导航原理与系统PPT电子课件教案-第3章多普勒甚高频全向信标.ppt

导航原理与系统NavigationPrinciplesandSystems倪育德中国民航大学第3章多普勒甚高频全向信标3.1概述3.2VOR的一般特性3.4DVOR系统可变相位信号的产生3.5DVOR信标的工作原理3.6VRB-51D多普勒全向信标NavigationPrinciplesandSystems3.7VOR机载系统3.3VOR在导航中的应用中国民航大学CAUC3.1概述一、VOR的发展历史由美国从20世纪20年代的“旋转信标”发展而来；1946年作为美国航空标准导航系统；1949年被ICAO采纳为国际标准导航系统；20世纪60年代，联邦德国研制出DVOR；VOR的装备量在世界范围内呈上升趋势。VOR是高精度的近程相位测角导航系统中国民航大学CAUC3.1概述1964年：首次引进4套THOMSON的电子管式CVOR，安装在大王庄、无锡、昆明和英德；1973年：引进10套THOMSON的全晶体管化CVOR；1987年：引进13套RACAL的全固态DVOR；1988年：引进12套THOMSON的DVOR；1993年开始：引进AWA的DVOR150多套；1998年开始：引进ALCATEL/THALES的DVOR多套；我国民航已建设DVOR370余套，DVOR/DME170余套。二、中国民航使用VOR的情况中国民航大学CAUC3.1概述三、VOR的发展趋势中国民航大学CAUC一、工作频段与频道分配（1）3.2VOR的一般特性1.工作频段f=108.00~117.95MHz，f=0.05MHz，共200个频道，VOR只用其中的160个频道。2.频道分配（1）200个频道(108.oo~117.95MHz)VOR：160个频道(108.00~117.95MHz)LOC：40个频道(108.10~111.95MHz)航路VOR：120个频道(112.00~117.95MHz)终端VOR：40个频道(108.00~111.85MHz)ICAO建议，对于航路VOR，应优先选用112～117.95MHz范围内小数点后第一位为奇数的频率，然后考虑该频率范围内小数点后第一位为偶数的频率。中国民航大学CAUC3.2VOR的一般特性一、工作频段与频道分配（2）2.频道分配（2）在108.00~111.95MHz之间的80个频道，40个分配给LOC，40个给终端区VOR。LOC只用在108.00~111.95MHz中的以MHz为单位的小数点后第一位是奇数的频率点；终端VOR只用在108.00~111.95MHz中的以MHz为单位的小数点后第一位是偶数的频率点（其中108.00MHz只用于机载VOR接收机的自检RF）；中国民航大学CAUC3.2VOR的一般特性二、波的传播、极化形式及覆盖范围视距传播；水平极化；VOR信标提供的信号必须在40°仰角以下，使机载VOR接收机在飞行区域所要求的高度和距离上满意地工作。三、辐射功率与作用距离航路VOR：P=100W，R=200nm；终端VOR：P=50W，R=25nm。中国民航大学CAUC四、分类与精度3.2VOR的一般特性常规VOR（CVOR）：2多普勒VOR（DVOR）：1精密VOR（PVOR）：0.25中国民航大学CAUC3.3VOR在导航中的应用一、定位NMLALBVOR/DMENNVOR-AVOR-BBAMLALB定位定位中国民航大学CAUC二、沿选定航路导航3.3VOR在导航中的应用NNVOR-AVOR-B609030中国民航大学CAUC三、利用VOR/VOR或VOR/DME实行区域导航3.3VOR在导航中的应用中国民航大学CAUC3.3VOR在导航中的应用三、利用VOR/DME实施近进中国民航大学CAUC一、多普勒效应（1）当发射天线与接收天线之间存在相对运动时，接收天线感应的电动势的频率就不再等于发射天线馈电的频率，这种现象就称作多普勒效应。fd=fT－fR3.4DVOR系统可变相位信号的产生fRfTvTR中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生一、多普勒效应（2）1.接收天线不动，发射天线向着接收天线在同一直线上运动fRfTvTRvccffTRcvfvcvffffTTRTdfd与运动速度v成正比中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生一、多普勒效应（3）2.接收天线不动，发射天线远离接收天线在同一直线上运动fRfTvTRvccffTRcvfvcvffffTTRTdfd与运动速度v成正比中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生一、多普勒效应（4）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（1）TRRRNfRfRfTvRvRvR1vR2tABCDEOfdfdm–fdmΩtABCDAR中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生一、多普勒效应（5）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（2）TRRRNfRfRfTvRvRvR1vR2tABCDEOvR1=vRsintfdm为多普勒频率的最大值tftcvfcvffdmRTRTdsinsin1在磁北方向在方向tffdmdsin相位中含有方位信息中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生一、多普勒效应（6）3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（3）NfdtfdtfdtfdtooooESW中国民航大学CAUC二、30Hz可变相位信号的产生（1）3.4DVOR系统可变相位信号的产生TRRRNfRfRfTvRvRvR1vR2tABCDEO在方向接收信号的频率tffdmdsinfR=fTfd=fTfdmsin(t+)在方向接收的信号为调频波，其中调制信号为sin(t+)在DVOR中，称为30Hz可变相位信号（30HzFM）中国民航大学CAUC3.4DVOR系统可变相位信号的产生二、30Hz可变相位信号的产生（2）fR=fTfd=fTfdmsin(t+)设发射天线的馈电为i(t)=ImcosTt,T=2fT,在方位上接收的信号为e(t)=Emcos(t)，则RTdm00()2dt=2[sin()]dttttffftcos2)cos(2dmdmTftft)cos(2)cos(2)(tRttfttTTdmT)]cos(2cos[)(tRtEteTTm（FM波）中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理图片说明：DVOR常与测距机（DME）信标合装在同一台站。图中在圆周上布置的天线为DVOR天线，旁边直立的有一个是DME信标的天线。中国民航大学CAUC一、DVOR信标的辐射场（1）3.5DVOR信标的工作原理TRRRNfRfRfTvRvRvR1vR2tABCDEO)]cos(2cos[)(tRtEteTTm30Hz基准相位信号（30HzAM）30HzAM信号与30HzFM信号同频30HzAM信号的相位与无关在N方向，30HzAM信号与30HzFM信号同相30Hz基准相位信号：sint中国民航大学CAUC一、DVOR信标的辐射场（2）3.5DVOR信标的工作原理30Hz基准相位信号（30HzAM）：sint30HzAM信号与30HzFM信号相位之间的关系在N方向，30HzAM信号与30HzFM信号同相30Hz可变相位信号（30HzFM）：sin(t+)在非N方向，30HzFM信号的相位总是超前30HzAM信号的相位。30HzAM信号与30HzFM信号之间的相位差代表飞机的磁方位（或称为VOR径向角）中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理一、DVOR信标的辐射场（3）DVORN30HzAMtt30HzFM=0ºttttttooo30HzAMo=90º30HzAM30HzFM30HzFM=180ºoo30HzAM30HzFMoo=270º中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理一、DVOR信标的辐射场（4）e(t)=Em｛1+mAsint+mfcos[Ωst+kfcos(Ωt+θ)]｝cosωt调频副载波e(t)=Em{1+mBg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos[st+kfcos(t+)]}cost话音信号键控1020Hz识别音频信号中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理一、DVOR信标的辐射场（5）载波频率：f=108.00～117.95MHz副载波频率:FS=9960Hz±1%30HzAM、30HzFM信号频率：F=30Hz±1%（Ω=2πF）调频指数：kf=2R/=16±1（即最大频偏Fm=480Hz±30Hz）mA=30%±2%，mf=30%±2%，mB最大不超过30%，mC尽量接近（但不超过）10%e(t)=Em{1+mBg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos[st+kfcos(t+)]}cost话音信号键控1020Hz识别音频信号识别音频频率：1020Hz±50Hz中国民航不使用DVOR的话音功能中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理一、DVOR信标的辐射场（6）DVOR的RF辐射场（不包括话音和识别）调频副载波中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理DVOR辐射场的幅度谱（不包括话音）ff+30Hzf-30Hzf+1020Hzf-1020Hzf+9960Hzf-9960Hz一、DVOR信标的辐射场（7）中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（1）调幅电路功放载波发生器N模拟开关1020Hz音频信号发生器Morse码发生器30HzAM信号发生器上边带振荡器f+9960Hz下边带振荡器f-9960Hz功放功放开关网络12523242627234748RcostoUSBLSBgm(t)sintiL(t)iU(t)USBLSB取样载波载波发射机边带发射机中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（2）1.天线系统（1）载波天线：1个边带天线：48个，50个，52个监视天线：1个或2个（折叠式偶极子天线）阿尔福特（Alford）天线水平面垂直面顶空盲区中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（3）1.天线系统（2）（直径约30.5m）相邻的两个边带天线相距7.5°中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（4）1.天线系统（3）中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（5）1.天线系统（4）布设边带天线的圆周直径的计算RKf2fKRD2取VOR工作频率范围的中间值fT=113MHz，则=2.65m。Kf取其标称值16。D=13.5m中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（6）e0(t)=Em0[1＋mAsinΩt＋mf1gm(t)]cosωt键控1020Hz识别音频2.辐射场的形成（1）1）载波天线的辐射场调幅电路功放载波发生器N模拟开关1020Hz音频信号发生器Morse码发生器30HzAM信号发生器12523242627234748RcostoUSBLSBgm(t)sint载波发射机2.辐射场的形成（1）载波天线的辐射场中国民航大学CAUC3.5DVOR信标的工作原理二、DVOR信标的工作过程（7）N上边带振荡器f+9960Hz下边带振荡器f-9960Hz功放功放开关网络12523242627234748RoUSBLSBiL(t)iU(t)USBLSB边带发射机2.辐射场的形