导航原理与系统实验指导书

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实验一基于ATOLL软件的航向信标信号模拟与验证

1、实验目的：

（1）熟悉ATOLL软件，进一步理解航向信标的工作原理。

（2）理解天线阵方向图形成原理，掌握航向信标SBO和CSB信号辐射场的方向图。

（3）利用ATOLL软件，学会测试航向信标信号波形。

（4）理解DDM的概念，多径和近场效应对DDM的影响。

2、实验内容

2.1 ATOLL 软件基本操作

1）天线阵操作

从ATOLL软件主菜单天线阵选择框中选中“New”，打开天线阵设置对话框，进行以下步骤操作：

步骤1：选择“Single”(单频)或“doube”（双频），输入天线阵数目。

步骤2：选择“ANTENNA SETTING”面板，输入天线的类型和天线间距。

步骤3：选择“ANTENNA FEEDINFS”面板，输入天线馈电幅度和相位。

步骤4：点击保存按钮保存天线阵。

练习：新建一个4阵元天线阵，第一对天线间隔为0.7倍的波长，第二对天线间隔为2.1倍的波长，天线馈电方式为左右天线等幅反相馈电，并保存该天线阵。

2）SBO、CSB方向图及DDM曲线

步骤1：从ATOLL软件主菜单天线阵选择框中选中任意天线类型，如THOMSON 13 single.

步骤2：打开ATOLL 软件下部的“Orbit”面板，并进行参数设置，如图1-1所示。

图1-1 Orbit 参数设置面板

步骤3：在ATOLL 软件右部的“Parameter ”面板中选中“CSB-field ”，如图1-2所示。点击“Orbit ”面板上的START 按钮，即可画出CSB 辐射场方向图。若要画出SBO 辐射场方向图，选中“SBO-field ”并点击START 按钮即可。若要画出DDM 曲线，选中“SBO-field ”并点击START 按钮即可。若要查看BBP ，选中“BBP ”并点击START 按钮即可。

图1-2 Parameter 选择面板

2.2 天线阵

1）已知一间距为2d 的两单元天线阵，这两个天线阵等幅反相馈电，若使天线方向图在40度方向有最大的辐射场强，试计算天线间距2d ，并利

用ATOLL 软件画出天线方向图。（()()2sin 2sin d F πθθλ⎛⎫= ⎪⎝⎭

） 2）已知一四元天线阵的方向图为

()()()()()2sin 0.7sin 2sin 2.8sin F x θπαπα=+

计算馈电幅度比x ，使天线方向图在12.6度方位有最大值0dB ，在31度方位有最小值10.2dB ，并利用ATOLL 软件验证结果。

3）CSB 信号辐射场方向图

● 选择“New array ”

● 天线数设为2，选择为“Single ”

●天线间距设为0.7λ

●Orbit设为10000米，方位设置从40

+︒

-︒到40

●画出CSB信号辐射场方向图

4）SBO信号辐射场方向图

●选择“New array”

●天线数设为2，选择为“Single”

●天线间距设为0.7λ

●Orbit设为10000米，方位设置从40

+︒

-︒到40

●画出SBO信号辐射场方向图

5）天线方向图和DDM与SDM之间的关系（DDM/SDM）

●重复3)，4)操作，画出二单元天线阵的SBO信号和CSB信号

辐射场

●把CSB信号分别降低为-10dB，-14dB和-22dB，确定逆工作区

域和过调制工作区。

●为使CSB信号和SBO信号辐射场满足ICAO要求的DDM和

SDM指标，需要增加天线单元。设天线单元为4个，各天线的

馈电幅度和相位如表1-1所示

表1-1 4元天线馈电值

●利用ATOLL软件画出该4元天线阵的方向图。确定逆工作区

域和过调工作区。

●画出DDM曲线，并判断该4元天线阵构成的航向信标是否满

足ICAO要求。

2.3 天线方向图对DDM的影响

1）设计11个阵元构成的单频航向天线阵（5对，中心位置有1个天线

单元）等间距为0.8λ的11元天线阵，进行以下操作步骤：

●从主面板天线选择下拉框中选取“New Array”

●在“New Array”面板，选择天线类型为：Single frequency。天

线数目：11

●在“Antenna Settings”面板选择天线阵《Normarc LPDA》,间距：

“Equi-Spacing”0.8λ。

●点击“Antenna feedings”，在“New Array”—Tchebychev feeding

框中，输入天线数，选副瓣电平为-30dB，用来计算chebychev

加权值。

●选择“CSB Crs”面板，点击“Compute”按钮，计算出Tchebychev

方法得到的馈电值。

●选择“SBO Crs”面板，点击“Compute”按钮，计算出Tchebychev

方法得到的新的馈电值。

●点击“Compute SBO level”按钮，使得航道扇区边界处

DDM=150uA

●保存天线

●回到主面板，选择CSB和SBO辐射方向图，距离设为10000

米，方位角设为9090

-︒-+︒

回答以下问题：

第二旁瓣抑制电平为：

5度方位的辐射场为：

选择DDM/SDM,并记录结果。

2）DDM覆盖，进行以下操作步骤

●点击“Antennas”再一次打开天线面板

●在“Antenna Feedings/SBO Crs set”中，设置Rigth<->Left

Edition 处于ON状态。目的是使天线对中一个天线的馈电值能

自动的随另一个天线的变化而变化。

●逐步增大第一个天线对SBO馈电幅度，使DDM覆盖处于正确

的值。（在图中显示ICAO限制）。