甚高频全向信标系统

我们可以把VOR地面台想象 为这样的一个灯塔；它向四周 发射全方位光线的同时，还发 射一个自磁北方向开始顺时针 旋转的光束，如图所示。
360 0 观察时间间隔 观察者磁北方位角 光束旋转周期
VOR地面台.exe
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实际上，VOR台发射两个30Hz信号调制的射频信号。这两个 30Hz信号，一个叫基准相位信号，另一个叫可变相位信号。 基准相位信号相当于全方位光线，其相位在VOR台周围的各 个方位上相同； 可变相位信号相当于旋转光束，其相位随VOR台的径向方位 而变。 • 全向信标的工作原理：比较两个30 赫调制信号的相位，即 基准相位信号和可变相位信号的相位。 飞机磁方位决定于基准和可变相位信号之间的相位差（相当 于看到全方位光线和光束之间的时间差）。
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正弦和余弦调制的边带波分别由VOR天线阵中的可变相位天 线发射。可变相位天线包括方向性因子分别为cos 和sin 的 两个分集天线，在水平面内形成两个正交的“8”字辐射场，其 数学表达式为：
U 正弦 U vm sin sin t cost U 余弦 U vm cos cos t cost
式中
U vm ——可变相位信号两个“8”字方向图的空间合成辐射场为：
U v (t ) U vm (sin cos t cos cos t ) cost U vm cos(t ) cost
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可变相位信号的合成辐射场也是一个“8”字辐射场，两个 波瓣的相位相反，并按Ω的角频率旋转(30r／s)。图给出了在 不同方位角 时，两个正交的“8”字方向图合成一个旋转的 “8”字方向图的示意图，这也就达到了与直接转动天线使方向 性图旋转的相同的目的。
图11-1(1) VOR系统
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机载设备接收和处理地面台发射 的方位信息，并通过有关的指示 器指示出从VOR台到飞机或从飞机 到VOR台的磁方位角，如图所示。
一、有关的角度定义
VOR导航系统的功能之一是测量 飞机的VOR方位角，而VOR方位角在 无线电磁指示器(RMI)上的指示又是 通过磁航向加相对方位指示的。 因此，了解这些角度的定义和 相互关系，有助于理解VOR机载设备 的工作原理。
调频副载波再对载波调幅，然后由全向天线发射，其辐射场 为
U R (t ) U Rm [1 m cos(st m f cos t )]cos t Um m ——基准相位信号的调幅度 U Rm ——基准相位信号振幅 U
——载波信号角频率
Rm
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基准相位信号由VOR天线系统中的基准天线发射，在空间形 成全向水平极化辐射场。 由于调制过程是在发射机 内完成的，所以在VOR台周围的 360º方位上，30 Hz调制信号 的相位相同。基准相位信号产 生的过程如图所示。在进行 地—空通信时，经音频放大的 话音，同副载波一起对载波调 幅。话音频率主要集中在300— 3000Hz范围内，它不会干扰基 本的导航功能；在接收机电路 中可通过带通滤波器分开。
在现代飞机上，VOR导航系统的机载设备与仪表着陆系统 (ILS)的航向信标(LOC)的机载设备的有些部分是共用的。 VOR／LOC工作频率范围从108.00—117.95MHz，频率间隔 50kHz，共有200个波道。其中108.00—111.95MHz之间的频率， VOR／LOC共用，有40个波道分配给ILS系统的LOC，分配如下： 108.00——用于试验 108.05——VOR 108.10——奇数100 kHz波道及再加50kHz的波道用于LOC； 108.15 配对下滑信标波道； 108.20——偶数100kHz波道及再加50kHz的波道用于VOR； 108.25 ∶ 111.90 111.95
图11-1(2) VOR指示器
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VOR方位角
VOR方位角是指从飞机所在 位臵的磁北方向顺时针测量到 飞机与VOR台连线之间的夹角。 VOR方位也称电台磁方位。它是 以飞机为基准来观察VOR台在地 理上的方位，如右图
飞机磁方位
图11-1(3) 方位角定义
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，叫飞机磁方位(见图）。它是以VOR台为基准来观察飞机相对 VOR台的磁方位。
可变相位信号：调幅方式，载波 幅度随调制信号幅度线性改变。 基准相位信号：调频方式，载波 频率随调制信号幅度线性改变。
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可变相位信号：用30Hz对载波调幅，相位随VOR台的径向方位 而变化。 基准相位信号：先用30Hz对9960Hz副载波调频，然后调频副载 波再对载波调幅，而30Hz调频信号的相位在VOR台周围360方位上是 相同的。
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第一节
VOR系统工作原理
甚高频全向信标(Very high frequency Omnidirectional Range)系统，简称VOR(伏尔)，它是一种近程无线电导航系统。 VOR系统属于他备式导航，或称地面基准式导航(ground— based navigation)。 提问：1. 飞机在空中如何确定自身 的位臵？ 2. 由什么设备来完成？ 由地面发射台和机载设备组成。 地面设备通过天线发射从VOR台 到飞机的磁方位信息(以磁北为 基准零度)；
VOR台方位线
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飞机沿着预选航道可以飞向(To)或飞离(From)VOR台，以引导 飞机沿预选航道飞往目的地。
（1）飞机沿2250方位线飞向(To)VOR台-1； （2）飞机沿 900方位线飞离(From)VOR台-1； （3）飞机沿2700方位线飞向(To)VOR台-2； （4）飞机沿450方位线飞离(From) VOR台-2；
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112.00——112～117.95MHz之间间隔为50 KHz的所有频率 均用于VOR波道 112.05 ∶ 117.90 117.95
108.00MHz的频率没有分配给导航设备，留作试验用。也有一 些波道(导航波段的低频率端)留作ILS的试验用，而不用于VOR。 如果VOR／LOC接收电路共用的话，试验频率使用117.95MHz。 机载接收机能够接收108.00—117.95MHz之间的所有波道，包 括这些留作试验的频率。
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磁航向
磁航向是指飞机所在位臵的 磁北方向和飞机纵轴方向(机头 方向)之间顺时针方向测量的夹 角，如图
相对方位角
飞机纵轴方向和飞机到VOR 台连线之间顺时针方向测量的 夹角，叫相对方位角，或称电 台航向，如图所示。
图11-1(4) 方位角定义
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从上述4个角度的定义，可以得到如下的结论： VOR方位与飞机磁航向无关；只与飞机相对VOR台地理位臵有关， 如上左图所示。 飞机磁方位和VOR方位相差180º，如上左图所示。 VOR方位等于磁航向加相对方位，如上右图所示。
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通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向(左边或 右边)和角度，并指引飞机沿正确航道飞行到达目的地； 飞机沿3500预选航道飞向(To) VOR台； 航道偏离指示器指出飞机偏离 预选航道，应向左边飞行；
航道偏离指示器指出飞机偏离 预选航道，应向右边飞行；
VOR方位指示.exe
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三、VOR工作频率分配
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四、地面台的配置
安装在机场的VOR台叫终端VOR台(TVOR)，使用108．00一 111．95MHz之间的40个波道。发射功率约50W，工作距离25n mile。TVOR台之所以采用低功率发射，其一是不干扰在相同频 率上工作的其他VOR台；其二，TVOR台位于建筑物密集的机场， 多路径干扰严重影响VOR的精度，因此，只能用于短距离导航。 TVOR台通常和DME或LOC装在一起，VOR／DME台组成极坐标 定位系统；VOR／LOC装在一起，利用和跑道中心延长线一致的 TVOR台方位线，可以代替LOC对飞机进行着陆引导。
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VOR台通常和测距台(DME)安装一起（O点），利用VOR设备测量
飞机磁方位角θ；利用DME测量飞机到VOR／DME台的距离r，确定 飞机的地理位臵。这种方法叫测角—测距定位，即r—θ定位/极 坐标定位，如下图（a）所示。
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2．沿选定的航路导航(navigation along established airways) VOR台能够辐射无限多的方位线或称径向线(radial)，每条径 向线表示一个磁方位角(磁北为基准零度)。驾驶员通过机上全向 方位选择器OBS (omni-bearing selector)选择一条要飞的方位线， 称预选航道。 全方位选择 器和预选航 道指示
第十一章
甚高频全向信标系统
本章学习要点 ①理解VOR系统的工作原理； ②理解VOR地面台发射信号的原理； ③了解VOR机载设备； ④了解VOR数字方位测量电路； 课时分配6学时
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本章主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
VOR系统工作原理 ； VOR地面台发射信号 ； VOR机载设备 ; VOR数字方位测量电路 ;
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三、可变相位信号
可变相位信号在空间形成一个“8”字旋转辐射场。有两种 方法可以产生旋转的“8”字方向图：其一是旋转具有“8”字 方向图的天线(如半波振子、裂缝天线等)；其二是天线不动， 用电气的方法使“8”字方向图旋转。大多采用后一种方法。
从高频发射机取出一部分功率(约10%)加到调制抑制器(去 幅器)，去掉调幅部分，并进行功率放大，输出没有调制的纯载 波。它与基准相位信号的载波是同频率、同相位的，然后加到 测角器。测角器把载波分解成30Hz正弦和余弦调制的调幅边带 波，即： sin t cost ——正弦调制的边带波 cost cost ——余弦调制的边带波
正、余弦边带合成可变场.exe
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四、合成空间辐射场
可变相位信号和基准相位信号虽然是分开发射的，而空间某 一点(具体的说是飞机)的接收信号是基准相位和可变相位信号 的合成信号，而空间辐射场等于两者的叠加：
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30Hz AM
o
30Hz FM o 30Hz AM o 30Hz FM 30Hz AM o N