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1、,导航原理与系统,Navigation Principles and Systems,倪育德,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 Systems,3.7 VOR机载系统,3.3 VOR在导航中的应用,3.1 概 述,一、VOR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；,20世纪60年代，
2、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,中国民航大学 CAUC,3.1 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、
3、中国民航使用VOR的情况,中国民航大学 CAUC,3.1 概 述,三、VOR的发展趋势,中国民航大学 CAUC,一、工作频段与频道分配（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）,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。,中国民航大学 CAUC,3.2 VOR的一般特性,一、工作频段与频道分配（2）,2. 频道分配（2）,在108.00111.95MHz之间
4、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接收机的自检RF） ；,中国民航大学 CAUC,3.2 VOR的一般特性,二、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、辐射功率与作用距离,航路VOR：P=100W， R=200nm；,终
5、端VOR：P=50W， R=25nm。,中国民航大学 CAUC,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,中国民航大学 CAUC,3.3 VOR在导航中的应用,一、定位, 定位,中国民航大学 CAUC,二、沿选定航路导航,3.3 VOR在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,三、利用VOR/VOR或VOR/DME实行区域导航,3.3 VOR在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,3.3 VOR在导航中的应用,三、利用VOR/DME实施近进,中国民航大学 CAUC,一、多普勒效应（1）,当发射天线与接收天
6、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,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（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,fd与运动速度v成正比,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（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,fd与运动速度v成正比,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（4）,3.接收天线不动
7、，发射天线绕圆周运动（1）,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（5）,3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（2）,vR1=vRsint,fdm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,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（6）,3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（3）,中国民航大学 CAUC,二、30Hz可变相位信号的产生（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，其中调制信号为sin
8、(t+),在DVOR中，称为30Hz可变相位信号（30Hz FM）,中国民航大学 CAUC,3.4 DVOR系统可变相位信号的产生,二、30Hz可变相位信号的产生（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）,中国民航大学 CAUC,3.5 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。,中国民航大学 CAUC,一、DVOR信标的辐射场（1）,
9、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,中国民航大学 CAUC,一、DVOR信标的辐射场（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，30Hz FM信号的相位总是超前30Hz AM
10、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）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,一、DVOR信标的辐射场（3）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,一、DVOR信标的辐射场（4）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,一、DVOR信标的辐射场（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
11、%2%，mf=30%2%，m B最大不超过30% ， m C尽量接近（但不超过）10%,识别音频频率：1020Hz50Hz,中国民航不使用DVOR的话音功能,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,一、DVOR信标的辐射场（6）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,DVOR辐射场的幅度谱 （不包括话音）,一、DVOR信标的辐射场（7）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（1）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（2）,1.天线系统（1）,载波天线： 1个,边带天线
12、： 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） 天线,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（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,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（4）,1.天线系统（3）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（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
13、称值16。, D=13.5m,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（6）,2.辐射场的形成（1）,载波天线的辐射场,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（7）,2.辐射场的形成（2）,iU(t)=Im cos(+s)t,iL(t)=Im cos(s)t,边带天线的辐射场,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,2.辐射场的形成（3）,边带天线的辐射场,二、DVOR信标的工作过程（8）,同步旋转USB、LSB信号在方向的辐射场便为eUL(t),UL,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR
14、信标的工作原理,2.辐射场的形成（4）,二、DVOR信标的工作过程（9）,DVOR信标在方向的辐射场,e(t)=e0(t)+eUL(t)= Em01+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,3.边带天线的馈电 （1）,二、DVOR信标的工作过程（10）,奇混合函数： fo(t)=sin21440t,偶混合函数： fe(t)=cos21440t,fo(t)+ fe(t) =1,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（11）,3.边带天线的馈电 （2）,中
15、国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（12）,3.边带天线的馈电 （3）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,二、DVOR信标的工作过程（13）,3.边带天线的馈电 （4）,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （1）,二、DVOR信标的工作过程（14）,DVOR信标在方向的辐射场,e(t)=Em01+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost,sint，gm(t) 对载波的调幅是在机内实现的；,cosst+kf cos( t+)对载波的调幅是在空间叠加实现的，是由辐射的USB、LSB及载波三者在空间叠加而成的。,中国民航大学 CAUC,3.5 DVOR信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （2）,二、DVOR信标的工作过程（15）,调幅波的性质,调制信号u(t)=Ucos(t+) ，载波uc(t)=Uccos(ct+c),u(t)=Uc1+macos(t+)cos(ct+c) =Uccos(ct+c)+0.5maUccos(c+)t+(c+) +0.5maUccos(c)t+(c),
