无线电导航设备与系统

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1、无线电导航设备与系统概述无线电导航是借助于载体上的电子设备接收和处理无线电波在空间传播时的无线电信号参量（如幅度、频率及相位等）获得载体相对导航台的导航参量（如方位、距离、速度等），从而获取载体的实时位置信息，以保障载体安全、准确、及时地到达目的地的一种导航手段。无线电导航具有不受时间、天气的限制；精度高；定位时间短；设备简单、可靠等优点。无线电导航的主要缺点在于它必须辐射和接收无线电波因而易被发现和干扰，且绝大多数无线电导航设备需要载体外的导航台支持工作，一旦导航台失效，将使与之相应的无线电导航设备在此期间无法使用。航空导航系统所必备l确定所产生的信号特性的方法；l带有天线的发射机

2、，用来产生和发射无线电波；l飞机接收设备和天线，用来截获信号并对接收到的信号进行选择和译码；l为驾驶员提供的适当的视觉显示装置，用来对接收到的信号进行适当的评价。导航参量l用于描述载体的航行状态l载体航行状态指的是载体作为一个刚体在空间运动时所表现的物理状态，通常与一定的参照系（如载体坐标系、当地地理坐标系等）相联系，它们可以从不同的角度来进行描述，如方位、距离、位置、速度、姿态等，而狭义的航行状态通常仅仅局限于速度和姿态的描述。l方位：以经线北端为基准，顺时针测量到水平面上某方向线的角度。l相对方位：以飞机纵轴的前端与观测线在水平面上的夹角来表示目标的方向。方位相对方位基本原理l在

3、二维或三维空间中，若导航台的位置已知，相对于该位置的某一导航参量相同的点的轨迹应为一条曲线或一个曲面，该曲线或曲面称为位置线或位置面；单值确定载体的位置，至少需要测定两条位置线（在二维空间内）或三个位置面（在三维空间内），根据相交定位法实现定位。位置线(a)圆位置线;(b)直线位置线;(c)等高线;(d)双曲线位置线相交定位位置线定位原理o如果通过无线电方式测量到了三个独立的几何参量，则可以得到，三个独立的位置面方程：o因而可以得到载体在空间中的三维位置。o按位置线形状分类(a)测向定位系统（直线位置线定位）；(b)测距定位系统（圆位置线定位）；(c)测距测向定位系统（圆—直线位置线

4、定位）；(d)测距差定位系统（双曲线位置线定位）；(e)测距测距差系统（圆—双曲线位置线定位）。o按测量电波信号的物理参量分类n振幅式系统；n频率式系统；n脉冲（时间）式系统；n相位式系统；n混合式（脉冲/相位）系统。o按作用距离分类n近程系统（约100km~500km）；n中程系统（约500km~1000km）；n远程系统（约2000km~3000km）；n超远程系统（大于10000km）。o按导航台位置分类n航路导航系统（保证飞机在预定航线上安全飞行的导航系统）；n终端区域导航系统（保证飞机进近引导和着陆的导航系统）。o按机载设备的独立程度分类n他备式导航系统（需要与导航台配合实

5、现既定功能）；n自备式导航系统（不需依赖机载设备以外的任何设施即可实现既定功能）。无线电导航基本原理o导航是一个时间和空间的联合概念，需要在特定的时刻描述在特定空间位置的状态。空间位置的描述可以采用极坐标，也可用直角坐标。由于导航通常是相对于某一具体目的地而言的，因此采用极坐标（角度和距离）是方便而合理的。o在无线电导航的设计中往往构建一定的机制使得实际中测量的无线电信号参量（幅度、频率及相位等）与角度（导航台方位角、载体姿态角）、距离（距离、距离差）等几何参量建立对应关系。然后利用几何参量与待求导航参数之间的数学关系，即可求得所需的导航参量。角度（方位）测量原理无线电导航中的角参量

6、可以分为两类：一类用于描述载体与导航台之间的相对角度关系；另一类用于描述载体的飞行状态，如航向、俯仰、横滚等。角度测量通常有两种方法，振幅法和相位法。其中，振幅法主要用于第一类角的测量，相位法根据系统机制的不同可以进行两类角的测量。振幅法的基本思想是利用天线的方向图实现电波振辐与导引角的对应关系，有两种实现体制：n导航台采用方向性天线发射信号，用户端采用无方向性天线接收，定义为站台主动式；n导航台采用无方向性天线发射信号，用户端采用方向性天线接收，定义为用户主动式。利用天线方向图测定导引角参量（即导航台方位），可采取三种方法：n最大值测向法n最小值测向法n比较测向法最大值测向法n用天

7、线方向图的最大值来确定来波（即导航台）的方向。n用这种方法测向时，天线方向图尖锐才能使方向图最大值变化灵敏。如最大值附近变化缓慢，则降低测向精度。最大值测向示意图最小值测向法n与最大值法相反，最小值法是将接收天线的最小值（理想的最小值为零值点）对准来波方向。天线中心所转过的角度即为导航台相对机轴方向的方位。n对于这种方法，方向图变化灵敏；但信号最小时，易受噪声干扰的影响，所以最小值测向法抗干扰性差。最小值测向示意图比较测向法n如果将构成天线方向图的两个波束