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1、第三章 无线电导航系统3.1 无线电振幅导航系统3.2 无线电频率导航系统3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.4 无线电相位导航系统3.1 无线电振幅导航系统3.1.1 振幅导航系统的定义：根据无线电波的信号振幅与导航参数的对应关系，完成导航参数测量功能的导航系统称为无线电振幅导航系统。导航参量：通常是指角坐标参量，包括飞机或船只的方位、导航台方位、飞机的下滑角和航向角3.1 无线电振幅导航系统3.1.2 振幅导航系统的应用范围：一般用于运载体的测向，通过自动测向仪器引导飞机、船只朝向或离开导航，并可以利用两个或两个以上的导航台实现定位，或者通过仪表着陆系统实现飞机的下滑着陆功能。3.1 无线
2、电振幅导航系统3.1.3 组成部分：地面的导航台：发射有一定方向或全方向的无线电信号，又称为信标台或者航向台运载体上的测向器：接收信号和实施定向，称为无线电罗盘或定向接收机工作波段： 长波、中波或者短波，覆盖范围可达几百公里3.1 无线电振幅导航系统3.1.4 振幅导航系统的工作原理：运载体为了利用信标台的信号，需要事先知道信标台的准确的地理坐标，发射频率、发射形式、台站识别码、工作时间等参数，根据这些参数调谐机载设备，得到运载体的方位和位置。发射的信号： 识别信号 识别地面导航台工作信号测量导航参数辅助信号传送某些辅助参数3.1 无线电振幅导航系统3.1.5 测定目标的方法：最大值法最小值法
3、等信号比较法获取角参量的方法：E 型：利用载波信号振幅本身的变化来实现定向M 型： 利用载波信号振幅的调制深度变化进行定向无线电振幅导航系统按接收信号最大值测定方向3.1 无线电振幅导航系统3.1.6 方位的无线电测量法振幅导航系统通常利用无线电系统天线的方向性图实现方位角的测量，在 E 型天线中，载波信号的幅度与导航角参量建立其函数关系：在 M 型工作方式则在其工作区内保持载波信号幅度大于规定的数值，用信号的调制深度m 和角度建立起函数关系：3.1 无线电振幅导航系统3.1.7 测量方法1） 最大值法基本原理： 利用具有针状方向性图的天线，以运载体本身为中心，以子午线北向为基准，顺时针转到其
4、方向性图最大值对准导航台的位置，此时接收信号为最大，天线所转过的角度即为所要观测的导航台的方位角，或导航台所在的方向按接收信号最大值测定方向3.1 无线电振幅导航系统3.1.7 测量方法2） 最小值法基本原理：利用分开一定角度的双针状方向性图天线，将天线从子午线北向旋转到方向性图的最小值对准信标台，天线所转过的角度即为导航台的方位，该方法与最大值法的思想相反，其中理想的信号是最小值为零值。按接收信号最小值测定方向3.1 无线电振幅导航系统3.1.7 测量方法3） 等信号法基本原理：采用部分重合的双针状方向性图天线，当两个波束的接收信号相等时，即可获得一条等信号线的方向，转动天线，使天线两个波束
5、的接收信号强度相等，即可确定出导航台的方位，其不灵敏度和测向精度均介于最大值法与最小值法之间，并且能判断出被测导航台偏离等信号线的方向。按等信号法测定方向3.1 无线电振幅导航系统3.1.8 无线电振幅导航系统的现状和发展趋势无线电振幅导航技术出现很早，早在一次世界大战期间，就可以用于引导船只的归航和出航，并很快发展到对飞机的导航，但是该系统存在着测向精度不高的缺点，限制了他的进一步应用。随着导航技术的发展，该类系统经过不断的完善和改进，作为基本的导航手段仍然在航空和航海等领域广泛应用，其中仪表着陆系统仍然是飞机进近和着陆的设备。特点：设备结构简单，使用维护方便，价格低 廉，指示直观明确，3.
6、1 无线电振幅导航系统3.1.8 发展趋势由于当前 GPS 的迅速发展，振幅导航系统受到了很大的冲击，将逐渐被淘汰或者被赋予新的功能， 。如可用无线电信标台在播发指向信号的同时兼发差分 GPS 修正数据，在局部范围内提高 GPS 的定位精度；或者将信标台改造为只发差分信号的中波数据链台。 从目前的发展趋势来看，振幅系统还会继续使用，但未来的发展将更多的采用组合方式，与其他的导航系统组成多功能，高可靠性的组合系统。3.1 无线电振幅导航系统3.1.9 无线电罗盘测向系统该系统是一种地基定向系统，由机载或船载定向仪自动测定地面发射台的无线电来波方向，从而获得飞机或者船只相对于信标台的坐标方位角数据
7、。组成部分：机载设备 ：无线电罗盘（Radio Compass ）地面设备 :地面导航台无线电罗盘工作原理3.1 无线电振幅导航系统3.1.9 无线电罗盘测向系统基本功能：1 ）可以连续自动的对准地面导航台，引导飞机沿给定航线飞行，在给定方向上完成从一个台站到另一个台站的飞行；2）通过测出飞机对两个以上地面导航台的方位角数据，利用所得到的位置线的焦点，实现对飞机的水平位置的定位；3）引导飞机进入空中走廊的出入口；4）引导飞机完成着陆前的进场飞行和下降飞行，使飞机对准跑到中心；5）在航海应用中，可以确定发出 SOS 呼救信号的遇难船只的方位。3.1 无线电振幅导航系统3.1.10 仪表着陆系统(
8、ILSInstrument Landing System)(1) 系统简介着陆系统是飞机航行中最为重要的阶段，也是事故率最高的阶段，要求飞行员在很短的时间内完成很多高标准的操作。仪表着陆系统包括：航向台下滑台信标台仪表着陆系统工作示意图3.1 无线电振幅导航系统3.1.10 仪表着陆系统(ILS)(2) 优缺点1）只能在空间上提供一条单一的下滑道，一次只允许一架飞机从单方向降落2）提供的下滑角是固定的，对飞机的类型限制很大3）对周围地形要求很高，不允许有遮挡物4）下滑道会随季节和气候变化而变化，容易产生弯曲5）工作频率低，天线尺寸大6）工作波段有限，不适合密集机场7）信号受广播电台的干扰3.1
9、 无线电振幅导航系统3.1.11 无线电振幅导航系统的测向误差1） 设备误差 2） 极化误差3）二次辐射误差和反射误差4）无线电波传播方向变化和地形的影响5）大气噪声干扰误差和接收机内部的噪声干扰6）无声锥的影响测量角参量的误差3.2 无线电频率导航系统3.2.1 可与导航参量相联系的频率有：1） 载波频率2) 调制频率3） 脉冲重复频率4） 信号的差拍频率5） 多普勒频率这些频率可分别建立起与距离、距离差、速度、角度等参量的对应关系，相应的导航系统称之为频率测距、测速系统3.2 无线电频率导航系统3.2.2 频率式无线电高度表基本原理：频率测高通常是利用调频发射信号与反射信号之间的差拍频率进
10、行距离测量频率测距设备的工作示意图3.2 无线电频率导航系统3.2.2 调频式测距3.2 无线电频率导航系统3.2.3 多普勒导航系统是一种基于多普勒效应的自主式导航设备，其测量部件是多普勒导航雷达，通过测量载体在运动过程中发射到地面并反射回来的信号频率偏移或变化，计算出地速和偏流角，并在航姿系统的辅助下完成载体位置的推算功能。发展历程：1945 年开始研究，早期应用于军用飞机的探测和武器控制20 世纪 60 年代，开始应用于商业航行，行星测量等20 世纪 90 年代，惯性导航开始取代多普勒雷达的在测速方面的功能3.2 无线电频率导航系统3.2.3 多普勒导航系统的优点1）系统基本上可以全天候
11、工作2）飞机自备导航设备，不需要设置地面站3） 可以提供全球导航，不受地区和国际协议的限制4）能够连续提供飞机的速度、角度和位置信息，推航的精度约为航程的 23.2 无线电频率导航系统3.2.4 多普勒导航系统的不足1）需要罗盘、航姿系统等的姿态信息才能完成位置定位2）随着距离增加，定位精度随之下降3）系统测量的瞬时速度不如平均速度准确 4）由于反射体的运动，精度有所下降3.2 无线电频率导航系统3.2.5 多普勒系统的实质当两个物体如辐射源和接收机之间存在相对运动时，接收机收到的信号频率，将与发射源所发射的信号的频率是不同的，两者之间相差一个多普勒频移而频移量的大小与辐射源和接收机之间的相对
12、径向运动速度成正比。3.2 无线电频率导航系统(1) 辐射源朝向接收点做径向运动3.2 无线电频率导航系统(2) 辐射源朝着偏离接收点的方向运动3.2 无线电频率导航系统3.2.6 多普勒导航系统的工作原理多普勒系统是由多普勒雷达、航姿系统、导航计算机、显示控制器等构成。多普勒系统导航系统原理方框图3.2 无线电频率导航系统3.2.7 导航精度分析频率测量在研究多普勒导航的测速原理时，都假定反射信号是由地面上一个确定的点发射形成的，但是实际上天线波束不可能窄到一条直线，受波束照射的面积中，含有无数个反射基元，其分布和反射方向都是随机的，从而形成散射，因此反射信号包含了所有散射信号的能量。多普勒
13、频率的测量精度主要取决于类窄带高斯噪声的信号特性，3.2 无线电频率导航系统3.2.7 导航 精度分析系统定位精度1）定位误差主要与平面内的位移有关系，与高度关系方向的位移关系不大；2）定位误差的大小是随着位移的增大而增大，而不是距离，如果载体做闭合路线运动时，返回终点的定位误差可能较小，即经历由小到大，再由大到小的过程；3）定位误差的主要来源是航姿系统，而不是测速雷达3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.1 时间导航系统的概念指以电波传播的时间和导航参数之间的关系作为工作基础的导航系统，通过测量两个脉冲信号的时间间隔，也可以称为无线电脉冲导航系统。功能：测距：测量脉冲信号往返的时间测距差：
14、测量两个信号的传播的时间差测角：测量来回扫描的无线电波束之间的时间间隔，确定载体在空间的方位角3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.2 脉冲无线电高度表通过测量脉冲信号有飞机到地面，再由地面反射回到飞机的传播时间来测定高度，此时的反射体变成了地面而不在是空中的目标高度测量的范围取决于发射脉冲的重复周期，最小可测高度决定于脉冲宽度，如脉宽为 0.5 ，则最小起测高度为 75 米，75 米以下高度就无法测知，称为盲区3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.3 毫微秒脉冲高度表的特点1）采用极窄的毫微秒脉冲体制，减小了脉冲测距的盲区2）由于脉冲极窄，上升前沿很陡，测量精度比较高3）采用脉冲前沿跟踪
15、技术，能够跟踪最近回波的前沿，飞机在复杂地面飞行时，所测高度为最近点目标的距离，能够保证飞行的安全4）脉冲体制，增加测高量程也容易实现5) 能够进行高度预警3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.4 应答/测距系统（DME）1 定义 测量飞机到某固定地点的直线距离，是在第二次世界大战中随着雷达的出现而发展起来的。分类：DME/N: 普通测距器，和塔康系统于 1959 年被确定为国际标准DME/P：精密测距器，和时间基准波束扫描的微波着陆系统确定为新一代国际标准着陆系统3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.4 应答/测距系统（DME）组成部分系统的基本组成地面设备：接收机、信号处理器、发射机和
16、天线机载设备：询问发生器、发射机、天线、接收机和距离计算器基本的工作过程：机载设备发射询问脉冲，被地面台应答器接收，经固定的时间延迟，地面应答器向机上询问器发射回答信号，机上的设备收到回答信号后，根据询问发射和回答接收之间的时间间隔，计算出询问起和应答器之间的直线距离3.3 无线电脉冲/时间导航系统应答/测距系统（DEM）3.3 无线电脉冲/时间导航系统3.3.4 应答/测距系统（DEM）系统的技术改进：1）利用宽带中频放大器保证脉冲信号的陡前沿，改善信噪比和抑制邻波道的干扰2）利用数字调制技术和自动调制控制技术来控制稳定发射脉冲的形状系统的发展前景：精密测距器是微波着陆系统的一个组成部分，因此他们的发展将与整个系统同命运，目前，GPS 技术及其差分技术已经使微波着陆系统受到很大的影响，但是代替微波着陆系统还
