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1、导航原理与系统Navigation Principles and Systems倪育德倪育德中国民航大学中国民航大学第3章 多普勒甚高频全向信标3.1 概述 3.2 VOR的一般特性3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 3.5 DVOR信标的工作原理 3.6 VRB-51D多普勒全向信标 Navigation Principles and Systems3.7 VOR机载系统3.3 VOR在导航中的应用3.1 概 述一、一、VORVOR的发展历史的发展历史 由美国从20世纪20年代的“旋转信标”发展而来； 1946年作为美国航空标准导航系统； 1949年被ICAO采纳为国际标准导航系统； 2
2、0世纪60年代，联邦德国研制出DVOR； VOR的装备量在世界范围内呈上升趋势。VOR是高精度的近程相位测角导航系统CAUC3.1 概 述 1964年：首次引进4套THOMSON的电子管式CVOR ，安装在大王庄、无锡、昆明和英德 ； 1973年：引进10套THOMSON的全晶体管化CVOR ； 1987年：引进13套RACAL的全固态DVOR ； 1988年：引进12套THOMSON的DVOR ； 1993年开始：引进AWA的DVOR 150多套； 1998年开始：引进ALCATEL/THALES的DVOR 多套； 我国民航已建设DVOR 370余套，DVOR/DME 170余套。 二、中国
3、民航使用二、中国民航使用VORVOR的情况的情况CAUC3.1 概 述三、三、VORVOR的发展趋势的发展趋势CAUC一、工作频段与频道分配（一、工作频段与频道分配（1 1）3.2 VOR的一般特性1. 工作频段f =108.00117.95MHz，f =0.05MHz，共200个频道，VOR只用其中的160个频道。2. 频道分配（1）200个频道(108.oo117.95MHz)VOR：160个频道(108.00117.95MHz)LOC：40个频道(108.10111.95MHz)航路VOR：120个频道(112.00117.95MHz)终端VOR：40个频道(108.00111.85MH
4、z)ICAO建议，对于航路VOR，应优先选用112117.95MHz范围内小数点后第一位为奇数的频率，然后考虑该频率范围内小数点后第一位为偶数的频率。 CAUC3.2 VOR的一般特性一、工作频段与频道分配（一、工作频段与频道分配（2 2）2. 频道分配（2）在108.00111.95MHz之间的80个频道，40个分配给 LOC，40个给终端区VOR。 LOC只用在108.00111.95MHz中的以MHz为单位的小数点后第一位是奇数的频率点 ； 终端VOR只用在108.00111.95MHz中的以MHz为单位 的小数点后第一位是偶数的频率点（其中108.00MHz只 用于机载VOR接收机的自
5、检RF） ；CAUC3.2 VOR的一般特性二、二、波的传播、极化形式及覆盖范围波的传播、极化形式及覆盖范围 视距传播 ； 水平极化 ； VOR 信标提供的信号必须在40仰角以下， 使机载VOR接收机在飞行区域所要求的高度和 距离上满意地工作。 三、三、辐射功率与作用距离辐射功率与作用距离 航路VOR：P=100W， R=200nm； 终端VOR：P=50W， R=25nm。CAUC四、分类与精度四、分类与精度3.2 VOR的一般特性 常规VOR（CVOR）：2 多普勒VOR（DVOR）：1 精密VOR（PVOR）：0.25 CAUC3.3 VOR在导航中的应用一、定位一、定位NMLALBVO
6、R/DMENNVOR-AVOR-BBAMLALB 定位 定位CAUC二、沿选定航路导航二、沿选定航路导航3.3 VOR在导航中的应用NNVOR-AVOR-B609030CAUC三、利用三、利用VOR/VORVOR/VOR或或VOR/DMEVOR/DME实行区域导航实行区域导航3.3 VOR在导航中的应用CAUC3.3 VOR在导航中的应用三、利用三、利用VOR/DMEVOR/DME实施近进实施近进CAUC一、多普勒效应（一、多普勒效应（1 1）当发射天线与接收天线之间存在相对运动 时，接收天线感应的电动势的频率就不再等于 发射天线馈电的频率，这种现象就称作多普勒 效应。 fd = fTfR 3
7、.4 DVOR系统可变相位信号的产生 fR fT vT R CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 一、多普勒效应（一、多普勒效应（2 2）1.接收天线不动，发射天线向着接收天线在同一直线上运动 fR fT vT R fd与运动速度v成正比CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 一、多普勒效应（一、多普勒效应（3 3）2.接收天线不动，发射天线远离接收天线在同一直线 上运动 fR fT vT R fd与运动速度v成正比CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 一、多普勒效应（一、多普勒效应（4 4）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（1）fd fdmfdmtABCDAR
8、CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 一、多普勒效应（一、多普勒效应（5 5）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（2）vR1=vRsintfdm为多普勒频率的最大值 在磁北方向 在方向相位中含有方位信息CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 一、多普勒效应（一、多普勒效应（6 6）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（3）NfdtfdtfdtfdtooooESWCAUC二、二、3030HzHz可变相位信号的产生（可变相位信号的产生（1 1）3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 在方向接收信号的频率fR= fT fd= fT fdmsin(t+) 在方向接收的信号为调频波，
9、其中调制信号为sin(t+)在DVOR中，称为30Hz可 变相位信号（30Hz FM）CAUC3.4 DVOR系统可变相位信号的产生 二、二、3030HzHz可变相位信号的产生（可变相位信号的产生（2 2）fR= fT fd= fT fdmsin(t+)设发射天线的馈电为i(t)= Im cosTt , T = 2fT,在 方位上接收的信号为e(t)= Emcos(t)，则 （FM波）CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 图片说明：DVOR常与测距机（DME）信标合装在同一台站。图中在圆周上布 置的天线为DVOR天线，旁边直立的有一个是DME信标的天线。 CAUC一、一、DVORDVOR信标
10、的辐射场（信标的辐射场（1 1）3.5 DVOR信标的工作原理 30Hz基准相位信号（30Hz AM） 30Hz AM信号与30Hz FM信号同频 30Hz AM信号的相位与无关 在N方向，30Hz AM信号与30Hz FM信号同相30Hz基准相位信号：sint CAUC一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（2 2）3.5 DVOR信标的工作原理 30Hz基准相位信号（30Hz AM）： sint 30Hz AM信号与30Hz FM信号相位之间的关系 在N方向，30Hz AM信号与30Hz FM信号同相30Hz可变相位信号（30Hz FM）： sin(t +) 在非N方向，30H
11、z FM信号的相位总是超前30Hz AM信号的相位。30Hz AM信号与30Hz FM信号之间的相位差代 表飞机的磁方位（或称为VOR径向角）CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（3 3）DVORN30Hz AM tt30Hz FM =0tttttto o o 30Hz AM o =9030Hz AM 30Hz FM 30Hz FM =180o o 30Hz AM 30Hz FM o o =270CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（4 4）e (t)= Em1+m Asint+mfco
12、sst+kfcos(t+)cost 调频副载波e(t)=Em1+m Bg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos st+kfcos( t+)cost 话音信号 键控1020Hz识别音频信号 CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（5 5） 载波频率：f =108.00117.95MHz 副载波频率:FS=9960Hz1% 30Hz AM、30Hz FM信号频率：F=30Hz1%（=2F） 调频指数：kf=2R/=161（即最大频偏Fm=480Hz30Hz） mA=30%2%，mf=30%2%，m B最大不超过30% ， m C尽量接
13、近（但不超过）10% e(t)=Em1+m Bg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos st+kfcos( t+)cost 话音信号 键控1020Hz识别音频信号 识别音频频率：1020Hz50Hz 中国民航不使 用DVOR的话音功能 CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（6 6）DVOR的RF辐射场（不包括话音和识别）调频副载波CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 DVOR辐射场的幅度谱 （不包括话音）一、一、DVORDVOR信标的辐射场（信标的辐射场（7 7）CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR
14、信标的工作过程（信标的工作过程（1 1）调幅电路功放载波发生器N 模拟开关1020Hz音频信号发生器Morse码发生器30Hz AM信号发生器上边带振荡器 f+9960Hz下边带振荡器 f-9960Hz功放功放开关网络12523242627234748RcostoUSBLSBgm(t)sintiL(t)iU(t)USBLSB取样载波载波发射机边带发射机CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR信标的工作过程（信标的工作过程（2 2）1.天线系统（1） 载波天线： 1个 边带天线： 48个，50个，52个 监视天线： 1个或2个（折叠式偶极子天线 ）阿尔福特（Alford）
15、天线 水平面垂直面顶空盲区CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR信标的工作过程（信标的工作过程（3 3）1.天线系统（2）（直径约30.5m） 相邻的两个边带天 线相距7.5 CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR信标的工作过程（信标的工作过程（4 4）1.天线系统（3）CAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR信标的工作过程（信标的工作过程（5 5）1.天线系统（4）布设边带天线的圆周直径的计算取VOR工作频率范围的中间值fT=113MHz，则 = 2.65m 。Kf 取其标称值16。 D=13.5mCAUC3.5 DVOR信标的工作原理 二、二、DVORDVOR信标的工作过程（信标的工作过程（6 6）e0(t)=Em01mAsintmf1gm(t)cost 键控1020Hz识别音频2.辐射场的形成（1）1）载波天线的辐射场调幅电路功放载波发生器N 模拟开关1020Hz音频信号发生器Morse码发生器30Hz AM信号发生器12523242627234748RcostoUSBLSBgm(t)sint载波发射机2.辐射场的形成（1）载波天线的辐射场CAUC3.
