定飛機從起飛機場A選定225°方位線飛向VOR臺-l，在飛越VOR臺-1上空后，再選90°方位線飛離VOR臺-1；在距離（頻率）轉換點B，再接270°方位線飛向VOR臺-2，接著按45°方位線飛離VOR臺-2，……。這樣，一段接一段地飛行，直到目的地機場C。

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VOR全向信標的基本工作原理我們可以把VOR地面臺想象為這樣的一個燈塔；它向四周放射全方位光線的同時,還發射一個自磁北方向開始順時針周期旋轉的光束，如果一個遠距觀察者記錄了從開始看到全方位光線到看到旋轉光束之間的時間間隔，并已知光束旋轉速度，就可以計算出觀察者磁方位角。實際上，VOR臺發射被兩個低頻信號調制的射頻信號。這兩個低頻信號，一個叫基準相位信號，另一個叫可變相位信號。基準相位信號相當于全方位光線，其相位在VOR臺周圍的各個方位上相同；可變相位信號相當于旋轉光束，其相位隨VOR臺的徑向方位而變。飛機磁方位（相當于觀察者磁方位）決定于基準和可變相位信號之間的相位差（相當于看到全方位光線和光束之間的時間差）。機載設備接收VOR臺的發射信號，并測量出這兩個信號的相位差，就可得到飛機磁方位角，再加180°就是VOR方位。

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VOR機載設備的基本工作原理是測量地面臺發射的基準相位30Hz和可變相位30Hz的相位差，兩個30Hz信號的相位差正比于VOR臺的徑向方位（以磁北為基準零度）。為了在接收機中能夠分開兩個30Hz信號，VOR臺發射信號采用兩種不同的調制方式。

可變相位信號：用30Hz對載波調幅，相位隨VOR臺的徑向方位而變化。

基準相位信號：先用30Hz對9960Hz副載波調頻，然后調頻副載波再對載波調幅。而30Hz調頻信號的相位在VOR臺周圍360°方位上是相同的。

2/3/202319二、儀表著陸系統的工作原理儀表著陸系統的工作概況與系統組成

儀表著陸系統（ILS），早在1949年就被國際民航組織定為飛機標準近進和著陸設備。它能在氣象條件惡劣和能見度差的條件下給駕駛員提供引導信息，保證飛機安全進近和著陸。為了著陸飛機的安全，在目視著陸飛行條例（VFR）中規定，目視著陸的水平能見度必須大于4.8km，云底高不小于300m。在很大一部分機場的氣象條件不能滿足這一要求，這時著陸的飛機必須依靠ILS提供的引導進行著陸。ILS提供的引導信號，由駕駛艙指示儀表顯示。駕駛員根據儀表的指示操縱飛機或使用自動駕駛儀“跟蹤”儀表的指示，使飛機沿著跑道中心線的垂直面和規定的下滑角，從450m的高空引導到跑道入口的水平面以上的一定高度上，然后再由駕駛員看著跑道操縱飛機目視著陸。2/3/202320著陸標準等級國際民航組織根據在不同氣象條件下的著陸能力，規定了三類著陸標準，使用跑道視距（RVR）和決斷高度（DH）兩個量來表示。

決斷高度（DH）是指駕駛員對飛機著陸或復飛作出判斷的最低高度。在決斷高度上，駕駛員必須看見跑道才能著陸，否則應放棄著陸，進行復飛。決斷高度在中指點信標（I類著陸）或內指點信標（11類著陸）上空，由低高度無線電高度表測量。2/3/202321ILS系統包括三個分系統：提供橫向引導的航向信標（localizer）、提供垂直引導的下滑信標（glidealope）和提供距離的指點信標（markerbeacon）。每一個分系統又由地面發射設備和機載設備所組成。內指點信標僅在Ⅲ類著陸標準的機場安裝。

航向信標天線產生的輻射場，在通過跑道中心延長線的垂直平面內，形成航向面或叫航向道，用來提供飛機偏離航向道的橫向引導信號，下滑信標臺天線產生的輻射場形成下滑面，下滑面和跑道水平面的夾角，根據機場的凈空條件，可在2一4°之間選擇。

2/3/202322（一）、LOC系統的基本工作原理VHF振蕩器產生108.10-111.95MHz頻段中的任意一個航向信標頻率，分別加到兩個調制器。一個載波用90Hz調幅，另一個用150Hz調幅。兩個通道的調幅度相同（20士1%）。調制后的信號通過兩個水平極化的天線陣發射，在空間產生兩個朝著著陸方向、有一邊相重疊的相同形狀的定向波束，左波束用90Hz正弦波調幅，右波束用150Hz正弦波調幅。兩個波束組合的航道寬度約為4°，在兩個波束相重疊的中心線部分，90Hz和150Hz調制信號的幅度相等，形成航向面定義為航向道，并調整它與跑道中心線相重合。

當飛機在航向道上時，90Hz調制信號等于150Hz調制信號。若飛機偏離到航向道的左邊，90Hz調制信號大于150Hz調制信號，反之，150Hz調制信號大于90Hz調制信號。

2/3/202323機載設備的功能就是接收和處理航向信標臺的發射信號，即放大，檢波和比較兩個調制信號的幅度，由“中心零位指示器”顯示飛機偏離航向道的方向（左邊或右邊）和大小（度）。如飛機在航向道上，90Hz信號等于150Hz信號，指示器指零；飛機偏離到航向道的左邊，90Hz信號大于150Hz信號，指示器向右指；反之，向左指。

2/3/202324（二）、G/S系統工作原理下滑信標和航向信標工作原理基本類似，特別是機載設備。兩者主要不同之處是下滑信標工作頻定在UHF波段（329.15—335.00MHz）。

下滑信標天線在順著著陸方向上發射兩個與跑道平面成一個定仰角（叫飛機下滑角），并有一邊相重疊的相同形狀的波束。兩個波束中心的最大值以相同量向上或向下偏離下滑道，兩個波束信號以相同的頻率發射。但上波束用90Hz調幅，下波束用150Hz調幅。

2/3/202325二、系統部件組成與功用1、系統部件組成(主要)VHFNAV控制板P8航道選擇部分P7天線:VOR/LOC、LOC/GS顯示組件:EADI、EHSI、RDDMI(P1\P3)VHFNAV接收處理組件:VOR、ILS(電子艙)

2/3/202326駕駛艙面板位置圖P1機長儀表板P2中央儀表板P5前頂板P5后頂板P7遮光板P3副駕駛儀表板P9前電子面板控制臺P8后電子面板。

2/3/2023272、部件功用（VOR部件關系圖）2/3/202328（1）VHFNAV控制板（VORDMEILS)用于對VOR/ILS、DME系統的自動或人工頻率選擇TEST用于系統的自測試(兩個三位置開關)2/3/202329（2）VHFNAV接收處理組件方位信號，驅動無線電磁指示器（RMI）的指針；航道偏離信號，驅動水平姿態指示器（HSI）的航道偏離桿；向／背臺信號，驅動HSI的向／背指示器；旗警告信號，驅動HSI上的警告旗。2/3/20233051RV-4BVOR/ILS(參看圖2-51)接收：通過天線接收來自地面VHF、UHF信號輸出：VOR方位角、VOR偏離、LOC偏離、G/S偏離、音頻等信號；向顯示器提供警告旗信號.前面板測試開關：用于進行接收機的自測試。VOR-900（全數字式組件）VOR/MB(參看圖2-51)接收：通過天線接收來自地面VHF、UHF信號輸出：VOR方位角、VOR偏離、音頻等信號;向顯示器提供警告旗信號.前面板上裝有三個狀態指示器、測試按鈕；LRUSTATUSPASS(GREEN):組件工作正常LRUSTATUSFAIL(RED):組件故障CONTROLINPUTFAIL(RED):輸入控制數據字失效2/3/202331（3）顯示部分VOR方位指示器(RDDMI)顯示相對于飛機磁航向的VOR或ADF臺站方位數據。

當VOR／ADF選擇器在VOR位時，故障指示旗顯示來自VOR／MB接收機的數據無效

羅牌由磁航向信號驅動，固定標線（相當于機頭方向）對應的羅牌刻度指示飛機的磁航向：指針由VOR方位和磁航向的差角信號驅動，固定標線和指針之間的順時針夾角為相對方位角；指針對應羅牌上的刻度指示為VOR方位，它等于磁航向加相對方位；而指針的尾部對應的羅牌刻度為飛機磁方位，它與VOR方位相差180°。

2/3/2023322/3/202333EHSI電子水平狀態指示器1、方式指示2、偏離桿3、航道指示4、向背臺指示5、下滑偏離指示6、頻率顯示7、VOR方位向量顯示(方位指針)8、非正常數據指示2/3/202334偏離桿：指示與飛機實際位置相反，偏離刻度有四個點對于VOR5度/點；對于LOC1度/點。航道指針：預選航道通過一條以飛機三角形符號為中心的帶箭頭的指示桿來指示。下滑偏離指示：在ILS方式下，顯示在EHSI右下角。0.35度/點。向背臺指示：當預選航道選定后，飛機可以沿著選定航道飛離或飛向VOR臺。總之，航道偏離指示和向背臺指示與飛機航向無關。2/3/202335EADI電子姿態指引儀的顯示航向正常1度/點，<0.6點時:轉為擴展方式0.5度/點。下滑偏離指示0.35度/點2/3/202336（4）天線（VOR、LOC、G/S）2/3/2023372/3/202338第十七講DME測距機2/3/202339一、系統概述二、DME工作原理三、系統組成及部件功用四、DME系統結構和相互聯系學習要點：1、系統功用、基本工作原理2、DME系統顯示情況3、DME的工作方式（工作過程）2/3/202340一、DME系統概述通常，大型飛機的飛行高度在30000ft左右,飛機與DME臺的距離在35nmile以上，所測得的斜距R與實際水平距離的差別小于1%。飛機在著陸進近的過程中與DME臺的距離小于30nmile，其飛行高度通常也已降低（距離為6nmile時高度為5000ft），因而所測得的斜距與水平距離的差別仍然為1%左右。所以在實用中把斜距稱為距離是可以接受的。只有在飛機保持較高的高度平飛接近測距臺的情況下，斜距與實際水平距離之間才會出現較大的誤差。利用測距機所提供的距離信息，結合全向信標（VOR）系統所提供的方位信息，即可按ρ-θ定位法確定飛機的位置，并進而計算地速、預計到達時間和其他導航參數。這些計算是由FMC完成的。地面DME臺通常是和VOR信標臺同臺安裝的。同樣，利用所測得的飛機到兩個或三個測距臺的距離，也可按ρ-ρ或ρ-ρ-ρ定位法確定飛機的位置，進行各種導航計算。利用機場測距臺和機場VOR臺，則可以實現對飛機的進近引導。2/3/202341二、DME測距機工作原理（一）頻率及波道選擇在962～1213MHz范圍中，共有252個測距波道，波道間隔1MHz。其中機載測距機的詢問發射頻率為1025～1150MHz，測距機的接收頻率（測距信標臺的發射頻率）比詢問頻率高或低63MHz。兩種信號工作方式:X方式和Y方式,X方式脈沖間隔12us，Y方式脈沖間隔36us。作用距離0~389.99海里當VOR和LOC頻率選定時，DME頻率即配對產生。

2/3/202342詢問、應答脈沖2/3/202343（二）測距機系統工作概況工作方式概況（詢問、應答、接收、計算）2/3/202344學習DME測距機要解決的問題：1、DME測距機什么情況下開始工作？2、怎樣找到臺？3、怎樣識別地面臺對自己的應答？4、DME測距機的工作過程（實際的工作方式）？機載測距機的詢問

接通電源后正常工作。但只有當飛機進入了系統的有效作用范圍（389.99nm)，在測距機接收到足夠數量的測距信標臺所發射的射頻脈沖對信號的情況下，測距機才會產生脈沖對詢問信號發射，以使測距信標臺產生相應的應答信號。DME詢問器和ATC應答機通過抑制線路連接，以實現發射相互抑制。測距機所產生的詢問脈沖信號的重復頻率是變化的。跟蹤狀態，通常為10～30對/秒，典型22.5對/秒；搜索狀態，一般為40～150對/秒，典型90對/秒。2/3/202345測距信標臺的應答（三種）詢問應答、斷續發射、測距信標臺的識別信號

測距信標臺在接收到詢問信號后，經過50μs的延遲，便產生相應的應答信號發射，以供機載測距機計算距離，這就是詢問應答信號；地面測距臺應能為進入有效作用范圍的所有飛機的測距機提供詢問應答信號。（飛機有時多、少、無）。為使測距信標臺保持最佳工作狀態，且不導致發射機過載，應答重復頻率基本保持不變。（一般同時100架）在測距信標臺中采取用接收機噪聲來觸發發射機產生脈沖對信號發射的方法，使測距臺發射機在詢問飛機很少的情況下也維持規定的發射重復頻率，使測距機正常發揮其功能。解決機載測距機是在接收到一定數量的地面臺所發射的脈沖信號后，才開始發射詢問信號的，地面測距臺只能在接收到詢問信號后才產生應答信號發射，當地面測距臺因為沒有詢問信號而不發射應答信號，而測距機又因接收不到一定數量的脈沖信號而不可能發射詢問信號的情況。為了便于機組判別正在測距的測距信標臺是否是所選定的測距信標臺，各信標臺以莫爾斯電碼發射三個字母的識別信號。識別信號由點、劃組成，識別信號每隔30s發射一次，每次所占用的時間不超過4s。

第1、2類信號都是隨機間隔的脈沖對，而識別信號則是等間隔的脈沖對。2/3/202346應答抑制

所謂抑制，是指測距信標臺在接收到一次詢問脈沖對后，使信標接收機抑制一段時間，抑制的時間一般為60μs，特殊情況下可達150μs。在抑制的寂靜期中，信標臺不能接收詢問脈沖，采取這一措施的目的是防止因多徑反射信號而觸發應答。2/3/202347測距機的接收機載測距機在每發射一對詢問脈沖后即轉入接收狀態。所接收的信號中，既可能有測距信標臺對本機詢問的應答信號，也包括信標臺對眾多的其他飛機測距機的應答脈沖，此外還包括信標臺的斷續發射脈沖信號及識別發射信號。

即使飛機處于測距系統的覆蓋范圍之內，也并不是所有的詢問都能得到應答的。測距信標臺每接收到一次詢問信號，均會使它的接收機進入60μs的抑制期，從而使在后續的60μs期間內到達的詢問信號得不到應答；本架飛機上的ATC應答機在回答地面二次雷達詢問的發射期間，以及在TCAS和另一套測距機的詢問期間均會對本套測距機抑制約30μs；在測距信標臺發射識別信號的點、劃期間，也會使詢問信號得不到應答。

2/3/202348距離計算

測距機發出的詢問信號與相應的測距信標臺應答信號所經歷的是往返距離2R。計入測距信標臺的固定延遲50μs。

光速C=1.618×105nmile／s。若時間以微秒計，距離以海里計，式中的12.359us是射頻信號往返1nmile距離所經歷的時間。2/3/202349（三）應答識別——閃頻原理

為了獲得距離信息，測距機首先必須解決的一個基本問題是如何從測距臺的眾多的應答信號中識別出對本機詢問的應答信號來。所謂閃頻，就是在測距機中設法使詢問脈沖對信號的重復頻率圍繞一個平均值隨機顫抖而不是固定不變。這樣，同時工作的多臺測距機的詢問脈沖重復頻率就會各不相同，為對所接收的應答信號進行同步識別提供了基礎。2/3/202350（四）DME系統實際的工作方式（工作過程）（參考書上P82）2/3/202351工作方式故障檢測：機載DME內部有監控電路，可在自測試、DME失鎖或每經過58秒時（離臺飛行）對接收機及距離數據進行檢查自測試：測試開關靈活調諧：當只有一部DME工作時，FMC利用靈活調諧方式來進行定位。2/3/202352二、系統部件組成及功用飛機上同上裝有兩套相同的（機載）測距機，每套的組成：*測距機（詢問器）*顯示器RDDMIEHSI*控制板與VHFNAV共用*天線2/3/202353系統部件功用DME詢問器用于向地面發射詢問脈沖對，接收應答脈沖對，對信號處理，計算距離并將計算所得到的距離數據送到DME指示器（數字距離信息）和飛機其它系統（模擬距離信息）。輸出音頻識別信號輸往AIS。DME天線與ATC天線可以互換（參見圖2-66）顯示

RDDMIEHSI：人工調諧，VOR/ILS方式下左上角三位數字顯示>100NM顯示三位正整數<100NM顯示帶有一位小數自動調諧，無距離顯示右下角顯示AUTO2/3/2023542/3/2023552/3/2023564、控制板2/3/202357四、DME系統結構和相互聯系DME系統方塊圖(參看圖2-69)2/3/202358低高度無線電高度表一、系統概述二、系統組成與部件功能三、系統工作原理

學習要點：1、LRRA的功能；2、LRRA的顯示情況；3、DH、ALT的復位；4、系統工作原理2/3/202359一、LRRA系統功能用來測量飛機離開地面的實際高度，提供預定高度和決斷高度的聲音和燈光信號。它是在進近著陸過程中保證飛行安全的重要設備。配合ILS完成著陸任務。系統的范圍是－20到2500英尺。2/3/2023601、無線電高度表概述無線電高度是一種測距導航設備，利用普通雷達工作原理，以地面為反射體。在飛機上發射電波，并接受回波以測定飛機到地面的高度。按測量范圍分大高度表〉30000FT脈沖測距原理小高度表LRRA頻率測距原理2/3/202361民航上應用的是LRRA，配合ILS完成著陸任務。指示隨地形而變，與地面的覆蓋層大氣條件無關。2、幾個高度概念2/3/202362二、LRRA系統工作原理2/3/202363三、LRRA系統組成與部件功能2/3/2023641、LRRA收發機發射機用于產生發射信號（中心頻率為4300MHZ的調頻連續波）、接收機接收由地面返回的信號，接收機通過比較發射與接收的信號頻率，計算出實際的離地高度。并把數據輸送到相應顯示裝置和飛