无线电导航系统讲义

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1、航空无线电导航系统航空无线电导航系统第一章绪论1.1.1 导航与导航系统的基本概念 1.导航 导航的基本含义是引导运行体从一 地到另一地安全航行的过程。 导航强调的是“身在何处，去向哪里”是对继续 运动的指示。导航之 所以定义为一个过程，是因为它贯穿于运动体行动的始终， 遍历各个 阶段，直至确保运行达成目的。应当说大部分运行体都是由人来操纵 的，而对那些无人驾驶的的运行体来说，控制是由仪器或设备来完成 的，这时 的导航就成为了制导。近年来人们将定位于导航并列提出。 事实上定位提供的 位置参量是一个标量， 只有将其与方向数据联合起 来成为矢量，才能服务于 运行体的航行。因此定位与测角、测距一样

2、是导航的技术之一，通过定位可以 实现导航。也可以说 定位是静态 用户要求的；但对动态用户而言要求的是导 航。 2.导航系统 导航系统是用于对运行体实施导航的专用设备组合或设备的 统称。 导航系统是侧重于实现特定导航功能的设备组合体， 组合体内的各部 分必须按约定的协调方式工作才能实现系统功能， 而导航设备一般是 指导航 系统中某一相对独立部分或产品，或实现某一导航功能的单 机。 1.1.3 导航 及无线电导航系统的分类 导航是一门基于“声、光、电、磁、力”的综合性的 应用科学，实现导航的技术手段很多，按其工作原理或主要应用技术可分为下述类 别： （1） 天文导航利用观测自然天体（空中的星体）相

3、对于运行体 所在坐标系中的 某些参量实现的导航称为天文导航。 （2） 惯性导航利用牛顿力学中的惯 性原理及相应技术实现的导 航称为惯性导航。 （3） 无线电导航利用无 线电技术实现的导航称为无线电导航。 （4） 地磁导航利用地球磁场的特 性和磁敏器件实现的导航称为 地磁导航。 （5） 红外线导航利用红外线 技术实现的导航称为红外线导航。 （6） 激光导航利用激光技术实现的导 航称为激光导航。 （7） 声纳导航利用声波或超声波在水中的传播特性和 水声技术 实现的导航（用于对水下运行体的导航）称为声纳导航。 （8） 地 标或灯标导航利用观测（借助光学仪器或目视）已知位 置的地标或灯标实 现的导航称

4、为地标或灯标导航。 2.无线电导航系统的分类 无线电导航是导航 中的一大分支，是当今应用最广、发展最快、在导 航家族中站主导地位的一类 导航技术。 下面介绍几种常用的无线电导 航系统分类： （1） 按用户使用时 相对依从关系分类 1 自备式（或自主式）导航系统。这类导航系统仅依靠装 在运行体 上的导航设备就能独立自主地为该运行体提供导航服务。2 他备式（非自主式）导航系统。这类导航系统必须有运行体以外 且安装位 置已知的导航设备相配合才能实现对该运行体的导航。 这些 居于运行体之外 的配合实现导航功能的导航设备及其附属设备通常 称为导航台站， 而装在运 行体上的导航设备通常称为该导航系统的用

5、户设备或载体设备。可见、他备式 （非自主式）导航系统是由台站和 用户设备共同组成的，所以它的用户设备必须依赖于台站，这与自备 式导航系统明显不同。 （2） 按无线电导航台站安 装地点分类 1 这种导航系统的导航台站安装在地球表面 地基无线电导航系 统。 的某一确知位置上。 2 这种导航系统的导航台站安装在空中某一特 空 基无线电导航系统。 定载体上。 3 这种导航系统的导航台站安装在人造地球 卫 星基无线电导航系统。 星或自然星体上。 （3） 按无线电导航系统最大 作用距离分类（参考数据以航空导航为 主） 1 近程导航系统。作用距离在 500km 以内。 2 远程导航系统。作用距离在 500k

6、m 以上，活在地球上任何 地点都 是该系统的有效作用范围。 （4） 按系统提供的导航参量（或位置线 形状）分类 1 。 无线电测角导航系统（直线位置线）2 。 无线电测距导航系统（圆位置线） 无线电测距差导航系统（双曲线 位置线） 3 。 复合式（测角/测距、测距/测距差）无线电导航系统 4 （5） 按系统中主要观测的电信号参量分类 1 振幅式无线电导航系统。 2 频率式无线电导航系统。 相位式无线电导航系统。 3 脉冲式无线电导 航系统。 4 5 复合式无线电导航系统。第二章中波导航系统2.3 系统技术实现 2.3.1 地面设备 中波导航机是一种连续波发射器，通过直 立天线全向发射中频信号，

7、 以地波形式传播， 其天线水平面方向图为圆形垂 直面方向图为半 8 字 形。 中波导航机主要有无方向性天线、 功率放大器、 调幅器、 激励器、 识别信号键等组成。其中激励器产生频率为 1501700kHz 的信号， 经调幅和功率放大器放大，通过无方向性天线辐射到空间去；音频振 荡器产生频率一定且收识别点马键控制的音频信号， 对高频信号的幅 度进行 调制，用于实现台识别；识别信号键产生的识别键控制信号， 还可以直接控制 激励器工作，产生等幅报信号。中波导航机天线通常 采用“T 型”或“T 宠型” 天线，辐射信号以地波形式传播。中波导航机为了给无限电罗盘提供测向信号，它只需全向发射连 续等幅波中频

8、 信号即可。但为了给飞行人员提供台识别信息，就需要 在发射的连续等幅波信 号中调制识别信号。 这个识别信号是一组莫尔 斯码它由码元“点” “划”组成，、 “点”是宽约为 125ms 的脉冲， “划” 脉冲的宽度是“点”脉冲的三倍。 为了能在“点” “划”期间产生音 、 频信号以便飞行员的耳机中出现音响，需 要用这些“点” “划”脉冲 、 控制一个音频振荡器工作， 所以所产生的键控 音频信号再去调制中频 中频连续波信号，这样中波导航机发射的信号就成为了 键控调幅波， 即在发“点” “划”期间，导航台发射调幅信号，在“点” “划” 之 、 、 间发射等幅信号，信号始终连续发出，测向不会中断。 中波

9、导航机 除主要为无线电罗盘提供测向信号外，还可作为应急 通信电台使用，实施单向 对空联络，这时他可发等幅电报（直接键控 激励器） 、调幅电报进行地空通 话。进行地空通话是，只需要将语音 信号对高频信号直接调频，经天线辐射出 去即可。第四章 伏尔系统4.1 概述 伏尔是甚高频全方位测向（Very High Frequency Omni directional Range）英文缩写 VOR 的汉语译音名称。伏尔系统是一种由机载设备 直接导出 导航参量近程无线电导航测角系统， 属于他备式主动导航系 统，导出的导航 参量是飞机相对于伏尔信标台的磁方位角（即飞机磁方位角） 。目前已是空中交通管制不可分割

10、的一部分，是陆地上无线 电近程 导航和飞精密进近的国际标准系统。 4.1.1 系统组成、功用和配置 伏尔系统 由地面设备和机载设备两大部分组成。地面设备是伏尔信 标，工作在 108- 118MHz 甚高频波段，在 360范围内发射方位信号， 故又称为全向信标；与 之配套的机上设备称为伏尔接受机，采用无方 向性接受天线，测量的角度信息 用表头予以指示或传送给机上计算 机。 伏尔系统的功用是通过机载伏尔接收 机接受地面伏尔信标发射的 信号，经处理获得飞机相对于伏尔信标台的磁方位 角，在空中给飞机 提示飞机方向，以引导飞机沿着预定的航线飞行， ，在现 代飞机上， 可以预先吧沿着航线的各个 VOR 地

11、面台的位置、发射频率、应飞 的航 线等 逐项输入飞机管理系统或自动飞行系统，在计算机的控制下， 飞机 就按输入的数据自动飞行，并最终到达目的地。该系统通常用于 航路导航，也 可在机场用于引导飞机归航和非精密进近。 伏尔信标通常架设在某航路点或机 场终端区域。伏尔信标从用途 上可分为航路伏尔和终端伏尔。航路伏尔（VOR- C）台址通常选在附 近区域无障碍物的航路点上，如山的顶部，以尽量减少因 地形效应引 起的测角误差。在一条“空中航路”上，根据航路的长短，规定的 航 路宽度和伏尔系统的精度可以设置多个 VOR-C 台， 每个 VOR-C 台可辐 射 无限多的方位线或径向线作为预选航道， 飞机沿着

12、预选的航道可以 飞向或飞 离 VOR-C 台， 并指出飞机偏离航道的方向 （左或右） 和角度，实现飞机安全巡航。VOR-C 台还可以作为航路检查点，为实行交通管 制服务。 终端伏尔（VOR-T）安装在机场跑道附近或跑道次着陆端中 线延长线上，引导 飞机归航和进场着陆。第五章 地美仪系统5.1 概述 地美仪是测距器（Distance Measuring Equipment, DME）英文缩写 的汉语译音名称。DME 系统是一种无线电测距导航系统，是目前民用 航空广泛 运用的一种近程航空无线电导航系统。 5.1.1 系统组成、功用与配置 DME 系 统是询问-回答式脉冲测距系统，主要由设置在地面的

13、应 答器和机上的询问其 构成。DME 系统的功能是采用询问-回答式脉冲 测距方式，测量飞机相对于地 面应答器所在位置的距离（斜距） ，用 于飞机提供距离导航信息。 DME 系统 的地面应答器架设在航路点或机场的已知地理位置，为 DME 机载设备提供测距 应答信号，既可用于航路导航，也可以用于机 场终端区域的导航，为了某些特 殊用途，DME 应答设备还可以安装在 大型军舰或大型飞机上。第六章 塔康系统6.1 概述 塔康是战术空中导航（Tactical Air Navigation）引文缩写 TACAN 的汉语译音名称。由于该系统的有效作用距离在近程范围内，且只用 于航空导 航，所以又称为航空近程

14、导航系统。 6.1.1 系统组成、功用与配置 塔康系统 组成一般包括两大基本设备，即塔康信标和机载设备。完善 的塔康系统配置除 信标和机载设备外，还配有信标监测器，信标模拟 器和塔康指示控制设备等。 塔康信标以旋转天线方向性图的形式向作 用空域发射无线电信号， 为安装塔 康机载设备的飞机提供方位测量信 息， 同时作为测距应答机， 接受并回答机 载设备发来的测距询问信号。 塔康机载设备接受塔康信标发射的方位信号，实 现方位角的测量，同 时作为测距询问机发射和接受测距信号，实现距离数据测 量，所测得 的距离和方位数据既可以通过机载设备指示器直观显示， 也可以 通过 导航计算机计算获得位置坐标数据，

15、供显示或助航。 塔康信标监测器是 用于监视和测量塔康信标主要性能指标的配 套设施，是保证信标可靠工作的重 要专用仪器组合；塔康信标模拟器 是检查、测试和校准塔康机载设备主要性能 指标的专用设备，它模拟 产生塔康信标发射的方位信号和距离回答信号等， 并准确提供方位距 离射频信号电平等数据，方位和距离变化率，具有完善的测 试和控制 功能；塔康指示控制设备，有时也称为塔康机载设备测试仪，它是测试塔康机载设备收/发主机的必备配套设备，能为测试塔康机载设备 提供指示 控制等全套从属部件及适当的接口， 可以方便与塔康信标模 拟器配合，对机 载设备主机进行全面测试。 塔康系统的功能是为飞机提供方位角和距离导

16、航信 息实现为飞 机指向极坐标定位，可用于建立航线、归航、空中战术机动和作为 位 置坐标传感器。 塔康信标通常架设在机场或航路点的已知地理位置，为塔 康机载 设备提供方位信号及测距应答信号。 ，所以常称为塔康地面信标（或 塔康地面设备） 。为了某些特殊用途塔康信标还可装在大型军舰、大 型飞机 上，称为舰载塔康信标、机载塔康信标。第七章俄制近程导航系统7.1 概述 俄制近程导航系统勒斯波恩系统的重要组成部分， 该系统除具有塔 康 系统的极坐标定位功能外，还有地面监视和进场着陆引导以及空/空 相对导 航等功能，是一个多功能综合导航系统。 7.1.1 系统组成、功用和配置 俄制 近程导航系统组成与塔康系统类似， 也是由地面设备和机载设备 两大部分构 成， 完善的系统配置还包括地面设备模拟器和机载指示控 制设备等。地面设 备及其附属设备构成台站，通常称为俄制近程导航 台。 俄制近程导航系统机 载设备也是勒斯波恩系统机载设备的重要组成部分。 勒斯波恩系统机载设备是一部极坐标定位功能机载设备和地 面监