第四讲-无线电振幅导航系统

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式中m(θ)= F(θ)• E2m/E1m
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三、关键技术和解决方法——双值性的消除
• 若-90°<θ<90°,则e1超前于e2,通过 伺服电机使环形天线逆时针旋转,θ 将逐渐增大,直至θ=90°时为止。
• 若90°<θ<270°时,情况相反。
θ
环形天线方向形图
• 要确定信号e1和e2的相对相位,需要 一个基准信号,利用无方向垂直天线
• M型测向信号的特点是载波信号的幅值保持不变;而调制系数仍随角度θ 的变化而改变,即调幅信号包络的大小,随测向器相对信标台的方位不同 而202变0/4化/2 。
2.2 无线电罗盘测向系统
• 2.2.1 系统简介 • 2.2.2 无方向无线电信标 • 2.2.3 机载无线电自动定向仪 • 2.2.4 无线电罗盘在航空导航中的应用 • 2.2.5 无线电振幅导航系统的测向误差 • 2.2.6 系统简单评价
上海海事大学 应士君
2020年4月2日星期四
第四讲
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• 一战时,被用于引导船只的归航和出航,并很快 发展到对飞机的导航。
• 振幅导航系统的缺点:测向(测角)精度不高 • 振幅导航系统的发展:振幅系统还会继续使用,
但未来的发展将更多地采取组合方式,如与GPS 卫星定位系统结合;仪表着陆系统和微波着陆系 统、卫星着陆系统等组成的多模式接收机(MMR )。
• 在飞机上安装环形天线时,要求将稳定的零 值点朝向机头方向,即“8”字形方向性图的 纵轴与飞机纵轴方向严格保持一致。
• 具体实现方法是:使电波从机头沿机身轴线 射入,转动测角器搜索线圈使其感应电势消 失,指示器指示零度,这样即确定了机身轴 线方向为基准方向。
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激磁线圈 基准信号 135 Hz的本振信号
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• 环形天线的“8”字形方向性图有最小值,可采用最小值法测 向,并且结构简单、容易制作、体积小、质量轻,适宜于在 运载体上安放,一般工作于中、短波段的测向系统中。分集 天线的方向性图与环形天线基本一致。
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E型测向信号的形成及其特征
• 设地面导航信标台---→全向信号,而无线电测向 器天线的方向性函数为F(θ) :
cost cost

在测角器内产生互相 垂直的两个感应磁场
hh12
H1 cos H2 sin
cos t cos t
• 两个磁场形成一个合成磁场
h
h12 h22
H12
cos2
H
2 2
sin2
cos t
• 测角器内两场线圈的参 数是按相同比例设计
E1m H1 E2m H 2
• 因此合成磁场即为两环形天线合成电 动势的影射,其方向代表了无线电波 的来波方向,并与基准方向即环形天 线1的夹角为θ。
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• 最小值法——测量灵敏度和精度较高 • 最大值法——信噪比最大,而天线制作的难
易程度是最大值法较难 • 等信号法——性能表现都是居中 • 由于最小值法不灵敏区较小,在高频、超高
频、甚高频以及微波频段,均可获得所要求 的方向性图,因此应用场合较多。
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振幅导航系统的天线特性和信号特征 一、环形天线的特性分析 二、对方向性天线的要求
进行导航引导。
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一、出航、归航和沿线飞行
• 在无侧风影响情况下,出航背台飞行时,罗盘指示为1800 ,归航向台飞行时,罗盘指示为00。沿线飞行一般都是沿 折线航线飞行,每个主要拐弯点不是机场就是航路信标点 ,所以沿线飞行多数也是背、向台飞行 。
• 在有侧风影响时,航迹方向(或地速方向)和飞机纵轴方 向(航向)不一致,存在偏流角,这是在向台飞行时特别 要注意的,否则即使保持无线电罗盘00飞行,由于侧风影 响也会发生偏航。
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二、基本原理
u1=U2m F(θ)cos(ωt+90°) u5=U2m F(θ)cosΩtcosωt =U1mcosωt
u2=U2m F(θ)cosωt =cosΩt
=m(θ) cosΩt
=cosΩt 叠加电路的信号输出为一调幅波: e1+e′2=E1m [1+m(θ) cosΩt] cosωt
•E0,是个固定常数 • 所以 Em= Em maxcosθ。 • 该式反映了环形天线平面和电波传播方向之间的夹角θ与感
应电动势的关系。 • 矩形环形天线的感应电动势(e=Em·cosωt)超前于电场
(E=E0sinωt)90°,并且当θ在-90°~+90°之间时,感应电 动势为正值;θ在90°~270°时,电动势为负值。
• 作用距离一般可达几百千米,典型为250~350 km。
• 系统的测向精度可达到2°左右。
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2.2.2 无方向无线电信标
无方向信标
无线电测向信标
航路
信标

定向性指向标
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仪表着陆系 统信标台
利用无方向性天线发射 信号,用测向仪接收指 示信号
利用有一定方向性的天 线发射信号,可用一般 收音机或专用接收指示 器接收并测定方向
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二、 与磁罗盘复合应用
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与磁罗盘复合实现双信标定位
• 无线电罗盘与磁罗盘复合 可直接测得电台磁方位角 ,可以建立一条直线位置 线,如果分别(短时间内 )测得两个已知地理位置 的信标台磁方位角(或利 用双罗盘同时测得),便 可以两个已知点为基点建 立两条位置线,它们的交 点便是飞机的位置。
– 在工作过程中方向性图的形状稳定; – 灵敏度要高,不灵敏区间要小; – 天线的方向性图在信号测量处的幅度变化率有
要求; – 最后制作要简单。
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• 设沿地球表面传播的电波方向Sk与环形天线平面的夹角为θ, 根据电磁场理论,与Sk垂直的是电场E与磁场H。
• 设原点O处的电场强度为 E=E0sinωt。
(又称判读天线)。
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2. 用测角器代替环形天线的转动
固定的环形天线及其方向性图
• 在飞机上安装两个环形天线,相互垂直放置并且 固定不动,可分别取与飞机的纵轴平行和垂直的 方向,两天线同时接收地面信标台的信号。
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• 两环形天线的 感应电动势
ee12
E1m cos E2m sin
• 在E型方式中,无线电信号的调制深度保持 不变,载波信号的幅度E与导航角参量θ建立 起E=E(θ)的依从关系;而M型工作方式 则在其工作区内保持载波信号幅度大于规定 的数值,用信号的调制深度m和θ建立起m =m(θ)的关系。
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一、最大值法
• 方向性图的最大值处有一个机载测向器无法分辨的幅值范 围ΔU,所对应的角度区域称为不灵敏区,要求天线的方 向性图足够尖锐,并且输入信噪比尽可能高。
• 无方向无线电信标台具有准确的地理坐标位置,定期发 无
射无线电信号,包括测向、识别和语音信号。

• 三种基本工作状态:等幅波方式——用于测向;调幅波 向
方式——用于测向和台站识别;语音方式——用于测向 无
和通话。由控制台实现状态之间的转换。
线





Байду номын сангаас

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无方向信标的调幅波信号
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• 测角器内的转子在合成磁场的作用下 转动。搜索线圈产生的感应电动势
e=EmsinφLcosωt • 即活动线圈转动时,φL变化导致e的
变化规律与环型天线完全一样,相当 于环形天线在转动。
• 通过搜索活动线圈的转动,代替了环 形天线的转动,实现了天线不动、方 向性图转动的目的。
3. 环形天线的安装与伺服电机的转动
• 导航台发射等幅波,则E型测向器接收到的信号为 e= Em maxF(θ)cosωt=Em(θ)cosωt
• 导航台发射调幅波,则测向器接收的信号应为 e= Em(θ)[1+mcosΩt] cosωt
• E型测向信号的特点是接收信号的载波幅值均与角 度θ有关,将随角度θ的改变而变化;而信号的调 制系数m保持不变,与θ无关。
无方向信标的等幅波信号
2.2.3 机载无线电自动定向仪
• 1. 基本组成及工作状态
• 自动定向仪包括三种主要工作状态:
– ADF(自动测向)——由垂直天线和环形天线 联合接收信号进行自动测向;
– ANT(天线)——由垂直天线接收信号作为普 通接收机使用;
– TEST(测试)——定向仪自检,按下测试按钮 时,指示器应指示一规定的数值(一般为90° ),以确定定向仪的工作是否正常。
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2.2.1 系统简介
台站识别信号采 用1 020 Hz调制 的两个英文字符 的莫尔斯码格式
地面导航台 无方向性信标(NDB)
系统组成
机载无线电自动定向仪(ADF)
M型最 小值
无线电罗盘(Ra法dio Compass)
• 工作频率一般在150~1 800 kHz范围内,属于中波、 长波或短波波段,功率在500W左右。
发射有一
定方向或
地面导航台
全向无线 电信号
(信标台、航向(下滑)台)
运载体上的测向器
接收信号和 实施定向
(无线电罗盘或定向接收机)
工作波段为长波、中波或短波,覆盖范围可达几百千米
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• 运载体需要事先知道信标台的准确的地理坐 标、发射频率、发射形式、台站识别码、工 作时间等参数
识别信号
识别地面导航台
导航台站的发射信号 工作信号
测量导航参量
辅助信号
传送某些辅助信息
角度测量的精度为±1°~±5°。
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最大值法 测角方法 最小值法
等信号比较法
E型 获取角参 量的方式
M型
利用载波信号振幅本身的变化来实现测向 利用载波信号振幅的调制深度变化进行测向
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方位θ的无线电测量法
• 整个环形天线的感应电动势等 于AB和CD边内的感应电动势 之和,即e=eAB+eCD
• 而eAB=E0hsin(ωt+πbcosθ/λ) eCD=-E0hsin(ωt-πbcosθ/λ)
• 所以 e=2E0hsin[(πbcosθ)/λ]•cosωt
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e=2E0hsin [(πbcosθ)/λ]• cosωt • 令Em=2E0hsin [(πbcosθ)/λ] • 则e=Em•cosωt • 若b/λ<<1→Em=2E0 h(πb/λ) •cosθ,令Em max=(2πbh/λ)
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一般概念
• 无线电振幅导航系统:信号振幅←→导航参 数(一般是角坐标)。
• 振幅导航系统一般用于运载体的测向,通过 自动测向仪引导飞机、船只朝向或离开导航 台,并可利用两个或两个以上的导航台实现 定位;或者通过仪表着陆系统实现飞机的下 滑着陆功能。
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无线电振幅导航系统
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直九(武)直升机 1.接收机; 2.控制盒; 3.组合天线; 2.指示器。
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组合天线 (环形+垂直) 机身下部前缓冲
支柱后
• 机载ADF所指示的角度是以飞机纵 轴为基准,顺时针转到飞机与导航 台连线所形成的夹角,如图所示( 为60°的夹角)。要获得导航台相 对于飞机的方位,还必须知道飞机 的航向角,因此需要与磁罗盘等航 向测量设备相结合。另外,为了获 取读数的方便,飞机上常把磁罗盘 与ADF的指示部分合在一起,称为 无线电磁指示器RMI(Radio Magnetic Indicator)。
伺服电机
控制线圈
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电机的转动 由这两个信 号的相对相
位控制
控制信号 接收机输出的 135 Hz合成信号
2.2.4 无线电罗盘在航空导航中的应用
• 引导飞机出航,归航和沿线飞行; • 和磁罗盘复合使用,利用双信标定位; • 和磁罗盘复合引导飞机辅助着陆; • 在紧急情况下,借助同频段的已知广播电台
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二、最小值法
• 最小值法在零值点附近也存在不灵敏区φN,但该法的不灵敏 区相对较小,其测向精度也比最大值法要高。另外当天线方 向性图的两个波束采用不同的调制频率时,可以比较容易地 判断出导航台偏离最小值点轴线的方向。
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三、等信号法(比较信号)
• 采用部分重合的双针状方向性图天线,当两个波束的接收信号相等时,即 可获得一条等信号线的方向。转动天线,使天线两个波束的接收信号强度 相等,即可确定出导航台的方位。其不灵敏区φN和测向精度均介于最大 值法和最小值法之间,并且也能判断出被测导航台偏离等信号线的方向。
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M型测向信号的形成及其特征
e2=E2m F(θ)cos(ωt+90°)
e′2=E2m F(θ)cosΩtcosωt
=E1mcosωt
e2=E2m F(θ)cosωt
叠加电路的信号输出为一调幅波: e1+e′2=E1m [1+m(θ) cosΩt] cosωt
式中m(θ)= F(θ)• E2m/E1m
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