导航学5-2-2012

N
飞机 纵轴 延长线
相对 方位
观测线
飞机到地面导航台的相对方位
1 自动测向器(ADF)（2）
❖系统的工作频率在150kHz～1800kHz范围 内，属中长波波段，因此主要依靠地波或 直达波传播。
❖地波的传播距离可以达到几百公里，但易 受到天波的污染，特别在夜间。只有当飞 机离地面导航台站较近时，方位读数才比 较可靠，测向精度可达2°左右。
❖1949年，ILS被ICAO定为飞机标准近进和 着陆设备。
3 仪表着陆系统（ILS）(3)
❖决断高度（DH）是指驾驶员对飞机着陆 或复飞做出判断的最低高度。在决断高度 上，驾驶员必须看见跑道才能着陆，否则 放弃着陆，进行复飞。
❖ICAO根据飞机在不同气象条件下的着陆 能力，规定3类着陆标准，使用跑道视距 和决断高度来表示。
利用两个地面导航台为飞机定位
判断飞机飞越导航台的时间
1 自动测向器(ADF)（5）
▪ 判断飞机飞越导航台的时间：当飞机飞向导 航台时，根据相对方位角的变化来判断飞越 导航台的时间。如方位指示由0 °转向180 ° 的瞬间即为飞越导航台的时间；
▪ 利用方位指示保持沿预定航路飞行，即向/背 台飞行；
A
•
•
•
T
•
DVOR
•
C
• •
•
T/F G 无指示
T
T or F？
3 仪表着陆系统（ILS）(1)
❖ILS（Instrument Landing System）是在机 场终端区引导飞机精密进近着陆的着陆引 导设备，基于振幅比较测向原理。ILS提 供的引导信号，使飞机沿跑道中心线的垂 直面和规定的下滑角，从450m高空引导到 跑道入口水平面以上的决断高度（ Decision Height），然后由驾驶员看着跑 道操纵飞机目视着陆。
▪ 下滑信标（Glideslope），提供飞机偏离下 滑面的垂直引导信号，工作频段为329.15～ 335.0MHz，频段内也有40个通信波道，波 道间隔为150kHz；
▪ 指点信标（Marker Beacon），提供距离引导 信号，工作频率固定在75MHz 。
下滑道
航向和下滑信标产生的引导信号
3 仪表着陆系统（ILS）(6)
基准相位信号（其相
位在VOR台周围各个方 位上相同）
可变相位信号（其相位
随VOR台的径向方位而变）
2 甚高频全向信标系统(VOR)(8)
❖为了在接收机中能够区分两个30Hz信号， VOR台发射信号采用两种不同的调制方式
▪ 基准相位信号：首先用30Hz信号对9960Hz的 副载波调频，然后调频副载波再对载波调幅 ，其相位在VOR台周围360度方位上均相同， 由无方向性天线发射。
航向 相对 方位
RMI指示方位原理
ADF指示器
1 自动测向器(ADF)（4）
❖ADF的主要功能：
▪ 测量飞机纵轴方向到地面导航台的相对方位 角，并显示在方位指示器上；
▪ 对飞机进行定位：现代飞机上一般装备两部 ADF。两部ADF所测得的相对方位显示于同 一指示器上，由这两个方位角可确定飞机对 地面导航台的两条相应位置线，根据位置线 相交定位原理即可确定飞机的地理位置；
L2
F
L1 L2
•
N
•
E
• •
OBS=
L1
D
• •
• •
B
A
• •
• •
DVOR
G
•
C
• •
•
✓航道偏离杆永远偏向 预选航道所在的方向；
✓航道偏离指示与飞机 的磁航向无关。
• •
• •
• • •
•
向/背（To/From）台指示
L2
T/F 无指示 F
• •
• •
N
OBS=
L1
F
D
•
E
• •
•
TB
分类与精度
✓ 常规VOR（CVOR）：2 ✓ 多普勒VOR（DVOR）：1 ✓ 精密VOR（PVOR）：0.25
2 甚高频全向信标系统(VOR)(6)
❖VOR测定方位的基本原理 VOR台发射被两个低频信号（30Hz）调 制的射频信号，这两个低频信号分别为基 准相位信号和可变相位信号，机载设备接 收VOR台的发射信号，并测量这两个信号 的相位差（相位差正比于飞机磁方位）， 即可得到飞机磁方位及VOR方位。
❖VOR的主要功能：
▪ 对飞机进行定位 ▪ 沿选定航路导航 ▪ 利用VOR/VOR或VOR/DME实行区域导航 ▪ 利用VOR/DME实施近进
一、定位
LB
LA
N
N
A
VOR-A
M
B
VOR-B
定位
N
LB
LA M
VOR/DME
定位
二、沿选定航路导航
▪ 沿选定的航路导航：飞机沿预选的航道飞向或 飞离VOR台，通过航道偏离指示指出飞机偏离
2 甚高频全向信标系统(VOR)(4)
▪ 工作频率高（108M~118MHz)，因此受静电干 扰小，指示较稳定。但作用距离受视线距离 的影响，与飞行高度有关。
▪ 地面导航台站的场地要求较高，如果地形起 伏较大或有大型建筑物位于附近，则由于反 射波的干涉，将引起较大的方位误差。
2 甚高频全向信标系统(VOR)(5)
❖跑道视距是指在跑道表面的水平方向上能 在天空背景上看见物体的最大距离。
3 仪表着陆系统（ILS）(4)
❖ILS能满足I和II类着陆标准，而III类着陆则 要求更复杂的辅助设备配合。 ICAO规定的着陆标准等级
3 仪表着陆系统（ILS）(5)
❖ILS包括3个分系统
▪ 航向信标（Localizer），提供飞机偏离航向 面的横向引导信号，工作频段为108.1～ 111.95MHz，频段内共有40个通信波道，波 道间隔为50kHz；
航向信标台场地保护区
航向信标辐射场与飞机偏离航向面指示
3 仪表着陆系统（ILS）(7)
❖下滑信标（GS） 沿飞机主降方向两侧辐射两束垂直交叉波
瓣，分别被90Hz和150Hz信号调幅，形成与 跑道水平面成2°～4°仰角的下滑引导面， 与航向面的交线即为下滑道(线)。 ❖ 机载下滑接收机
接收下滑信标信号，经处理，输出相对于 下滑面的偏离信号，并显示到HIS上。当飞 机在下滑面上，下滑指针在中心零位；若飞 机在下滑面上方，指针向下指，向驾驶员提 供“向下飞”的指令；反之亦然。
VOR方位、磁航向与相对方位
2 甚高频全向信标系统(VOR)(3)
❖与同样是测向导航导航设备的ADF相比， VOR具有以下特点：
▪ ADF采用地面无方向性天线发射，机上采用 方向性天线接收的方法测向；VOR则采用地 面导航台用方向性天线发射，机上采用无方 向性天线接收的方法测向。
▪ VOR可以直接提供飞机的方位角（相对于地 面导航台）而无需航向基准，且测向精度高 于ADF。
❖被ICAO（国际民航组织）所采用， 1949年起 成为国际标准航线的无线电导航设备，用作航 路导航，也用作非精密进近引导。
2 甚高频全向信标系统(VOR)(2)
❖VOR方位：飞机所在位置的磁北方向顺时 针测量到飞机与VOR台连线之间的夹角， 是以飞机为基准来观察VOR台在地理上的 方位。
❖飞机磁方位：从VOR台的磁北方向顺时针 测量到VOR台与飞机连线之间的夹角，是 以VOR台为基准来观察飞机相对VOR台的 磁方位。
下滑道的形成
工工作作原原理理
航向面 跑道
下滑面
下滑道
注：实际的下滑道是有 一定的厚度和宽度的。
工作原理
十字指针
在航道右方或下滑道下方
150>90
航向面
下滑面
跑道
DDM=0 90>150
在航道左方或下滑道上方
航向 下滑线
ILS进场示意图
3 仪表着陆系统（ILS）(2)
❖ILS能在气象条件恶劣和能见度差的条件 下给驾驶员提供引导信息，保证飞机安全 近进和着陆。
▪ 可变相位信号：用30Hz信号直接对载波（ 108M~118MHz)调幅，其相位随VOR台的径 向方位而变，由方向性天线发射。
合成辐射场（旋转的心形方向图）
图片说明：DVOR常与测距机（DME）信标合装在同一台站。图中在圆周上布 置的天线为DVOR天线，旁边直立的有一个是DME信标的天线。
DVOR信标的工作过程
❖航向信标（LOC） 沿跑道中心线两侧辐射两束水平交叉波瓣
，分别被90Hz和150Hz信号调幅，在通过跑 道中心延长线的垂直面内形成航向引导面。
❖机载航向接收机 接收航向信标信号，经处理，输出飞机相
对于航向面的偏离信号，并显示到水平姿态 指示器（HSI）上。当飞机在跑道面上，即 对准跑道中心线，则偏离指示为零；若飞机 在航向面左侧，航道杆将偏向右，向驾驶员 提供“向右飞”的指令；反之亦然。
导航学
(测绘工程专业）
主 讲：朱 智 勤
无线电、天文和其它导航系统
无线电导航系统
❖自动测向器（ADF） ❖全向信标系统（VOR） ❖仪表着陆系统（ILS） ❖测距器（DME） ❖塔康系统 ❖罗兰-C系统 ❖无线电高度表（RA） ❖航空无线电导航系统总结
1 自动测向器(ADF)（1）
❖ADF(Automatic Direction Finding)，又称无 线电罗盘，是一种振幅最小值测向无线电 导航系统。利用设置在地面的无方向信标 （NDB）发射无线电波，在机上用环形方 向性天线接收和处理电波信号，获取飞机 到地面导航台的相对方位。
▪ 由于工作于中长波段，可接收民用广播信号 ，并可用于定向。
1 自动测向器(ADF)（6）
❖ADF的组成
▪ 地面导航台：由中波发射机、发射天线及辅 助设备组成，安装在每个航站和航线的某些 检测点上，不断地向空间全方位地发射无线 信号，称为无方向信标（NDB)。
▪ 机载设备：主要包括自动测向接收机、控制 盒、方位指示器、环形天线和垂直天线或组 合式环形/垂直天线。
预选航道的方向和角度，以引导飞机沿预选航 道飞往目的地。
N
N
30
60
VOR-A
90
VOR-B
三、利用VOR/VOR或VOR/DME实行 区域导航
四、利用VOR/DME实施近进
航道偏离指示
航道偏离杆（指示飞机偏离跑道中心线的角度）； 向台/背台箭头
航道偏离指示（2）
• •
• •
• • •
•
航道偏离指示（3）
❖VOR系统的工作频段为108~118MHz，频 段内共有160个通信频道，频道间隔为 50kHz。
❖用于航路导航的VOR导航台(CVOR) ， 使用频率112~118MHz，共有120个频道 ，其作用距离可达100海里以上。
❖用于引导进近着陆的VOR导航台(TVOR) ，使用频率108~112MHz，共有80个频段 ，其作用距离一般为25海里以上。
1 自动测向器(ADF)（7）
❖机载设备
▪ 自动测向接收机：一般为超外差式设计； ▪ 控制盒：用于控制各种工作状态的转换、频
率选择和远、近台的转换等，并可进行调谐 ； ▪ 方位指示器 ▪ 天线
2 甚高频全向信标系统(VOR)(1)
❖VOR（VHF Omnidirectional Range，伏尔）是 一种相位比较测向近程导航系统。机载设备通 过接收地面VOR导航台发射的甚高频电波，可 直接测量从飞机所在位置的磁北方向到地面导 航台的方位（VOR方位），以进一步确定飞机 相对于所选航道的偏离状态。
下滑信标辐射场与飞机偏离下滑面指示
下滑道偏离指示器
下滑偏离杆（指示飞机偏离下滑道的角度）
3 仪表着陆系统（ILS）(8)
❖ 指点信标（MB） 将2～3个指点信标台安装在跑道中心延长线规定距 离上，分别称为内/中/外指点信标。每个指点信标台 发射垂直向上的扇形波束，信标台之间音频识别码( 莫尔斯码)及调制频率互异。
1 自动测向器(ADF)（3）
❖ADF指示的角度是飞机纵轴方向到地面导 航台的相对方位。因此，若要得到飞机相 对于导航台的方位，还必须获知飞机的航 向，这需要与磁罗盘或其他航向测量设备 相结合。
❖飞机上通常把磁罗盘和ADF的指示部分结 合在一起，构成无线电磁指示器（RMI, Radio Magnetic Indicator）。
VOR工作原理说明
2 甚高频全向信标系统(VOR)(7)
❖将VOR台想象为一个灯塔：它向四周发射 全方位光线（相当于基准相位信号）的同 时，还发射一个自磁北方向顺时针旋转的 光束（相当于可变相位信号） 。如果一个 远距离观测者记录从开始看到全方位光线 到看到旋转光束之间的时间间隔，并已知 光束旋转速度，即可计算出观测者的磁方 位角：光观束测3旋者60转磁O 周方期位角观测时间间隔
天线系统（1）
✓载波天线： 1个 ✓边带天线： 48个，50个，52个
阿尔福特（ford） 天线
✓监视天线： 1个或2个（折叠式偶极子天线 ）
顶空盲区
水平面
垂直面
DVOR信标的工作过程
天线系统（2）
相邻的两个边带天 线相距7.5°
（直径约30.5m ）
DVOR信标的工作过程
天线系统（3）
2 甚高频全向信标系统(VOR)(9)