陆基导航设备VOR／DME信号覆盖分析

陆基导航设备VOR／DME信号覆盖分析

【摘要】结合PBN实施中导航台布局优化的特点，以VOR/DME和DME/DME系统为背景，基于导航精度容差与信号覆盖的航路导航性能研究方法；分析了陆基导航系统的定位精度误差及其影响因素，并结合相关数据分析航路的信号覆盖，针对存在的实际问题讨论建立更完善的覆盖效果方法从而为优化陆基导航台的布局提供支撑。

【关键词】PBN；RNA V；全向信标；测距仪

1.引言

随着空管技术的发展，陆基导航系统必须在导航能力、定位精度相关方面相应突破才能满足在PBN和RNA V实施中的更高要求；对PBN和RNA V设计来讲，必须评估支持系统运行的导航设施；针对目前的设备现状，可行方式主要是基于DME/DME和VOR/DME两种陆基导航系统。因此，确定陆基导航信号的覆盖范围和分析系统的导航精度是否可以支持相应导航规范下的技术要求是一个很有探讨价值的问题。本文分析了陆基导航系统的定位误差及其影响因素，并结合相关飞行数据，对相关航路进行了覆盖验证，为优化陆基导航台的布局提供支撑。

2.陆基导航系统性能评估方法

2.1 DME/DME导航覆盖和导航容差分析

（1）DME/DME覆盖条件

DME台的最大无线电作用范围为200NM （理论上），飞行中目标飞机必须处于该DME台的最大作用范围之内才为有效覆盖区域。根据DME/DME系统可知解算飞机的准确位置需要同时接收飞机相对两个DME台的距离信息，因此首先必须保证飞机处于两个DME台的公共覆盖范围内，保证可以同时接收两DME 台的信号。另外，当目标飞机处于两DME台公共覆盖范围内时，需要保证两DME台与飞机位置之间的夹角处于30°到150°之间。导航功能流程如图1所示；通过以下方法可以确定选定两DME台有效覆盖区域：

①分别以两DME台为中心，以该台指定运行覆盖距离为半径作圆，确定两圆的相交区域；

②以两台间距离d为半径，过两台作圆，确定满足角度约束的区域；

③以两台为中心半径lNM的圆，确定不可更新区域。

（2）DME/DME导航精度容差分析

2.2 VOR/DME导航覆盖和导航容差分析

3.VOR/DME信号覆盖范围的影响因素分析

为保证RNA V的实施，首先需要强大的甚高频（VHF）数据通信链路，保证导航系统正常、稳定的工作；其次，对于助航设备（VOR/DME、DME/DME 等）需要达到符合规定区域导航标准的精度，RNA V意味着指定的导航精度能力，航路上的容限通过导航精度与监视和通信相结合处理来实现。第三，为确保信号强度、精度和稳定性，需要通过飞行校验，保证导航信号的强度，对于部分设备在特定位置或时间达不到运行要求时，为保证正常的导航要求需评估剩余设备，并有相应应对措施。第四，导航设备其自身天线的方向性图设计和调试对导航覆盖范围的影响。第五，考虑地形对DME台信号覆盖范围的主要影响，对地形遮蔽情况的分析，首先要对接收机附近的地形进行可视性分析[3]。可视性分析也称通视分析，它的实质属于对地形进行最优化处理的范畴，已经广泛应用在地理信息系统的各个方面，其分析过程如图2所示。可视性分析的方法有两种[4]，一种是可视线高程比较法：通过对DEM数据的高程值和实现的高度的比较来判断是否可见；另一种是斜率判断法：比较目标仰角是否大于地物的最大遮蔽角。通常采用后一种方法进行可视性分析研究，可视性分析模型如图3所示。

4.结果分析与信号覆盖完善方法

在不考虑地形遮蔽影响时导航信号覆盖为一常数，全方向辐射内覆盖情况相等，但考虑地形影响则不同。在地形复杂的台站周围，地形遮挡直接影响导航信号覆盖的范围，且遮蔽角大的方位角上覆盖范围较小，因此选址时需要对地形影响予以考虑。飞行高度层也影响导航信号的覆盖范围，由于高空目标处于台站天线增益最强的方向上，加之受地形的约束逐渐减小，因此高空对台站的覆盖情况优于低空的覆盖情况。对于位置不同的两台站，为满足区域不同对角度的限制，导航信号有效覆盖范围也不同。

在航路设施建设或台站新建与更新过程中，首先要结合机载设备的发展，合理配置地面设备，选择合理的站点位置，从而从成本代价控制上达到良好的信号覆盖[8]；对部分区域已基本实现导航信号覆盖的，如想加强或备份的，可以考虑单台建站；对场型或电磁环境复杂的考虑建站到航路宽度的建站；对新建的或需更新的设备站型选择要恰当；对安装的新设备或更新维护的设备调试中，考虑天线及方位角的合理规划和设置；然而，综合考虑机场实际位置、台站用途以及山顶建台带来过高的建设和保障费用问题；在实际台站的选址中需要对台站信号覆盖性能及经济效益综合权衡。

5.结束语

基于陆基导航的RNA V、RNP以及PBN技术是解决航路拥挤问题的有效手段，本文就陆基导航的VOR与DME设备针对在地形、精度、电磁环境等因素中对信号有效覆盖范围的影响，提出一种分析实际陆基导航系统覆盖性能的方

法，其不仅考虑台站周围地形对覆盖范围的影响，而且还考虑实际导航辐射性能对其覆盖性能的约束；采用可视性分析方法，通过DEM模型对台站信号的有效覆盖范围进行分析与研究。最后结合分析结果阐述了完善信号覆盖的方法建议；从而为航路导航程序设计提供相关的理论支持，避免潜在的飞行冲突，同时也为台站选址和导航信号链路网的规划提供相关支撑。

参考文献

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[2]刘渡辉.我国区域导航航路和进离场程序设计方法研究[D].西南交通大学交通运输学院，2006，3.

[3]鲁敏，张金芳，范植华，李原野.基于DEM的视域分析与计算[J].计算机仿真，2006（05）.

[4]鲁敏，张金芳，范植华，吕品.基于地形可视性分析的最优路径搜索[J].系统仿真学报，2008（10）.

[5]隋东，王炜，左凌.基于DME/DME的区域导航航路导航性能评估方法[J].交通运输系统工程与信息，2006 （04）.

[6]管伟.基于DME/DME的区域导航及在西南地区的应用前景[J].空中交通管理，2009（02）.

[7]ICAO.AeronauticalTeleeommuaieationsAnnex 10volme I （RadioNavigationAids），1996.

[8]施健.满足区域导航性能的陆基导航技术研究[D].南京航空航天大学，2010.