第四章無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)解讀VIP

1、第四章無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)4. 1 概述411 一般概念根據(jù)無線電波的信號(hào)振幅與導(dǎo)航參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成導(dǎo)航參數(shù)測(cè)量功能的導(dǎo)航系統(tǒng)， 稱為無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)。這里的導(dǎo)航參量通常是指角坐標(biāo)參量，它包括飛機(jī)或船只的方位、導(dǎo)航臺(tái)方位、飛機(jī)的下滑角和航向角等，而對(duì)應(yīng)的位置面為半平面。因而振幅導(dǎo)航系統(tǒng)一般用于運(yùn)載體的測(cè)向，通過自動(dòng)測(cè)向儀引導(dǎo)飛機(jī)、船只朝向或離開導(dǎo)航臺(tái)，并可利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)航臺(tái)實(shí)現(xiàn)定位；或者通過儀表著陸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的下滑著陸功能。無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)屬于地基無線電定位系統(tǒng)，一般由地面的導(dǎo)航臺(tái)和運(yùn)載體（飛機(jī)、 船只）上的測(cè)向器組成。前者用于發(fā)射有一定方向或全向（無方向性）的無線電信號(hào)，稱為

2、 信標(biāo)臺(tái)或航向（下滑）臺(tái)；后者用于接收信號(hào)和實(shí)施定向，稱為無線電羅盤或定向接收機(jī)等。振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的工作波段為長(zhǎng)波、中波或短波，其覆蓋范圍可達(dá)幾百公里。運(yùn)載體為了利用信標(biāo)臺(tái)的信號(hào)，需要事先知道信標(biāo)臺(tái)的準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)、發(fā)射頻率、發(fā)射形式、臺(tái)站識(shí)別碼、工作時(shí)間等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)調(diào)諧機(jī)載或船載的定向接收機(jī)，得到運(yùn)載體的方位和位置。導(dǎo)航臺(tái)站可以工作于連續(xù)發(fā)射狀態(tài)或者脈沖發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射的信號(hào)包括識(shí)別信號(hào)、工作信號(hào)和輔助信號(hào)三種類型，分別用來識(shí)別地面導(dǎo)航臺(tái)、測(cè)量導(dǎo)航參量、傳送某些輔助信息。從原理上講，無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)可以利用反射信號(hào)或直達(dá)信號(hào)來測(cè)定目標(biāo)的角坐標(biāo)參 量，其方法有最大值法、最小值法和等信號(hào)比

3、較法。獲取角參量白方式有 E型和M型兩種， 其中E型是利用載波信號(hào)振幅本身的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)向，M型是利用載波信號(hào)振幅的調(diào)制深度變化進(jìn)行測(cè)向。根據(jù)振幅導(dǎo)航系統(tǒng)原理和方式的不同，以及不同的外界環(huán)境條件，角度測(cè)量的精度為土 1 °± 5°。圖4.1 1給出了由地面信標(biāo)臺(tái)和機(jī)載測(cè)向器構(gòu)成的無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)，它主要用于 引導(dǎo)飛機(jī)沿給定方向飛向或飛離地面信標(biāo)臺(tái)，可給出飛機(jī)相對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的方位信息。假若還有另一部裝設(shè)在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的地面導(dǎo)航臺(tái)，就可得到在某一水平面上的兩條直線位置線，利用它們的交點(diǎn)就可確定出飛機(jī)的當(dāng)前位置。圖4.1 1無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)地面發(fā)射臺(tái)機(jī)HUM向叁412方位。

4、的無線電測(cè)量法振幅導(dǎo)航系統(tǒng)通常利用無線電系統(tǒng)天線的方向性圖實(shí)現(xiàn)對(duì)方位角的測(cè)量。在E型方式中，無線電信號(hào)的調(diào)制深度保持不變，載波信號(hào)的幅度E與導(dǎo)航角參量0建立起E=E（0 ）的依從關(guān)系；而 M型工作方式則在其工作區(qū)內(nèi)保持載波信號(hào)幅度大于規(guī)定的數(shù)值，用信號(hào) 的調(diào)制深度m和。建立起m=m（ 0 ）的關(guān)系。為了利用這兩種關(guān)系測(cè)得導(dǎo)航參量，通常采取如下三種方法：1 .最大值法（見圖4.12）:利用具有針狀方向性圖的天線，以運(yùn)載體本身為中心，以子午線北向N為基準(zhǔn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)到其方向性圖最大值對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)航臺(tái)（信標(biāo)臺(tái)）的位置，此時(shí)接收信號(hào)為最大，天線所轉(zhuǎn)過的角度即為所要觀測(cè)的導(dǎo)航臺(tái)的方位角0,或?qū)Ш脚_(tái)所在的方向。最

5、大值法在測(cè)量信號(hào)幅值的過程中，由于接收機(jī)輸入端存在著干擾和噪聲，以及測(cè)量設(shè)備分辨率的影響，使在信號(hào)方向性圖的最大值處有一個(gè)機(jī)載測(cè)向器無法分辨的幅值范圍u,所對(duì)應(yīng)的角度區(qū)域稱為不靈敏區(qū)，用N表不。為減小N的值，要求天線的萬向性圖足夠尖銳，并且輸入信噪比盡可能高。采用最大值法測(cè)向，由于只有一個(gè)波束，機(jī)載測(cè)向器無法分辨出導(dǎo)航臺(tái)可能的偏差方向， 即不能判斷出導(dǎo)航臺(tái)偏離最大值軸線的方向。圖4.1 2按接收信號(hào)最大值測(cè)定方向圖4.1 3按接收信號(hào)最小值確定方向2 .最小值法（見圖 4.13）:采用分開一定角度的雙針狀方向性圖天線，將天線從子午北向N旋轉(zhuǎn)到方向性圖的最小值對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)臺(tái)，天線所轉(zhuǎn)過的角度即為導(dǎo)航

6、臺(tái)的方位。該方法與最大值法相反，其中理想 的信號(hào)最小值為零值。最小值法在零值點(diǎn)附近也存在一個(gè)無法識(shí)別信號(hào)微小變化的幅值范圍U ,由此形成不靈敏區(qū)中n，但該法的不靈敏區(qū)相對(duì)較小，其測(cè)向精度也比最大值法要高。另外當(dāng)天線方向性圖的兩個(gè)波束采用不同的調(diào)制頻率時(shí)，可以比較容易地判斷出導(dǎo)航臺(tái)偏離最小值點(diǎn)軸線的方向。3 .等信號(hào)法（或稱比較信號(hào)法，見圖4.1 4）:采用部分重合的雙針狀方向性圖天線，當(dāng)兩個(gè)波束的接收信號(hào)相等時(shí)，即可獲得一條等信號(hào)線的方向。轉(zhuǎn)動(dòng)天線，使天線兩個(gè)波束的接收信號(hào)強(qiáng)度相等，即可確定出導(dǎo)航臺(tái)的方位。, 一 中_ , _ ,其不靈敏區(qū) N和測(cè)向精度均介于最大值法和最小值法之間，并且也能判

7、斷出被測(cè)導(dǎo)航臺(tái)偏(4.1 1)離等信號(hào)線的方向。4U圖4.1 4利用比較接收信號(hào)確定方向以上三種方法各有特點(diǎn)， 最小值法的測(cè)量靈敏度和精度較高，最大值法接收信號(hào)的信噪比最大，而天線制作的難易程度是最大值法較難；這幾個(gè)方面等信號(hào)法的性能表現(xiàn)都是居中。由于最小值法不靈敏區(qū)較小，且在高頻、超高頻、甚高頻以及微波頻段， 均可獲得所要求的方向性圖，因此應(yīng)用場(chǎng)合較多。413振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的天線特性和信號(hào)特征1.環(huán)形天線的特性分析由上可知，振幅導(dǎo)航系統(tǒng)中方向性天線的性能好壞必然會(huì)對(duì)角度測(cè)量產(chǎn)生影響。一個(gè)性能良好的天線，在工作過程中不能改變其方向性圖的形狀；其次靈敏度要高，不靈敏區(qū)間要??；第三制作起來不要太復(fù)雜

8、。為保證所要求的測(cè)量靈敏度，一般要對(duì)天線的方向性圖在信 號(hào)測(cè)量處（最大值、最小值或等信號(hào)）的幅度變化率提出一定的要求。振幅系統(tǒng)所用的方向性天線種類較多，包括環(huán)形天線、分集天線、H型天線等。下面以常用的環(huán)形天線為例， 對(duì)其性能進(jìn)行分析， 該天線主要用于機(jī)載無線電羅盤以及相位無線 電導(dǎo)航系統(tǒng)VOR中。如圖4.1 5所示，假設(shè)矩形環(huán)形天線 ABCD的高為h,寬為b,放置在一個(gè)與地球水 平面垂直的平面內(nèi)， 并處于垂直極化無線電波的正常極化場(chǎng)內(nèi)。這樣選擇一個(gè)參考直角坐標(biāo)系，使天線中心位于坐標(biāo)原點(diǎn) O處，天線的平面與 ZOX平面相重合，天線平面的法線與 Y 軸一致。設(shè)沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姴ǚ较騍k與環(huán)形天線

9、平面的夾角為 日，根據(jù)電磁場(chǎng)理論，與Skkk垂直的是電場(chǎng)E與磁場(chǎng)Ho設(shè)原點(diǎn)。處的電場(chǎng)強(qiáng)度為E = E0 smet。根據(jù)天線理論，環(huán)形 天線中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)， 決定于天線各邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和。由于水平邊 BC和AD與電場(chǎng)強(qiáng) 度矢量垂直，其感應(yīng)電勢(shì)為零， 因此整個(gè)環(huán)形天線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于 AB和CD邊內(nèi)的感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)之和：e 二 eABecD而eAB=Eohsin( t二 bcos1二b co secD = -Eohsi n(t -)故有:(4.12)cl ,.二 bcos?e =2Eohsin cos t式中E0為天線外部電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅,3分別為無線電波信號(hào)的波長(zhǎng)和角頻率。2圖4.1 5矩形環(huán)內(nèi)電

10、動(dòng)勢(shì)的計(jì)算定義2E°hsin型os? =Em為天線內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的振幅，則環(huán)形天線總的感應(yīng)電動(dòng) 九勢(shì)為：e = Emcoscct(4.13)(4.1 4)在b/入< < 1的條件下，Em的表達(dá)式可寫為：Em = Emmax cos其中L2 二 bhE 二m maxEo為一固定常數(shù)。該式反映了環(huán)形天線平面和電波傳播方向之間的夾角日與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系。4.1 6所不'為極角、Em為矢量繪出該天線在水平方向上的極坐標(biāo)圖，就得到圖的“8"字形方向性圖，為兩個(gè)對(duì)稱于極點(diǎn)、直徑為Emmax的圓。當(dāng)日=90°、270°時(shí)，Em=0;當(dāng) 8=0。時(shí)

11、Em= Emmax；當(dāng)日=180。時(shí) Em = - Emmax。從圖中還可以看出，矩形環(huán)形天線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)超前電場(chǎng)90。，并且當(dāng)日 在一90。+ 90°之間時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正值，日在90°270°時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。為了表述方便，通常將天線的方向性圖表示成F(8)的函數(shù)形式，如“8”字形方向性圖可表示成 F(9尸cosH的方式。圖4.16環(huán)形天線“ 8”字形方向性圖圖4.17分集天線的示意圖環(huán)形天線的“ 8”字形方向性圖有最小值，可采用最小值法測(cè)向，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易 制作、體積小、重量輕，適宜于在運(yùn)載體上安放，一般工作于中、短波段的測(cè)向系統(tǒng)中。圖1.1 7為分集天

12、線的示意圖，其方向性圖與環(huán)形天線基本一致。2. E型測(cè)向信號(hào)的形成及其特征設(shè)地面導(dǎo)航信標(biāo)臺(tái)輻射全向的無線電信號(hào)，而無線電測(cè)向器天線的方向性函數(shù)為F(6),由它對(duì)信標(biāo)臺(tái)的信號(hào)進(jìn)行接收，按兩種情況進(jìn)行討論。情況一：導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射等幅波，則E型測(cè)向器接收到的信號(hào)為：e = EmmaFg )COSt = Em® )COSt(4.15)情況二：導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射調(diào)幅波，則測(cè)向器接收的信號(hào)應(yīng)為e = Em (6 1 + m cos Ct cosot(4.1 6)式中Emmax為載波信號(hào)幅值的最大值；Em(日歷載波信號(hào)的幅值，是 日的函數(shù)；m為調(diào) 制系數(shù)；c為調(diào)制信號(hào)的角頻率。這兩種情況接收信號(hào)的載波幅值均與

13、角度9有關(guān)，將隨角度8的改變而變化，而信號(hào)的調(diào)制系數(shù)m保持不變，與日無關(guān)。3. M型測(cè)向信號(hào)的形成及其特征考慮如圖4.1-8由兩個(gè)天線組成的接收系統(tǒng)，一個(gè)為無方向性天線，即垂直天線，一 個(gè)為方向性圖為 F (日)的環(huán)形天線，兩個(gè)天線的輸出信號(hào)經(jīng)處理后進(jìn)行迭加。設(shè)導(dǎo)航臺(tái)發(fā) 射等幅波，則垂直天線中的接收信號(hào)仍為一等幅波：G = Em COS，：t(4.1 7)同時(shí)環(huán)形天線中的信號(hào)與垂直天線信號(hào)相差90。相移，如下為：e2 = E2mFC)cos( t 90 )(4.1 8)對(duì)環(huán)形天線的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、移相和平衡調(diào)制處理，即可得到：e2' " E2mFC)cos"cos

14、 t則迭加電路的信號(hào)輸出為一調(diào)幅波，其形式為:(4.1 9)(4.1 10)e1 e2' = E1m1 m(i) cos(tcos t其中m(u)E2mEiF(e)。此時(shí)，就得到了與e型不同的m型測(cè)向信號(hào)，其特點(diǎn)是載波信號(hào)的幅值保持不變，而調(diào)制系數(shù)m隨角度0的變化而改變，即調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)的大小，隨測(cè)向器相對(duì)信標(biāo)臺(tái)的方位不同而變化。135H1 振蕩器圖4.1 8 M型測(cè)向信號(hào)的形成414無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)無線電振幅導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)明較早，距今已有一百年了。 在一次大戰(zhàn)期間，就被用于引導(dǎo)船 只的歸航和出航，并很快發(fā)展到對(duì)飛機(jī)的導(dǎo)航。和其它無線電導(dǎo)航系統(tǒng)相比，振幅導(dǎo)航系統(tǒng) 存在著測(cè)向

15、(測(cè)角)精度不高的缺點(diǎn)，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用，如無法達(dá)到n類、出類的飛 機(jī)下滑著陸標(biāo)準(zhǔn)。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，該類系統(tǒng)經(jīng)過不斷完善和改進(jìn)，作為基本的導(dǎo)航手段仍然在航空、 航海等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中儀表著陸系統(tǒng)仍然是飛機(jī)進(jìn)近和著陸的普遍設(shè)備。這主要是由于其機(jī)載設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(重量輕、體積小) 、使用維護(hù)方便、價(jià)格低廉、指示直觀明確；其地 面導(dǎo)航設(shè)備簡(jiǎn)單、廉價(jià)，數(shù)量眾多，方便運(yùn)載體的使用。另外，已投入使用的數(shù)字化測(cè)向儀、 可遙控免維護(hù)信標(biāo)發(fā)射機(jī)，為系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了新的活力。目前世界各國的軍用、 民用飛機(jī)大都裝有無線電羅盤和儀表著陸系統(tǒng)，在飛機(jī)的航路飛行和著陸過程中起重要作用，用戶數(shù)量很大。如美國有

16、1800多個(gè)定向信標(biāo)臺(tái)在工作，可以覆蓋大部分的領(lǐng)空和近海領(lǐng)域，飛機(jī)用戶數(shù)量達(dá)幾萬。當(dāng)前由于GPS的發(fā)展，用于航海的無線電信標(biāo)受到了沖擊，將逐漸被淘汰或被賦予新的功能。如可用無線電信標(biāo)臺(tái)在播發(fā)指向信號(hào)的同時(shí)兼發(fā)差分GPS修正數(shù)據(jù)，在局部范圍內(nèi)提高GPS的定位精度，或?qū)⑿艠?biāo)臺(tái)改造為只發(fā)差分GPS修正數(shù)據(jù)的中波數(shù)據(jù)鏈臺(tái)。從目前的發(fā)展趨勢(shì)看，振幅系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)使用至少20年以上，未來的發(fā)展將更多地采取組合方式，與其它導(dǎo)航系統(tǒng)組成多功能、高可靠的組合系統(tǒng)。如在航路上無線電羅盤和 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)地面有臺(tái)和無臺(tái)兩種條件下的航路導(dǎo)航；儀表著陸系統(tǒng)和微波著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星著陸系統(tǒng)等組成的多模式接收機(jī)（

17、 MMR ） ， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)著陸的更為靈活、可靠的引導(dǎo)。4 2 無線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)4 2 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介無線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)是一種地基定向系統(tǒng)，由機(jī)載或船載定向儀自動(dòng)測(cè)定地面發(fā)射臺(tái)的無線電波來波方向，從而獲得飛機(jī)或船只相對(duì)信標(biāo)臺(tái)的角坐標(biāo)方位數(shù)據(jù)。系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備兩部分組成，機(jī)載無線電自動(dòng)定向儀（ADF ）是一種M 型最小值法測(cè)向設(shè)備，稱之為無線電羅盤（Radio Compass） ；地面導(dǎo)航臺(tái)也稱無方向性信標(biāo)（ NDB ） ，其臺(tái)站識(shí)別信號(hào)采用1020Hz 調(diào)制的二個(gè)英文字符的莫爾斯碼格式。系統(tǒng)工作頻率一般在 150kHz1800kHz范圍內(nèi)，屬于中波、長(zhǎng)波或短波波段，功率在500W 左

18、右。在此波段內(nèi)，可靠的方位信息只能從地波或直達(dá)波才能得到，其作用距離由地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射功率及機(jī)上接收機(jī)靈敏度決定，一般可達(dá)幾百千米，典型為250350km 。另外， 地面臺(tái)發(fā)射的信號(hào)常常會(huì)受到天波的影響，在夜間情況會(huì)更加惡劣。因此只有當(dāng)飛機(jī)離地面導(dǎo)航臺(tái)較近，地波信號(hào)覆蓋良好時(shí)，方位讀數(shù)才可靠。當(dāng)接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)較大，且忽略飛機(jī)結(jié)構(gòu)的影響，系統(tǒng)的測(cè)向精度可達(dá)到2°左右。無線電羅盤測(cè)向系統(tǒng)的基本功能包括：（ 1 ） 可 以連續(xù)自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)地面導(dǎo)航臺(tái)，引導(dǎo)飛機(jī)沿給定航線飛行，在給定方向上完成 從一個(gè)臺(tái)站至另一個(gè)臺(tái)站的飛行。（2） 通 過測(cè)出飛機(jī)對(duì)兩個(gè)以上地面導(dǎo)航臺(tái)的方位角數(shù)值，利用所得到的直線

19、位置線的交點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的水平位置定位。（3） 引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入空中走廊的出、入口。（4） 引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸前的進(jìn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)飛行和下降飛行，使飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)跑道中心線，配合儀表著陸系統(tǒng)，引導(dǎo)飛機(jī)著陸。（5） 在航海應(yīng)用中，引導(dǎo)船舶在不良視距下通過狹窄海道和進(jìn)出港，并且可用來確定發(fā)出SOS 呼救信號(hào)的遇難船舶的方位。422機(jī)載無線電自動(dòng)定向儀機(jī)載 ADF 的種類和型號(hào)較多，以旋轉(zhuǎn)調(diào)制式和伺服指針式最為普遍。現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)調(diào)制式 為例說明。1 . 基本組成及工作狀態(tài)自動(dòng)定向儀包括三種主要工作狀態(tài)：ADF （自動(dòng)測(cè)向）由垂直天線和環(huán)形天線聯(lián)合接收信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)向；ANT （天線）一一由垂直天線接收信號(hào)作為普通接收機(jī)使用

20、；TEST （測(cè)試）一一定向儀自檢，按下測(cè)試按鈕時(shí)，指示器應(yīng)指示一規(guī)定的數(shù)值（一般為 90°） ，以確定定向儀的工作是否正常。目前飛機(jī)上裝載的ADF 通常由以下4 個(gè)部分組成：（ 1 ） 天 線系統(tǒng)包括垂直天線、環(huán)形天線和測(cè)角器。由環(huán)形天線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓輸入到羅盤接收機(jī)中，與垂直天線的接收信號(hào)結(jié)合形成M 型測(cè)向信號(hào)。當(dāng)環(huán)形天線做成固定方式時(shí)，以測(cè)角器的旋轉(zhuǎn)代替環(huán)形天線的旋轉(zhuǎn)。(2)羅盤接收機(jī)一般多為普通的超外差式報(bào)話兩用接收機(jī)，有很好的選擇性和靈敏度，用于將接收的高 頻信號(hào)進(jìn)行放大、變頻、 檢波等處理，變換為帶有方位信息的低頻信號(hào)，輸出到無線電磁指示器( RMI)和水平狀態(tài)指示器

21、(HSI)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)向。接收機(jī)還可單獨(dú)與垂直天線連接，接收導(dǎo)航臺(tái)發(fā)出的音頻調(diào)制的識(shí)別信號(hào)及其它信息， 通過音頻選擇供飛行員監(jiān)聽，或接收無線電廣播、用于通信等。(3)控制盒由表頭及各種旋鈕組成，用來控制各種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、波段轉(zhuǎn)換、電臺(tái)選擇和調(diào)諧等,進(jìn)行波道預(yù)選、頻率選擇和遠(yuǎn)、近臺(tái)的轉(zhuǎn)換。由于地面導(dǎo)航臺(tái)在大部分的時(shí)間里只發(fā)射等幅信號(hào)，為便于監(jiān)聽，控制盒上還設(shè)有音調(diào)(Tone)電門，將其置于音調(diào)位置，接收機(jī)內(nèi)將以固定音調(diào)對(duì)載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅，使耳機(jī)中 產(chǎn)生聲音輸出。(4)指示器通過同步電機(jī)與測(cè)角器相連，用指針指示出所測(cè)方位角度的數(shù)值。需要注意的是，機(jī)載 ADF所指示的角度是以飛機(jī)縱軸為基準(zhǔn)，順時(shí)

22、針轉(zhuǎn)到飛機(jī)與導(dǎo)航臺(tái)連線所形成的夾角，如下圖所示(為60。的夾角)。要獲得導(dǎo)航臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)的方位，還必須知道飛機(jī)的航向角，因此需要與磁羅盤等航向測(cè)量設(shè)備相結(jié)合。另外，為了獲取讀數(shù)的方便，飛機(jī)上常把磁羅盤與 ADF的指示部分合在一起，稱為無線電磁指示器( RMI , RadioMagnetic Indicator )。圖4.2 1無線電磁指示器指示方位原理2 .基本原理圖4.22為無線電羅盤的工作原理框圖。由 4. 1. 3小節(jié)內(nèi)容可知，具有“ 8”字形方 向性圖的環(huán)形天線接收地面信標(biāo)臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，為使該信號(hào)與垂直天線接收到的信號(hào)同相疊加，先將環(huán)形天線的信號(hào)移相90。，并經(jīng)放大與倒相后加給平衡調(diào)制

23、器兩個(gè)幅度相等而相位相反的信號(hào)，平衡調(diào)制器在135Hz低頻信號(hào)控制下工作，得到兩個(gè)旁頻(邊頻)信號(hào) (見式4.19),然后與垂直天線的無方向性載頻信號(hào)進(jìn)行相加，得到一個(gè)調(diào)制度是電波來向0的函數(shù)的調(diào)幅波信號(hào)。該調(diào)幅波信號(hào)在超外差式接收機(jī)中進(jìn)行處理，經(jīng)過混頻、中放、檢波等環(huán)節(jié)，得到具有方位信息的低頻信號(hào)并分成兩路輸出，其中一路到耳機(jī)用于人工定向；另一路經(jīng)135Hz的選頻放大電路，將 135Hz信號(hào)從低頻信號(hào)中分離出來，放大后作為誤差信號(hào)加到伺服電機(jī)的控制線圈上。同時(shí)在伺服電機(jī)的激磁線圈中，還加有從135Hz本地振蕩器直接輸出的135Hz信號(hào)。在這兩個(gè)信號(hào)的共同作用下，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)環(huán)形天線

24、向最小值信號(hào)的方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，直到轉(zhuǎn)到環(huán)形天線信號(hào)為零、方向性圖最小值對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)航臺(tái)時(shí)為止，此時(shí)無線電羅盤中就只有垂直天線的信號(hào)。 在這個(gè)過程中，同步發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子和航向指示器指針都在同步轉(zhuǎn)動(dòng)，最終指示器指針就指出了所測(cè)導(dǎo)航臺(tái)的航向角。圖4.22無線電羅盤工作原理方框圖3 .關(guān)鍵技術(shù)和解決方法（1） 環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)和雙值性的消除在ADF中，環(huán)形天線的“ 8”字形方向性圖最小值方向有兩個(gè)（0 =90°和270° ）,二者相差180。，即具有“雙值性”，應(yīng)該加以判別或消除以保證定向的單值性。由圖411可知，當(dāng)90°<。<270°時(shí)，導(dǎo)體2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e2

25、超前于導(dǎo)體1上的感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)e1。此時(shí)若通過伺服電機(jī)使環(huán)形天線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，。將逐漸減小，當(dāng)。減小到90。時(shí)，環(huán)形天線感應(yīng)的合成電動(dòng)勢(shì)e合=0,天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)，0 =90°的方向即為導(dǎo)航臺(tái)方向。反之，若-90°<0 <90°,則快超前于十,通過伺服電機(jī)使環(huán)形天線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，0將逐漸增大，直至0 =90°時(shí)為止。圖4.2 3環(huán)形天線方向性圖采用這種辦法，環(huán)形天線將只有一個(gè)穩(wěn)定的最小值方向（0 =90°）,而另一個(gè)最小值方向(0 =270°)將是不穩(wěn)定的。當(dāng)非穩(wěn)定的最小值方向?qū)?zhǔn)導(dǎo)航臺(tái)時(shí)，在干擾作用下或電波 的來向稍有變化，產(chǎn)生的

26、擺動(dòng)便會(huì)使環(huán)形天線離它而去，自動(dòng)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的最小值點(diǎn)，而不會(huì)再回到非穩(wěn)定點(diǎn)，這樣就保證了單值定向。要確定信號(hào)ei和e2的相對(duì)相位，即判斷 ei是超前或滯后于e2,需要另加一個(gè)天線，正 好可以利用前面提到的無方向垂直天線(又稱判讀天線)，它接收同一無線電波信號(hào)，通過比較其上的電動(dòng)勢(shì)與環(huán)形天線合成電動(dòng)勢(shì)e合的相位差，即可確定 ei是超前還是滯后于 e2,從而確定環(huán)形天線的旋轉(zhuǎn)方向。（2） 用測(cè)角器代替環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)一一天線不動(dòng)、方向性圖轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)理在測(cè)向過程中，環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)是個(gè)關(guān)鍵，一般有兩種方法，一為直接法，即直接用 電機(jī)拖動(dòng)環(huán)形天線旋轉(zhuǎn)，但對(duì)于高空高速飛行的飛機(jī)而言，受高空氣流影響等操作比較困難

27、； 二為間接法，即天線固定不動(dòng)，通過測(cè)角器實(shí)現(xiàn)方向性圖的轉(zhuǎn)動(dòng)。直接法目前已比較少見，現(xiàn)在多采用間接法，它是在飛機(jī)上安裝兩個(gè)環(huán)形天線，相互 垂直放置并且固定不動(dòng)，可分別取與飛機(jī)的縱軸平行和垂直的方向，兩天線同時(shí)接收地面信標(biāo)臺(tái)的信號(hào)，如圖 4.2 4所示。在測(cè)角器內(nèi)，放置有兩個(gè)相互垂直固定的場(chǎng)線圈分別與兩 環(huán)形天線相連，另有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)線圈置于兩場(chǎng)線圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)內(nèi)，稱為搜索線圈，如圖4.25。固定的兩個(gè)環(huán)形天線接收到電波后，得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在方位空間上相互垂直，其振幅分別與cos8和sin 8成正比，為：e( =E1mcosicos t(4.2 1)e2 = E2m sin cos t式中

28、e為環(huán)形天線i所在平面與地面導(dǎo)航臺(tái)的相對(duì)角度。由于場(chǎng)線圈與環(huán)形天線兩兩相連，這兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將分別加在測(cè)角器的固定繞組上， 在測(cè)角器內(nèi)產(chǎn)生互相垂直的兩個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng)：(4.2 2)h1 = H1 cos cos th2 = H 2 sin cos t圖4.2 4固定的環(huán)形天線及其方向性圖圖4.2 5測(cè)角器的作用原理兩個(gè)磁場(chǎng)將形成一個(gè)合成磁場(chǎng):h = h12 h2 = H 12 cos2 1 H 2 sin2 l cos t(4.2 3)由于測(cè)角器內(nèi)兩場(chǎng)線圈的參數(shù)是按相同比例設(shè)計(jì)的，即滿足:ElmE2mHi(4.2 4)因此合成磁場(chǎng)即為兩環(huán)形天線合成電動(dòng)勢(shì)的影射，其方向代表了無線電波的來波方向，并與

29、基準(zhǔn)方向即環(huán)形天線 1的夾角為0。測(cè)角器內(nèi)的轉(zhuǎn)子在合成磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)其活動(dòng)線圈平面與合成磁場(chǎng)方向的夾角為 中L,則搜索線圈在合成磁場(chǎng)作用下，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:e = Em sin 中l(wèi) coscot（4.2 5）可以看出e為L(zhǎng)的函數(shù)，且具有“ 8”字形方向性圖的性質(zhì)，同時(shí)與上面式（4.21）比較可知，活動(dòng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與其中一個(gè)環(huán)形天線的表達(dá)式完全相同（平L = e）,即活動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，'L變化導(dǎo)致e的變化規(guī)律與環(huán)型天線完全一樣，相當(dāng)于環(huán)形天線在轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就通過搜索活動(dòng)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，代替了環(huán)形天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了天線不動(dòng)、方向性圖轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。（3） 環(huán)形天線的安裝與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)

30、動(dòng)在飛機(jī)上安裝環(huán)形天線時(shí)，要求將穩(wěn)定的零值點(diǎn)朝向機(jī)頭方向，即“8”字形方向性圖的縱軸與飛機(jī)縱軸方向嚴(yán)格保持一致。具體實(shí)現(xiàn)方法是：使電波從機(jī)頭沿機(jī)身軸線射入，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角器搜索線圈使其感應(yīng)電勢(shì)消失，指示器指示零度，這樣即確定了機(jī)身軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向。當(dāng)無線電波從其它方向射入時(shí)，其合成磁場(chǎng)方向變化， 搜索線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)， 電機(jī)帶動(dòng)它向方向性圖零值點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到電動(dòng)勢(shì)e=0時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，所轉(zhuǎn)過的角度就是飛機(jī)對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的航向角，羅盤指示器與搜索線圈相連并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電機(jī)包括激磁線圈和控制線圈兩組，前者加基準(zhǔn)信號(hào)，后者加控制信號(hào)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由這兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)相位控制?？刂菩盘?hào)的相位超前基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)

31、；滯后時(shí)，則 反轉(zhuǎn)；兩者相位相等時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。在無線電羅盤中，135Hz的本振信號(hào)加到伺服電機(jī)激磁繞組，其相位固定；接收機(jī)輸出的135Hz合成信號(hào)加到電機(jī)控制繞組。該合成信號(hào)是一個(gè)可變相位信號(hào)，其相位由無線電 波從機(jī)頭左方還是右方射入決定。當(dāng)無線電波射入方向在飛機(jī)機(jī)頭右方時(shí)，環(huán)形天線或搜索線圈感應(yīng)的可變相位信號(hào)為 正，與控制信號(hào)同相，但經(jīng)檢波輸出后，信號(hào)相位前移90。，就比控制信號(hào)超前了 90。，因此使伺服電機(jī)帶動(dòng)測(cè)角器搜索線圈正轉(zhuǎn)（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸減小直至為零為止。同理，也可以分析當(dāng)射入方向在飛機(jī)機(jī)頭左方的情況。4. 2. 3無方向無線電信標(biāo)無線電測(cè)向信標(biāo)可分為兩類，即全向性和

32、定向性指向標(biāo)。前者利用無方向性天線發(fā)射信 號(hào)，用測(cè)向儀接收指示信號(hào)，也稱為無方向信標(biāo)，如與無線電羅盤配合的航路信標(biāo)臺(tái)。后者利用有一定方向性的天線發(fā)射信號(hào)， 可用一般收音機(jī)或?qū)Ｓ媒邮罩甘酒鹘邮詹y(cè)定方向，比如放在跑道中心軸附近的儀表著陸系統(tǒng)信標(biāo)臺(tái)，用于引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸前的機(jī)動(dòng)飛行、 穿云下降并對(duì)準(zhǔn)跑道。無方向無線電信標(biāo)臺(tái)具有準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)位置，定期發(fā)射無線電信號(hào)， 包括測(cè)向、識(shí)別和語音信號(hào)。有三種基本的工作狀態(tài)：等幅波方式一一用于測(cè)向；調(diào)幅波方式一一用于測(cè)向 和臺(tái)站識(shí)別；語音方式一一用于測(cè)向和通話。由控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。無方向信標(biāo)的組成如圖 4.26所示。其中話音放大器傳送語音信號(hào)，音頻振

33、蕩器產(chǎn)生 調(diào)幅波信號(hào)，等幅波信號(hào)直接輸出到高頻信號(hào)發(fā)生器。然后通過幅度調(diào)制加到高頻載波上， 并由放大器產(chǎn)生大功率信號(hào)，通過天線輻射到空間去。圖4.2 6無方向無線電信標(biāo)方框圖臺(tái)站識(shí)別信息一般每分鐘至少發(fā)兩次，每次連續(xù)發(fā)兩遍，每遍包括46個(gè)字母，由莫爾斯碼的點(diǎn)、劃組成。在兩次識(shí)別信號(hào)中間仍然發(fā)等幅波，以保證飛機(jī)上的無線電羅盤能夠連續(xù)地測(cè)向。當(dāng)信標(biāo)臺(tái)發(fā)射調(diào)幅波識(shí)別信號(hào)時(shí)，自動(dòng)信號(hào)鍵的電碼控制一個(gè)音頻振蕩器，按電碼組合規(guī)律產(chǎn)生頻率一定的音頻信號(hào)。在自動(dòng)信號(hào)鍵發(fā)“點(diǎn)”和“劃”期間，信標(biāo)臺(tái)發(fā)射調(diào)幅信號(hào)，其余時(shí)間仍發(fā)射等幅信號(hào)。圖 4.2 7為帶有識(shí)別信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)波形圖。律狼懶號(hào)膏柒信號(hào)就射信號(hào)圖4.2

34、 7 無方向信標(biāo)的調(diào)幅波信號(hào)當(dāng)發(fā)射等幅波識(shí)別信號(hào)時(shí)，自動(dòng)鍵電碼直接控制高頻信號(hào)發(fā)生器，因此在發(fā)“點(diǎn)”和“劃”期間有輸出信號(hào)，其它時(shí)間沒有信號(hào)，如圖 4.2 8所示，因此測(cè)向會(huì)有中斷，指示 器指針會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。另外，地面信標(biāo)臺(tái)還可以作為中波通信機(jī)使用，用于實(shí)施單向的對(duì)空聯(lián)絡(luò)，發(fā)送等幅電話音信號(hào)即自動(dòng)地對(duì)高頻報(bào)、調(diào)幅電報(bào)和進(jìn)行地空通話等。進(jìn)行通話時(shí)，只需將話筒接入, 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射出去。電碼堂射信號(hào)圖4.28無方向信標(biāo)的等幅波信號(hào)4. 3儀表著陸系統(tǒng)（ILS）4. 3. 1系統(tǒng)簡(jiǎn)介著陸是飛機(jī)航行中最為重要的階段，也是事故率最高的階段， 要求飛行員必須在很短的時(shí)間內(nèi)完成許多高標(biāo)準(zhǔn)的操作。若僅靠目視

35、著陸，一般要求在飛行高度不低于300m時(shí)，水平能見度不小于4.8km,否則難以保證降落安全。為了保證飛機(jī)能在不良?xì)夂驐l件下或夜間安全著陸，必須使用無線電導(dǎo)航系統(tǒng)向飛機(jī)提供高精度的定位引導(dǎo)信息，給出飛機(jī)與規(guī)定的下滑航道的偏離程度。目前， 軍用、民用機(jī)場(chǎng) 大多使用儀表著陸系統(tǒng)ILS（Instrument Landing System）,少數(shù)機(jī)場(chǎng)安裝有微波著陸系統(tǒng)MLS（Microwave Landing System）。儀表著陸系統(tǒng)的地面設(shè)備包括航向臺(tái)（LOC）、下滑臺(tái)（GS）和信標(biāo)臺(tái)（MB）三大部分。航向臺(tái)和下滑臺(tái)都是利用在空間相交的雙針狀方向性圖天線（見前面圖4.14）,以等信號(hào)區(qū)的形式分別提

36、供與水平面成一定角度的下滑面引導(dǎo)、與水平面垂直的航向面引導(dǎo)。下滑面和航向面相交形成一條位于跑道中心線上方、與跑道面有一定角度的固定下滑航道。信標(biāo)臺(tái)為2或3個(gè)，在跑道中心線的延長(zhǎng)線上，向天空輻射方向性圖為窄圓錐形的無線電波束，提供飛機(jī)距離跑道入口的位置坐標(biāo)信息。機(jī)上設(shè)備分別包括航向、下滑和信標(biāo)接收機(jī)， 前兩者常裝在一個(gè)機(jī)盒內(nèi)。相應(yīng)地，機(jī)上需要三種天線，即水平極化的VOR/LOC共用天線、下滑接收機(jī)的折疊式偶極天線、信標(biāo)接收機(jī)的環(huán)形天線。 飛機(jī)的航向和下滑信息可在幾種不同類型的儀表上顯示，其相對(duì)于給定航向面和下滑面的偏差位置由位置指示器表示，供駕駛員調(diào)整下滑路線。ILS機(jī)載設(shè)備的控制一般通過甚高頻

37、導(dǎo)航（VHF NAV）控制盒來實(shí)現(xiàn)，可以同時(shí)選擇航向接收機(jī)頻率及相應(yīng) 的下滑接收機(jī)頻率。另外，當(dāng)飛機(jī)飛過不同信標(biāo)臺(tái)的上空時(shí)，信標(biāo)接收機(jī)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音響和燈光信號(hào)，來表示飛機(jī)的當(dāng)前位置。在正常飛行中，飛機(jī)在巡航高度上到達(dá)目的地后開始下降，這時(shí)如果云高超過800m,水平能見度超過 4.8km時(shí)，允許飛機(jī)按照目視飛行規(guī)則著陸。 但在惡劣氣候條件下， 著陸必 須按照儀表飛行規(guī)則進(jìn)行。ICAO根據(jù)著陸系統(tǒng)的引導(dǎo)性能，并考慮到跑道上水平能見度的氣象條件，把著陸級(jí)別 分為I、n、出三類，規(guī)定了相應(yīng)的決斷高度（如表4.3-1所示）。在此高度上，飛行員根據(jù)能否清晰地看到跑道，對(duì)繼續(xù)著陸或拉升復(fù)飛做出決斷。飛機(jī)在

38、跑道延伸線上方 500m至30m的高度范圍內(nèi)飛行，將由 ILS產(chǎn)生的無線電波束 引導(dǎo)，要求從儀表飛行過渡到目視著陸必須很平穩(wěn)，并且保證可以立刻進(jìn)行復(fù)飛。當(dāng)飛機(jī)到達(dá)I類或H類最低決策高度時(shí)，規(guī)定飛行員必須能夠看到跑道，否則放棄著陸。圖4.3 1是儀表著陸系統(tǒng)的工作示意圖。表4.31國際民航組織的著陸級(jí)別劃分著陸類別水平精度(m, 2 s)垂直精度(m, 2 o-)決策局度(m)距跑道入口距離(m)最低引導(dǎo)tWj 度(m)跑道能見度(m)非精密進(jìn)場(chǎng)/1202050/1500CAT I17.094.1460.9872.330.5791.7cat n5.151.7330.5290.815.2365.4

39、CAT mA4.020.5415.20060.9CAT m B4.020.5415.20045.7CAT me4.020.5415.2000在具體應(yīng)用中，ILS實(shí)際上是將無線電波束在地面反射后形成的等信號(hào)區(qū)，因此其性能在很大因素上取決于場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)，如果場(chǎng)地障礙物多、地面不平整等都會(huì)造成航向面和下滑面的彎曲，影響引導(dǎo)性能。目前大多數(shù)機(jī)場(chǎng)的儀表著陸系統(tǒng)只能達(dá)到I類著陸標(biāo)準(zhǔn)，只有少數(shù) 機(jī)場(chǎng)可以達(dá)到n類標(biāo)準(zhǔn)，也主要與場(chǎng)地情況有關(guān)。4. 3. 2下滑臺(tái)下滑臺(tái)利用兩組在不同高度的天線， 同時(shí)輻射方向性圖互相交疊的上下兩個(gè)波束，在與水平面成一定角度的方向上形成等信號(hào)區(qū)。兩組天線的信號(hào)可通過載波頻率、 調(diào)制頻率

40、或調(diào)制方式的不同而加以區(qū)別，下面以調(diào)制頻率的不同進(jìn)行介紹。1 . 下滑臺(tái)地面信標(biāo)下滑信標(biāo)安裝于飛機(jī)跑道一側(cè)，距跑道中心120180m,距跑道終端 200450m,為飛機(jī)著陸提供與跑道成 2。3。傾角的下滑面引導(dǎo)，有效導(dǎo)航距離為10n mile以上。下滑臺(tái)工作的載頻頻率在 329.15M335MHz頻段內(nèi)，每隔150kHz為一頻點(diǎn)，共有 40個(gè)波道， 各波道與導(dǎo)航臺(tái)的波道配對(duì)使用。其基本組成見圖 4.32所示，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生甚高頻振蕩，通過功率分配和交叉調(diào)制電橋分別加到兩個(gè)通道上去，其上、下天線通道的載波分別被90Hz、150Hz低頻信號(hào)調(diào)幅。圖4.3 2下滑臺(tái)基本方塊圖設(shè)饋電給上、下天線的電流瞬時(shí)

41、值分別為：ih = I h(1+mi sinC1t)sinTt(4.31)iL = IL(1+m2 sinC2t)sin 8 t(4.32)式中編為載頻角頻率，m11、m2分別為角頻率口1=2"1、口2=2葉2的低頻信號(hào)的調(diào)幅系數(shù)，其中f1為90Hz, f2為150Hz。若向兩根天線饋送的電流初始相位為零，則它們?cè)谶h(yuǎn)區(qū)形成的場(chǎng)可表示為：eh 二 Ehm fh (1)(1 Im1 sin - 1 t) sin 1 t(4.3-3)(4.34)el = Elmf1c)(1 m2 sin1 12t)sin t式中Ehm、Em分別為上、下天線在它們的方向性圖最大值方向輻射的信號(hào)幅度;fh (

42、9)> fl (9)分別為上、下天線在垂直面上歸一化的方向性函數(shù)。則兩天線輻射信號(hào)的合成場(chǎng)為:e = el - eh= Ehmfh。)ElmflC)1m1Ehmfh。).sin j 1tEhmfhC)ElmflC).mzElmflO)Ehmfh Elm fl sin2tlsin t(4.35)上式中sinC1t、sinG2t前面的系數(shù)確定了調(diào)制旁頻振蕩幅度與角度日的關(guān)系，稱為空間調(diào)制深度，并表示為:mEmfh。)EhmfhQ)ElmflQ)(4.36)mzElmff)(4.3 7)M 2 二-EhmfhC) Elm fl 對(duì)于式(4.3 5)的合成信號(hào)，通過機(jī)載下滑接收機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)將上、

43、下天線的信號(hào)進(jìn)行分離，并得到等信號(hào)區(qū)方向的位置。2 .下滑臺(tái)機(jī)載接收機(jī)機(jī)載接收機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)見圖4.33所示。天線接收下滑臺(tái)輻射的信號(hào)，經(jīng)過放大、 g與空間調(diào)制變頻、檢波，用低頻濾波器將90Hz和150Hz的信號(hào)分開，分別整流成直流電壓信號(hào)，接入相減電路，下滑指示器指示的是兩電壓信號(hào)的差值，其相對(duì)于下滑線的偏離 深度之差成正比，即:g =K(M1 - M2)(4.3 8)式中K為比例系數(shù)。因此，下滑指示器的指示取決于上、下天線方向性圖的調(diào)制系數(shù)(4.39)之差。令上式等于零，且 m1 =m2時(shí)，可得到關(guān)于等信號(hào)區(qū)方向的位置方程為：EhmFh(U0)=ElmFl(U0)指 針 指 示 器圖4.

44、3 3 下滑臺(tái)接收機(jī)基本方塊圖兩天線信號(hào)調(diào)制系數(shù)相等的方向與地面形成 2° 7°的夾角。當(dāng)飛機(jī)處于下滑道平面下方 時(shí)，下滑接收機(jī)接收的150Hz調(diào)制系數(shù)大于90Hz的調(diào)制系數(shù)，下滑指示器指示飛機(jī)向上飛 行；反之亦然。4. 3. 3 航向臺(tái)航向臺(tái)安裝在跑道中心線的延長(zhǎng)線上，提供與跑道平面垂直的航向面信號(hào)。當(dāng)飛機(jī)高度在600m以上時(shí)，要求在航向道左右10°扇形范圍內(nèi)的有效導(dǎo)航距離應(yīng)達(dá)18M5 n mile；在航向道左右35°扇形范圍內(nèi)，有效導(dǎo)航距離應(yīng)達(dá)1077 n mile。航向臺(tái)發(fā)射的載頻頻率為108M112MHz ,每隔50kHz為一頻點(diǎn)，共劃分了 40

45、個(gè)波道。其識(shí)別信號(hào)為1020Hz調(diào)制的、23個(gè)英文字符的莫爾斯電碼。與下滑臺(tái)原理類似，航向臺(tái)的地面信標(biāo)沿跑道中心線兩側(cè)發(fā)射兩束水平交叉的輻射波 瓣，分別被90Hz和150Hz低頻信號(hào)調(diào)幅。當(dāng)飛機(jī)飛行在跑道中心線上時(shí)，兩者的調(diào)制系數(shù) 相同，儀表指針或水平位置指示器中的航道桿在中心位置；當(dāng)飛機(jī)在跑道中心線的左邊時(shí)， 90Hz信號(hào)的調(diào)制系數(shù)將大于 150Hz的調(diào)制系數(shù)，儀表指針偏向右邊，飛機(jī)向右修正航向。 用航道桿指示飛機(jī)的航向偏離程度時(shí)，每一點(diǎn)代表0.5°。航向臺(tái)天線是沿一條直線裝設(shè)的許多對(duì)水平極化的偶極子天線(見圖4.34),垂直于跑道且對(duì)稱放置，一般為5或7對(duì)。各天線振子按下述方式饋

46、電：用同相電流對(duì)各振子饋電,形成一個(gè)最大值方向位于跑道中心線上的單波瓣方向性圖，稱為和信號(hào)方向性圖；由旁頻電流給跑道中心線兩邊的振子反向供電，即兩邊的電流相位相差180。，形成位于跑道中心線上相位相反的雙波瓣方向性圖，稱為差信號(hào)方向性圖； 其合成的方向性圖就成為向左或右偏離跑道中心線一定角度的波束形狀。圖4.34航向信標(biāo)臺(tái)方框圖由于90Hz與150Hz調(diào)制頻率的旁頻分量在跑道中心線兩側(cè)是反相的，這樣其方向性圖就一個(gè)向左偏離、一個(gè)向右偏離，在跑道中心線方向上兩個(gè)波瓣的方向性圖相交，形成信號(hào)相等的航向?qū)б?。與航向地面信標(biāo)臺(tái)配合使用的機(jī)載航向接收機(jī)，其組成結(jié)構(gòu)和工作原理與下滑接收機(jī) 基本相同，不再

47、重復(fù)。4. 3. 4指點(diǎn)信標(biāo)指點(diǎn)信標(biāo)配合儀表著陸系統(tǒng)使用，架設(shè)在飛機(jī)進(jìn)近方向的跑道中心線延長(zhǎng)線上，在距跑道始端的幾個(gè)特定位置點(diǎn)上垂直向上發(fā)射錐形波束，為飛機(jī)提供距離信息。ICAO規(guī)定，大、中型機(jī)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置三個(gè)指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)，即外標(biāo)臺(tái)、中標(biāo)臺(tái)和內(nèi)標(biāo)臺(tái)，如圖4.3 5所示，小型機(jī)場(chǎng)一般只有外標(biāo)臺(tái)和中標(biāo)臺(tái)。三個(gè)信標(biāo)臺(tái)分別裝設(shè)在距離跑道入口端約近白3000Hz中看遠(yuǎn)臺(tái) 460HH7200m、1050m和75m的地方，內(nèi)標(biāo)臺(tái)的位置根據(jù)機(jī)場(chǎng)具體條件可做相應(yīng)調(diào)整。它們的發(fā) 射功率都為12W,載頻頻率為75MHz,采用莫爾斯碼幅度調(diào)制方式。10.6 英里-j4、7英里 T一遠(yuǎn)推點(diǎn)標(biāo)臺(tái) 2一中指點(diǎn)標(biāo)臺(tái) 3-近指點(diǎn)標(biāo)臺(tái)

48、1-蹈道5-蒯通人L】魏圖4.3 5指點(diǎn)信標(biāo)的發(fā)射波束外標(biāo)臺(tái)的音頻調(diào)幅頻率為 400Hz，識(shí)別電碼為2劃/秒（藍(lán)色燈）；中標(biāo)臺(tái)音頻調(diào)幅頻率 為1300Hz,識(shí)別電碼為一點(diǎn)一劃/秒 （琥珀色燈）；內(nèi)標(biāo)臺(tái)音頻調(diào)制頻率為3000Hz,識(shí)別電碼為6點(diǎn)/秒（白色燈）。只有當(dāng)飛機(jī)飛過信標(biāo)臺(tái)上空時(shí)，機(jī)上信標(biāo)接收機(jī)才能收到信號(hào)，接收機(jī)的指示燈和音響設(shè)備將提醒飛行員進(jìn)行決斷。隨著距機(jī)場(chǎng)的距離越來越近，報(bào)警聲音和燈光的閃爍會(huì)逐級(jí)地越來越短促。4. 3. 5儀表著陸系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)儀表著陸系統(tǒng)在二次大戰(zhàn)后被國際民航組織規(guī)定為飛機(jī)引導(dǎo)著陸的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，至今已有50多年歷史，主要用于提供 I類和n類精密著陸的儀表引導(dǎo)。儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、使 用方便、可靠性高，應(yīng)用廣泛，目前全世界處于運(yùn)行的ILS有幾千套。但是，由于儀表著陸系統(tǒng)固有的技術(shù)體制原因，存在著許多原理和應(yīng)用方面的局限：(1)它只能在空間提供一條單一的下滑道，一次只允許一架飛機(jī)從單方向降落。(2)提供的下滑角是固定不變的，對(duì)飛機(jī)類型限制大，不適應(yīng)特殊類型的飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸 的要求，如直升機(jī)、垂直起降飛機(jī)、短距離起落飛機(jī)等。(3)系統(tǒng)依靠地面反射形成下滑道，對(duì)周圍地形要求高，不允許有遮擋物，要求安裝場(chǎng) 地非常平整和寬闊，增大了平整場(chǎng)地的費(fèi)用。(4)下滑道會(huì)隨季節(jié)和氣候變化而變化，并且容易產(chǎn)生彎曲。(5)工作頻率低，天線尺寸大，安裝調(diào)試不方便。