第八章無線電導航設備與系統2010.12.313.航空無線電導航系統自動測向器（ADF）全向信標系統（VOR）儀表著陸系統（ILS）測距器（DME）無線電高度表（RA）多普勒導航雷達羅蘭-C系統GPS（全球定位系統）3.航空無線電導航系統民航機載導航設備典型的大型民航飛機上裝有：3套慣性導航設備或2套多普勒雷達、2套伏爾系統、2套DME系統、2套無線電羅盤，以及氣象雷達、羅蘭系統、儀表著陸設備、無線電高度表。可靠性對于民航導航極為重要。3.6多普勒導航雷達(1)機載多普勒導航雷達是一種采用推航定位方法的自主式遠程導航系統，它能夠連續指示飛機相對于某航路點的位置。與其它導航系統相比，多普勒雷達有如下優點：可以連續提供飛機的地速和位置數據；不需要地面導航臺提供信號；可提供全球導航，不受地域限制。3.6多普勒導航雷達(2)多普勒導航雷達的主要缺點：需要外部航向基準，如羅盤、飛行姿態系統等，才能完成定位；與其它推航定位導航設備一樣，如慣導系統，其定位誤差有累積效應，即飛過的距離越遠，定位誤差越大；依靠無線電波參量的變化來測量導航參數，因此必須向外輻射無線電波，會受到干擾。用推算導航法測量飛機航跡航跡航向偏流角地速方向風向&風速3.6多普勒導航雷達(3)利用多普勒系統導航時，由多普勒雷達測出飛機的地速GS和偏流角DA；從外部航向基準獲得飛機的航向角HDG，由航向角和偏流角的代數和即可確定飛機的航跡角TK，由航跡角和地速通過對時間積分，就可以不斷推算出飛機在下一時刻到達的位置（在已知飛機初始位置的條件下）。3.6多普勒導航雷達(4)多普勒效應的實質是：當兩個物體如輻射源和接收機之間存在相對運動時，接收機收到的信號頻率，將與輻射源所發射的信號頻率不同，兩者之間相差一個多普勒頻移，而頻移量的大小與輻射源和接收機之間的相對徑向運動速度成正比。多普勒導航雷達原理3.6多普勒導航雷達(5)機上的多普勒導航雷達向地面發射電磁波，因飛機與電磁波照射的地面之間存在相對運動，雷達接收到地面回波的頻率與發射電磁波的頻率相差多普勒頻率

其中，為飛行速度（空速與風速的合成）在雷達波束軸線方向的投影分量。3.6多普勒導航雷達(6)如果偏流角為0（即沒有側風）：

其中，為波束中心與飛機縱軸方向的夾角。如果偏流角不為0，即地速矢量與飛機縱軸方向不一致，則需要先獲知偏流角，才能根據多普勒頻率計算出地速。發射兩個左右對稱波束測量偏流角飛機縱軸方向地速方向3.6多普勒導航雷達(7)實際上，多普勒雷達同時發射兩個與飛機縱向平面對稱的波束，同時測量偏流角和地速：其中，為兩波束中心與飛機縱向平面的夾角。3.6多普勒導航雷達(8)當飛機上升、下降或在平飛時受到氣流的影響，飛機除了有水平速度還有垂直速度，這一垂直速度也會在波束方向上產生分量。為了消除垂直速度對測量地速的影響，多普勒雷達同時發射兩個與飛機垂直平面對稱的波束。兩個前后對稱波束消除垂直速度影響飛機縱軸方向地速方向3.6多普勒導航雷達(9)波束1向飛機前下方發射，波束2向飛機后下方發射，與飛機縱軸方向的交角均為，則波束1和2上的速度投影分量的總和為：3.6多普勒導航雷達(10)相應地，兩波束測得的多普勒頻率分別是：而

與垂直速度無關。四波束測量偏流角和地速的示意圖3.6多普勒導航雷達(11)三或四波束系統

前－后雙波束：通過測量前后波束的多普勒頻率之差可準確地測量出地速，而不受垂直速度的影響。

左－右雙波束：通過測量左右波束的多普勒頻率從不等到相等天線軸線所轉過的角度，可準確測量出偏流角。3.7羅蘭-C系統(1)羅蘭（LORAN,LongRangNavigation）-C為脈沖－相位測距差系統。羅蘭-C系統工作頻率為100kHz的低頻波段，導航信號采用地波傳播方式，其陸上作用距離達到2000公里；海上作用距離可達3600公里，并且在海面下3m以內的深度均可實現直接導航定位。3.7羅蘭-C系統(2)系統由設在地面的1個主臺與2～3個副臺合成的臺鏈和飛機上的接收設備組成。臺鏈配置示意圖主臺主臺主臺3.7羅蘭-C系統(3)同一臺鏈內的發射臺具有共同的時間基準并位于同一地理區域。至少要有3個發射臺才能組成一個雙曲線臺鏈，臺鏈中的一個發射臺定做主臺，其余各臺稱副臺。3.7羅蘭-C系統(4)測定主、副臺發射的兩個脈沖信號的時間差和兩個脈沖信號中載頻的相位差，即可獲得飛機到主、副臺的距離差。距離差保持不變的航跡是一條以發射臺為焦點的雙曲線。再測定飛機對主臺和另一副臺的距離差，可得另一條雙曲線。根據兩條雙曲線的交點可以定出飛機的位置。測距差定位主臺3.7羅蘭-C系統(5)信號（脈沖）波形

從脈沖起始點到脈沖最高點(稱脈沖峰點)這一過程(稱脈沖前沿)上升較快，約為65us；而從峰點往后的過程(稱脈沖后沿)下降較慢，總脈沖寬度為200us左右。信號波形3.7羅蘭-C系統(6)信號格式——脈沖組

副臺每個脈沖組含8個脈沖，脈沖間隔為1000us；主臺每個脈沖組含9個脈沖，前8個脈沖與副臺一樣，間隔為1000us，第9個脈沖與第8個脈沖間隔2000us，第9個脈沖僅用于識別主副臺。

3.7羅蘭-C系統(7)脈沖組重復周期（GRI）一個臺鏈中所有發射臺的GRI均相同，取值范圍為40,000~99,990us。發射時間各副臺相對于主臺的發射延時不同。副臺相對于主臺的發射延時按如下準則選取：3.7羅蘭-C系統(8)（1）第一副臺與主臺間最小時間間隔是10900us；（2）任兩個副臺間的最小時間間隔是9900us；（3）最大時差值等于GRI～99000us；（4）任一個臺鏈的脈沖組中最后一個脈沖與同一臺鏈下一脈沖組第一個脈沖間的最小時間間隔是2900us；前者若是主臺時，最小時間間隔將為1900us。3.7羅蘭-C系統(9)相位編碼每個脈沖組中各個脈沖的載波初始相位的排列方式。相位編碼在兩個GRI中重復一次（＋/-表示0o/180o相位）：

GRI主臺副臺

A++--+-+-++++++--+B+--+++++-+-+-++--3.7羅蘭-C系統(10)包周差（ECD）

載波信號的相位與其包絡波形的時間起點之間的時間關系。

ECD為零的含義：對于正相位編碼信號，脈沖包絡的30us點與100kHz載頻的第3個周期過零點在時間上完全重合。如果包絡30us點滯后于上述過零點，規定ECD為正值；反之，ECD為負值。

ECD成為波形是否符合標準的度量。3.7