第4章 測(cè)距機(jī).ppt

1、,導(dǎo)航原理與系統(tǒng),Navigation Principles and Systems,倪育德,中國(guó)民航大學(xué),第4章 測(cè)距機(jī),4.1 概述,4.2 DME的基本工作過(guò)程,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,4.5 DME詢問(wèn)器,4.6 LDB-101測(cè)距機(jī)信標(biāo),Navigation Principles and Systems,4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.1 概 述,一、DME的發(fā)展歷史,由英國(guó)在二戰(zhàn)間研制的Rebecca-Eureka系統(tǒng)演變而來(lái)；,1959年被ICAO采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)；,DME的裝備量在世界范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)。,DME是高精度的近程脈沖（時(shí)間）

2、測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng),中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.1 概 述,二、DME的發(fā)展趨勢(shì),中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.2 DME的基本工作過(guò)程,圖片說(shuō)明：DME信標(biāo)常與DVOR信標(biāo)合裝在同一臺(tái)站，但DME信標(biāo)也可與ILS的下滑信標(biāo)合裝。圖中表示的是DME信標(biāo)與DVOR信標(biāo)合裝的情況，在圓周上布置的天線為DVOR天線，而直立的是DME信標(biāo)的天線。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.2 DME的基本工作過(guò)程,一、DME測(cè)量的斜距,若8（HR），則RR0 ，其誤差不會(huì)超過(guò)1；,在飛行的絕大部分時(shí)間內(nèi)，都滿足8（HR）。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,二、工作框圖與時(shí)序（1）,4.2 DME的基本工作過(guò)程,中國(guó)民航大學(xué) CAU

3、C,4.2 DME的基本工作過(guò)程,二、工作框圖與時(shí)序（2）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.2 DME的基本工作過(guò)程,二、工作框圖與時(shí)序（3）,機(jī)載詢問(wèn)器測(cè)到的飛機(jī)與DME地面臺(tái)之間的斜距R為,機(jī)載詢問(wèn)器計(jì)算的斜距R以海里（nm）為單位顯示于十進(jìn)制的距離指示器上。若時(shí)間以微妙計(jì)算，距離以海里計(jì)算，則得,12.359（s）是電波往返1nm所經(jīng)歷的時(shí)間。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.2 DME的基本工作過(guò)程,三、DME的一般特性,近程脈沖（時(shí)間）測(cè)距系統(tǒng),電波采用視距傳播，電波的極化形式為垂直極化,DME的分類,窄頻譜特性的DME（DME/N）,寬頻譜特性的DME（DME/W）,精密DME（DME/P

4、）,輻射功率與作用距離,航路DME：輻射功率1kW，作用距離200nm,終端DME：輻射功率100W，作用距離25nm,系統(tǒng)延時(shí)（T0）,航路DME： T0必須設(shè)置在50s,終端DME： T0可以不設(shè)置在50s,DME/N的精度：優(yōu)于0.5nm（2）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,一、定位, 定位, 定位,4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,二、計(jì)算地速和到臺(tái)時(shí)間,4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,測(cè)量斜距：R(t),計(jì)算地速：,計(jì)算到臺(tái)時(shí)間（TTS）：TTS=R(t)/KTS,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,三、避開(kāi)保護(hù)空域和飛行等待,4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,飛行等待,避開(kāi)

5、保護(hù)空域,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,四、利用VOR/DME實(shí)施近進(jìn),4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,五、利用DME/DME或VOR/DME實(shí)行區(qū)域?qū)Ш?4.3 DME系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,一、系統(tǒng)的工作頻段與波道（1）,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,工作頻段：9621213MHz,機(jī)載詢問(wèn)RF：10251150MHz，f=1MHz，共有126個(gè)詢問(wèn)RF,地面應(yīng)答RF：9621213MHz，f=1MHz，共有252個(gè)應(yīng)答RF,f 詢問(wèn) f應(yīng)答 =63MHz,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,一、系統(tǒng)的工作頻段與波道（2）,126個(gè)

6、X波道：1X，2X，126X,126個(gè)Y波道：1Y，2Y，126Y,DME共有252個(gè)波道，但有52個(gè)波道（116X、Y，6069X、Y）通常不用。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,一、系統(tǒng)的工作頻段與波道（3）,DME只使用252個(gè)波道中的200個(gè)波道的原因：,VOR有160個(gè)波道，ILS有40個(gè)波道，它們一共只有200個(gè)波道；,為了避免DME與SSR之間可能產(chǎn)生的相互干擾：SSR的詢問(wèn)RF頻率為1030MHz（69Y），應(yīng)答RF頻率為1090MHz（3Y）。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,一、系統(tǒng)的工作頻段與波道（4）,對(duì)于第N（N=1,2,1

7、26）波道,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,二、脈沖編碼格式（1）,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,二、脈沖編碼格式（2）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,二、機(jī)載詢問(wèn)器的詢問(wèn)（1）,1.詢問(wèn)器的工作狀態(tài),4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,搜索狀態(tài)：詢問(wèn)器在不斷發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)的過(guò)程中，搜尋應(yīng)答器對(duì)自己詢問(wèn)的應(yīng)答信號(hào)，并初步確定這一應(yīng)答信號(hào)相對(duì)于發(fā)射時(shí)刻的時(shí)間間隔的過(guò)程。搜尋時(shí)間一般小于1s。在搜尋階段，距離指示器不給出距離讀數(shù)。,跟蹤狀態(tài)：隨著飛機(jī)與地面臺(tái)之間距離的變化，詢問(wèn)器能夠自動(dòng)跟蹤應(yīng)答器對(duì)自己的應(yīng)答信號(hào)，得到連續(xù)的距離讀數(shù)。,記憶狀態(tài)（類跟蹤狀態(tài)）：距離計(jì)

8、算電路根據(jù)信號(hào)丟失前已知的距離變化率連續(xù)更新距離讀數(shù)。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,二、機(jī)載詢問(wèn)器的詢問(wèn)（2）,2.詢問(wèn)脈沖對(duì)的重復(fù)頻率,搜索狀態(tài)：詢問(wèn)脈沖對(duì)重復(fù)頻率（PRF）=40150對(duì)/秒（Hz）,跟蹤狀態(tài)：詢問(wèn)PRF=1030Hz,記憶狀態(tài)：詢問(wèn)PRF=1030Hz,地面信標(biāo)臺(tái)每秒中輻射的脈沖對(duì)的數(shù)量存在一個(gè)最大值（上限）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,二、機(jī)載詢問(wèn)器的詢問(wèn)（3）,3.詢問(wèn)器對(duì)自己應(yīng)答信號(hào)的同步識(shí)別,詢問(wèn)器采用“頻閃搜索”技術(shù)，從眾多的應(yīng)答信號(hào)中識(shí)別出對(duì)自己的應(yīng)答信號(hào)。,T1T2T3T4,每一架飛機(jī)發(fā)出的相鄰詢問(wèn)脈沖對(duì)之

9、間的間隔T是隨機(jī)的，并且兩個(gè)飛機(jī)發(fā)出詢問(wèn)的這種隨機(jī)性不可能相同。,詢問(wèn)信號(hào)的這種隨機(jī)性，導(dǎo)致了應(yīng)答脈沖對(duì)的間隔也是隨機(jī)的。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,二、機(jī)載詢問(wèn)器的詢問(wèn)（4）,4.詢問(wèn)器的自動(dòng)等待,詢問(wèn)器的自動(dòng)等待是詢問(wèn)器剛開(kāi)始請(qǐng)求某一地面臺(tái)服務(wù)時(shí)所處的一種判斷自己是否發(fā)射詢問(wèn)脈沖對(duì)的狀態(tài)。,詢問(wèn)器處于自動(dòng)等待狀態(tài)時(shí)，不發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，只是接收地面臺(tái)輻射的信號(hào)。,詢問(wèn)器只有當(dāng)1s鐘內(nèi)所接收到的應(yīng)答脈沖對(duì)數(shù)量超過(guò)650（或450）時(shí)，它才結(jié)束自動(dòng)等待狀態(tài)而轉(zhuǎn)為搜索狀態(tài)。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,二、機(jī)載詢問(wèn)器的詢問(wèn)（5）,中國(guó)民航大學(xué) C

10、AUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（1）,地面應(yīng)答器輻射的信號(hào)共有3種,對(duì)詢問(wèn)信號(hào)的應(yīng)答脈沖對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)脈沖對(duì),填充脈沖對(duì),識(shí)別脈沖對(duì),1.應(yīng)答脈沖對(duì)（1）,應(yīng)答率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)應(yīng)答器發(fā)射的脈沖對(duì)的平均數(shù)量，即發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率（PRF）。,應(yīng)答效率：,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（2）,1.應(yīng)答脈沖對(duì)（2）,最大應(yīng)答率的計(jì)算,100架A/C 1s內(nèi)發(fā)射的總詢問(wèn)數(shù)：3030,信標(biāo)臺(tái)的應(yīng)答效率小于100%,信標(biāo)臺(tái)的最大應(yīng)答率為：270090Hz,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（3）,1.應(yīng)答

11、脈沖對(duì)（3）,一旦檢測(cè)到應(yīng)答率大于2700Hz（過(guò)響應(yīng)），則AGC電路被啟動(dòng)，接收機(jī)中放增益降低。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（4）,1.應(yīng)答脈沖對(duì)（4）,一旦出現(xiàn)過(guò)響應(yīng)，則應(yīng)答器的服務(wù)距離將逐漸變小。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（5）,2.填充脈沖（1）,如果應(yīng)答器采用“有問(wèn)才有答”的設(shè)計(jì)原則，將會(huì)出現(xiàn)什么情況？,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（6）,2.填充脈沖（2）,信標(biāo)臺(tái)存在最小應(yīng)答率,ICAO規(guī)定，信標(biāo)臺(tái)的最小應(yīng)答率應(yīng)盡可能接近700Hz。但實(shí)際

12、DME信標(biāo)大多采用1000Hz左右的最小應(yīng)答率。,填充脈沖是維持信標(biāo)臺(tái)最小應(yīng)答率的一種脈沖,填充脈沖數(shù)=最小應(yīng)答脈沖數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)脈沖數(shù) （時(shí)間為在1s內(nèi)）,一旦轉(zhuǎn)發(fā)脈沖數(shù)達(dá)到或超過(guò)最小應(yīng)答脈沖數(shù)，填充脈沖便不復(fù)存在。 （時(shí)間為在1s內(nèi)）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（7）,2.填充脈沖（3）,表中，各類脈沖數(shù)是在1s內(nèi)計(jì)得的,最小應(yīng)答率設(shè)為：1000Hz,最大應(yīng)答率設(shè)為：2700Hz,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（8）,2.填充脈沖（4）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的

13、應(yīng)答（9）,3.識(shí)別信號(hào)（1）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（10）,3.識(shí)別信號(hào)（2）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（11）,4.信標(biāo)發(fā)射的封閉（1）,反射詢問(wèn)信號(hào)對(duì)DME系統(tǒng)的影響,使測(cè)距出錯(cuò),可造成信標(biāo)過(guò)載,使測(cè)距無(wú)法實(shí)現(xiàn),中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（12）,4.信標(biāo)發(fā)射的封閉（2）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（13）,4.信標(biāo)發(fā)射的封閉（3）,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.4 DME系統(tǒng)的工作特征,三、

14、地面應(yīng)答器的應(yīng)答（14）,5.應(yīng)答效率,下述原因?qū)е聭?yīng)答器的應(yīng)答效率小于100%：,DME信標(biāo)處在寂靜時(shí)間內(nèi)不能對(duì)詢問(wèn)進(jìn)行應(yīng)答,DME信標(biāo)發(fā)射識(shí)別碼“傳號(hào)”時(shí)不能對(duì)詢問(wèn)進(jìn)行應(yīng)答,為了保證詢問(wèn)器可靠工作，ICAO規(guī)定，DME地面臺(tái)的應(yīng)答效率不能低于70%。,下述原因?qū)е略儐?wèn)器不可能獲得100%的對(duì)自己詢問(wèn)的應(yīng)答：,DME信標(biāo)的應(yīng)答效率小于100%,本臺(tái)DME詢問(wèn)器在發(fā)射詢問(wèn)脈沖時(shí)，或另一臺(tái)詢問(wèn)器及兩臺(tái)SSR應(yīng)答機(jī)在發(fā)射信號(hào)時(shí)，本臺(tái)DME詢問(wèn)器的接收機(jī)均被抑制，使詢問(wèn)器在這段時(shí)間內(nèi)接收不到自己的應(yīng)答信號(hào)。,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.5 DME詢問(wèn)器,發(fā)射機(jī)：產(chǎn)生、輻射詢問(wèn)信號(hào)；,接收機(jī)：接收處理

15、應(yīng)答信號(hào)；,距離測(cè)量：測(cè)量計(jì)算詢問(wèn)器應(yīng)答器之間的距離。,一、詢問(wèn)器的組成與任務(wù),二、詢問(wèn)器的工作過(guò)程（1）,1.自動(dòng)等待狀態(tài)及其結(jié)束,2.搜索狀態(tài)（1）,定時(shí)脈沖的頻率F=400Hz（固定），“顫抖脈沖產(chǎn)生器”的分頻比n3，10內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)的任意一個(gè)值，故輸出的“顫抖脈沖”的頻率（或詢問(wèn)脈沖對(duì)的頻率）為40，133 Hz內(nèi)隨機(jī)的任意一個(gè)值。,顫抖脈沖或詢問(wèn)脈沖對(duì)頻率變化隨機(jī)的現(xiàn)象稱為“頻閃”,這種設(shè)計(jì)思想你不覺(jué)得很巧妙嗎？對(duì)！是天才的設(shè)計(jì)！,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.5 DME詢問(wèn)器,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.5 DME詢問(wèn)器,中國(guó)民航大學(xué) CAUC,4.5 DME詢問(wèn)器,二、詢問(wèn)器的工作過(guò)程（2）,2.搜索狀態(tài)（2）,若對(duì)詢問(wèn)的應(yīng)答沒(méi)有到達(dá)詢問(wèn)器：“距離波門”與譯碼脈沖符合（相碰）的概率只有0.3%。即使應(yīng)答PRF=2700Hz，1s內(nèi)只有8.1個(gè)脈沖送到“符合計(jì)數(shù)器”。此時(shí)，可變延時(shí)T繼續(xù)加大，詢問(wèn)器繼續(xù)搜索。,假設(shè)詢問(wèn)PRF=100Hz,若對(duì)詢問(wèn)的應(yīng)答已到達(dá)詢問(wèn)器：“距離波門”與譯碼脈沖的符合（相碰）概率為100%。即使應(yīng)答效率只有50%，1s內(nèi)將有50個(gè)脈沖送到“符合計(jì)數(shù)器”。,一旦“符合計(jì)數(shù)器”檢測(cè)到計(jì)數(shù)脈沖的這種突變，則表明已捕