機(jī)載電子設(shè)備課件-8第八章4new

第八章無線電導(dǎo)航設(shè)備與系統(tǒng)2010.12.313.航空無線電導(dǎo)航系統(tǒng)自動測向器（ADF）全向信標(biāo)系統(tǒng)（VOR）儀表著陸系統(tǒng)（ILS）測距器（DME）無線電高度表（RA）多普勒導(dǎo)航雷達(dá)羅蘭-C系統(tǒng)GPS（全球定位系統(tǒng)）3.航空無線電導(dǎo)航系統(tǒng)民航機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備典型的大型民航飛機(jī)上裝有：3套慣性導(dǎo)航設(shè)備或2套多普勒雷達(dá)、2套伏爾系統(tǒng)、2套DME系統(tǒng)、2套無線電羅盤，以及氣象雷達(dá)、羅蘭系統(tǒng)、儀表著陸設(shè)備、無線電高度表。可靠性對于民航導(dǎo)航極為重要。3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(1)機(jī)載多普勒導(dǎo)航雷達(dá)是一種采用推航定位方法的自主式遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)，它能夠連續(xù)指示飛機(jī)相對于某航路點的位置。與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，多普勒雷達(dá)有如下優(yōu)點：可以連續(xù)提供飛機(jī)的地速和位置數(shù)據(jù)；不需要地面導(dǎo)航臺提供信號；可提供全球?qū)Ш剑皇艿赜蛳拗啤?.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(2)多普勒導(dǎo)航雷達(dá)的主要缺點：需要外部航向基準(zhǔn)，如羅盤、飛行姿態(tài)系統(tǒng)等，才能完成定位；與其它推航定位導(dǎo)航設(shè)備一樣，如慣導(dǎo)系統(tǒng)，其定位誤差有累積效應(yīng)，即飛過的距離越遠(yuǎn)，定位誤差越大；依靠無線電波參量的變化來測量導(dǎo)航參數(shù)，因此必須向外輻射無線電波，會受到干擾。用推算導(dǎo)航法測量飛機(jī)航跡航跡航向偏流角地速方向風(fēng)向&風(fēng)速3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(3)利用多普勒系統(tǒng)導(dǎo)航時，由多普勒雷達(dá)測出飛機(jī)的地速GS和偏流角DA；從外部航向基準(zhǔn)獲得飛機(jī)的航向角HDG，由航向角和偏流角的代數(shù)和即可確定飛機(jī)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(jī)在下一時刻到達(dá)的位置（在已知飛機(jī)初始位置的條件下）。3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(4)多普勒效應(yīng)的實質(zhì)是：當(dāng)兩個物體如輻射源和接收機(jī)之間存在相對運動時，接收機(jī)收到的信號頻率，將與輻射源所發(fā)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(jī)之間的相對徑向運動速度成正比。多普勒導(dǎo)航雷達(dá)原理3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(5)機(jī)上的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)向地面發(fā)射電磁波，因飛機(jī)與電磁波照射的地面之間存在相對運動，雷達(dá)接收到地面回波的頻率與發(fā)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(fēng)速的合成）在雷達(dá)波束軸線方向的投影分量。3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(6)如果偏流角為0（即沒有側(cè)風(fēng)）：

其中，為波束中心與飛機(jī)縱軸方向的夾角。如果偏流角不為0，即地速矢量與飛機(jī)縱軸方向不一致，則需要先獲知偏流角，才能根據(jù)多普勒頻率計算出地速。發(fā)射兩個左右對稱波束測量偏流角飛機(jī)縱軸方向地速方向3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(7)實際上，多普勒雷達(dá)同時發(fā)射兩個與飛機(jī)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(jī)縱向平面的夾角。3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(8)當(dāng)飛機(jī)上升、下降或在平飛時受到氣流的影響，飛機(jī)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(chǎn)生分量。為了消除垂直速度對測量地速的影響，多普勒雷達(dá)同時發(fā)射兩個與飛機(jī)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(jī)縱軸方向地速方向3.6多普勒導(dǎo)航雷達(dá)(9)波束1向飛機(jī)前下方發(fā)射，波束2向飛機(jī)后下方發(fā)射，與飛機(jī)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(dǎo)航雷達(dá)(10)相應(yīng)地，兩波束測得的多普勒頻率分別是：而

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

前－后雙波束：通過測量前后波束的多普勒頻率之差可準(zhǔn)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(zhuǎn)過的角度，可準(zhǔn)確測量出偏流角。3.7羅蘭-C系統(tǒng)(1)羅蘭（LORAN,LongRangNavigation）-C為脈沖－相位測距差系統(tǒng)。羅蘭-C系統(tǒng)工作頻率為100kHz的低頻波段，導(dǎo)航信號采用地波傳播方式，其陸上作用距離達(dá)到2000公里；海上作用距離可達(dá)3600公里，并且在海面下3m以內(nèi)的深度均可實現(xiàn)直接導(dǎo)航定位。3.7羅蘭-C系統(tǒng)(2)系統(tǒng)由設(shè)在地面的1個主臺與2～3個副臺合成的臺鏈和飛機(jī)上的接收設(shè)備組成。臺鏈配置示意圖主臺主臺主臺3.7羅蘭-C系統(tǒng)(3)同一臺鏈內(nèi)的發(fā)射臺具有共同的時間基準(zhǔn)并位于同一地理區(qū)域。至少要有3個發(fā)射臺才能組成一個雙曲線臺鏈，臺鏈中的一個發(fā)射臺定做主臺，其余各臺稱副臺。3.7羅蘭-C系統(tǒng)(4)測定主、副臺發(fā)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(jī)到主、副臺的距離差。距離差保持不變的航跡是一條以發(fā)射臺為焦點的雙曲線。再測定飛機(jī)對主臺和另一副臺的距離差，可得另一條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點可以定出飛機(jī)的位置。測距差定位主臺3.7羅蘭-C系統(tǒng)(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(tǒng)(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(tǒng)(7)脈沖組重復(fù)周期（GRI）一個臺鏈中所有發(fā)射臺的GRI均相同，取值范圍為40,000~99,990us。發(fā)射時間各副臺相對于主臺的發(fā)射延時不同。副臺相對于主臺的發(fā)射延時按如下準(zhǔn)則選?。?.7羅蘭-C系統(tǒng)(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(tǒng)(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(fù)一次（＋/-表示0o/180o相位）：

GRI主臺副臺

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

載波信號的相位與其包絡(luò)波形的時間起點之間的時間關(guān)系。

ECD為零的含義：對于正相位編碼信號，脈沖包絡(luò)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(luò)30us點滯后于上述過零點，規(guī)定ECD為正值；反之，ECD為負(fù)值。

ECD成為波形是否符合標(biāo)準(zhǔn)的度量。3.7