第七章 无线电领航系统综述

中国民航大学空中交通管理学院第七章无线电导航系统RadioNavigation中国民航大学空中交通管理学院概述条件：IMCIFR云中、云上、夜间飞行能见度差缺乏地标(沙漠、草原、海洋、连绵起伏的山脉）高空航路飞行定义利用机载无线电导航设备接收和处理无线电波，获取导航参量，确定飞机位置，引导飞机航行的领航方法。中国民航大学空中交通管理学院20世纪20年代后期出现的一种领航方法二次大战到20世纪60年代由于军事作战需要和科技发展的推动，航空无线电导航得到了巨大的发展，形成了以陆基导航为主的、完备的无线电导航系统，满足航空器在不同飞行阶段对导航定位的要求。中国民航大学空中交通管理学院常用无线电导航系统ADF（AutomaticDirectionFinder）（无线电罗盘）——NDB20世纪20年代能自动地、连续地测量飞机相对地面NDB导航台的相对方位角，便于引导飞机归航，与飞机磁航向信息复合后也可显示地面导航台或飞机的磁方位。优点：轻便，成本低，工作简单；缺点：精度较低，同时易受外界噪声和天电干扰的影响，所以通常用于中、近程导航。目前主要作为机场归航台使用。中国民航大学空中交通管理学院VOR（VeryHighFrequencyOmnidirectionalRange):二次世界大战由美国首先发展起来的近程导航系统。1946年成为美国标准导航系统，1949年年被国际民航组织采纳为国际标准导航系统。为飞机提供飞机向背台方位信息，主要用于直线定位，航路导航引导，进离场引导，配合DME、TACAN等直接为飞机提供定位信息。中国民航大学空中交通管理学院DME（DistanceMeasuringEquipment)第二次世界大战中随着雷达的出现而发展起来的。精密测距器是国际上新开发的无线电导航系统。它是随着MLS被接纳为国际标准着陆设备而产生的。1982年，国际民航选取双脉冲双模式测距方案作为国际标准精密测距器的技术方案。测距器用作航路和终端区的导航，它可以VOR联合工作，组成伏尔／测距器近程导航系统，还可以与ILS联合工作，协助进行进场着陆引导：精密测距器专门用作与MLS联合工作，进行精密进场着陆引导。中国民航大学空中交通管理学院TACAN美国1955年研制并投入装备的近程无线电导航系统。发射信标可架设于机场、航路点或航空母舰上，机载塔康设备与塔康信标配合工作，可连续给出半径350—370km范围内的飞机(高度10000m)所在点相对于信标的方位角和距离。在特殊需要时，也将信标装在大型飞机上，但这种信标比较简单，实际上是机载塔康设备的修改型。经过40多年的使用和发展，塔康系统在技术上取得了很大的进步，功能得到了多方面的开发，成了一个较为完备的导航系统，不仅用作航路导航，而且用作空空导航，如空中加油、编队飞行等。中国民航大学空中交通管理学院LORAN－C罗兰C系统是由美国最先开发建设的远程无线电导航系统，起源于美国在二次世界大战初期研制成功的罗兰A。飞机航空应用如航线导航、终端导航和非精密进场，各种陆地应用，海上与空中交通管制，精密授时，高精度区域差分等。作用距离不受视距限制，可以在一个较大的空域范国内实现区域导航；在山区和海上无法布设导航台的地方可以提供导航应用；地面台附近和顶空没有盲区；用罗兰C引导飞机进场，其精度优于现行的非精密进场要求。不用增建新的导航台，节约了投资和管理费用。中国民航大学空中交通管理学院第一节无线电波的传播特性无线电系统的工作：产生、发射、接收、处理无线电信号，从中提取导航所需信息（方位、距离）。无线电发射高频振荡器多级放大器功率放大器1020Hz振荡器自动电键调制器话筒无线电发射中国民航大学空中交通管理学院无线电接收利用机载接收机的调谐选择电率，接收调定导航台的无线电波信号。无线电波传播（天波、地波、直射波、散射波）具有频率特征，可用于无线电发射的电磁波天波SkyWave发射天线发出的电波被电离层反射后到达接收点的传播方式主要用于中波和短波波段不稳定，易受干扰（晨昏效应twilighteffect，季节变化，太阳黑子活动sunspotactivity）主要用于远程高频通讯，不用于导航目的中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学空中交通管理学院地波GroundWave沿地球表面传播的无线电波主要用于长、中波传播（低、中频，频率越低，传播距离越远）由于地球表面的电性能及地貌、地物等并不随时间很快的变化，并且不受气候条件的影响，因此信号稳定。近距通信，区域NDB台中国民航大学空中交通管理学院直射波SpaceWave（视距传播line-of-sight）由发射点沿直线传播到接收点的无线电波，也叫视距传播。主要用于超短波和微波波段的传播工作在视线范围内，受地球表面弧度、山地、建筑物等的影响，所以天线应当高架。主要用于近距无线电导航（VOR，ILS，GPS）、超短波和微波通信中国民航大学空中交通管理学院散射波当电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀介质团时会发生散射传输损耗大，要求大功率发射机和高灵敏度接收机、高增益天线。容量大、可靠性高、保密性好。用于无法建立微波中继站的地区：海岛之间、跨越湖泊、沙漠、雪山等地区。中国民航大学空中交通管理学院无线电工作频率DesignationAbbreviationFrequenciesFree-spaceWavelengthsVeryLowFrequencyVLF9kHz-30kHz33km-10kmLowFrequencyLF30kHz-300kHz10km-1kmMediumFrequencyMF300kHz-3MHz1km-100mHighFrequencyHF3MHz-30MHz100m-10mVeryHighFrequencyVHF30MHz-300MHz10m-1mUltraHighFrequencyUHF300MHz-3GHz1m-100mmSuperHighFrequencySHF3GHz-30GHz100mm-10mmExtremelyHighFrequencyEHF30GHz-300GHz10mm-1mm中国民航大学空中交通管理学院第二节无线电领航元素无线电领航元素的测量和各元素之间的关系中国民航大学空中交通管理学院飞机与电台的关系无线电方位线电台磁方位角QDM（MagneticBearingtoFacility）电台真方位角QUJ（TrueBearingtoFacility）飞机磁方位角QDR(MagneticBearingfromFacility）飞机真方位角QTE（TrueRadialoftheStation）相对方位角RB（RelativeBearingtoStation)QDRRBQDMNmNmMHNTQUJNTQTE中国民航大学空中交通管理学院无线电领航元素的测量无线电罗盘仪表盘不能转动ADF指示器仪表盘耦合航向信号可以QDM和QDR中国民航大学空中交通管理学院NmRBMH中国民航大学空中交通管理学院NmRBMHQDM中国民航大学空中交通管理学院RMI现代RMI均提供DME指示信息称为RDDMIND：NavigationDisplay中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学空中交通管理学院第三节ADF系统工作原理组成：地面：中、低频NDB台或普通长、中波无线广播电台;航线导航台：190～550KHz，150KM归航，引导飞机准确过台定位中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学空中交通管理学院航站导航台190～550KHz，150KM（远台），50KM（近台）双归航台（远台4km，近台1km）——引导飞机进场、非精密进近，对准跑道（远台和近台频率相同，识别信号不同）中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学空中交通管理学院地面台发射机高频振荡器多级放大器功率放大器1020Hz振荡器自动电键调制器话筒中国民航大学空中交通管理学院地面发射机应具备的功能航路飞行引导和定位航站进离场、非精密进近引导识别功能单向对空通话中国民航大学空中交通管理学院空中ADF接收机：190~1750KHz天线、接收机、控制盒和指示器ADF接收机垂直天线环形天线ADF控制盒识别信号相对方位信号方位信号音频系统中国民航大学空中交通管理学院天线通过垂直天线和环形天线联合接收地面NDB台的等幅波信号和方位信号，接收机自动控制电路，实现自动定向；测定的方位通过同步系统在指示器上显示。天线（机腹）垂直天线：接收等幅识别信号用于与环形天线的方位信号叠加，提供单值信号用于调谐电台、收听信号。环形天线：接收方位信号，用于定向。NSEev2的夹角为来波方向与天线平面为天线接收点电场强度为线圈面积线圈匝数;E;;cos2SNNSEes中国民航大学空中交通管理学院组合天线)cos1(2cos22NSEeNSENSEeeeRvsR中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学空中交通管理学院控制盒与指示器中国民航大学空中交通管理学院ADF作用：测量相对方位角RB，结合航向系统或者惯性导航系统提供的航向信号，可以利用RMI或者相对方位指示器显示QDR和QDM提供航路飞行引导和定位航站内的进离场引导、做非精密进近引导接收民用广播电台信号，用于定向，收听500KHz的遇险信号，确定预险方位中国民航大学空中交通管理学院第四节无线电领航飞行方法向台飞行（To）飞行中以前方电台作为目的地，以无线电方位线作为航线，以QDM位航迹角，操纵飞机飞向电台上空的方法。被台飞行（From）飞行中以后方电台的无线电方位线位航线，以QDR为航线角，操纵飞机飞离电台的方法。过台（Over）飞行中飞机飞越电台上空的时刻。切台（Abeam）飞行中飞机飞越电台侧方的时刻。中国民航大学空中交通管理学院40º中国民航大学空中交通管理学院一、向台飞行与修正航迹被动向台飞行Homing（不修正偏流向台飞行）飞行中，不修正风的影响，而是始终保持RB＝0（NDB台）或者保持磁航向等于QDM（VOR）的飞行方法，即飞机机头永远指向电台。（一般3~5分钟修正一次比较合适）特点：飞机会向下风向偏离，飞行时间较长，飞行员需要不断调整航向，飞行负荷较大；可以确保准确过台。用途：严重偏航或者迷航时用来复航的方法。中国民航大学空中交通管理学院主动向台飞行（修正偏流向台飞行）已经知道风的资料或飞行中能够测得偏流飞行中，以QDM作为MC，以飞行员测得或计算的DA修正飞机航向，即以QDM－DA作为MC，使飞机沿直线飞往电台上空的飞行方法。DAQDMNNQDRMH中国民航大学空中交通管理学院渐次修正偏流向台飞行Bracketing飞行中不知道DA时飞行中观察RMI的指示判断飞机偏离若QDMMC，飞机偏左，根据估计的偏流，增大航向；若QDMMCX，飞机偏右，根据估计的偏流，减小航向。如果飞机继续偏离，将前次估计的偏流减办，继续修正航向，直RMI指示的QDM稳定等于MC时，飞机回到预定航线此时DA＝QDM－MHNmQDMMCNmQDM=MCQDMMC中国民航大学空中交通管理学院飞机向台切入航线向台飞行过程中，飞行员可以根据预定此航线角MC与RMI指示的QDM关系判断飞机是否保持在预定航线上，即飞机偏离预定此航线的情况，然后选定切入角，使飞机及早切入航线复航。NmNmQDMMCNmQDM=MCQDMMC中国民航大学空中交通管理学院切入角的选择：｜QDM－MC｜＜α＜90°切入角的大小通常与偏流大小、偏航程度、飞机速度、与NDB台的距离都有关系，为使飞机及早切入航线，确保飞行安全及调配飞行冲突。一般选择在30°~60°之间的整数。切入航向的选择飞机左偏，飞机应当增大航向，MH切＝MC应＋α飞机右偏，飞机应当减小航向，MH切＝MC应－α飞机切入航线的判断：QD