导航原理与系统PPT电子课件教案-第2章_自动定向机.ppt

,导航原理与系统,navigation principles and systems,倪育德,中国民航大学,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,一、adf-ndb的发展历史,20世纪20年代用于航空导航，是航空使用的最早导航系统；,目前世界上仍有大量的ndb；,最先进的飞机仍加装adf；,ndb的装备量在世界范围内呈下降趋势。,adf-ndb是近程振幅测角导航系统，只能用于辅助导航。,第2章 自动定向机,2.1 概述,2.2 环形天线特性分析,2.4 无方向信标,2.5 自动定向机工作原理,navigation principles and systems,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,二、adf的特点,体积小，重量轻，价格便宜，使用方便；,可以使用无方向信标（ndb）、海岸信标、民用无线电调幅广播台辐射的信号；,受天波干扰大，测角误差大（5）。,adf-ndb只能用于辅助导航,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,三、adf-ndb的发展趋势,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,四、adf-ndb在导航中的应用（1）,1. 定位,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,四、adf-ndb在导航中的应用（2）,2. 导航,能连续自动地对准地面导航台，对飞机进行导航，使飞机沿给定的航路飞行；,作为ils的“引进系统”，将飞机引至ils提供的下滑线。,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（1）,1. 振幅测向系统的定义,振幅测向系统是指将电信号的振幅（或调制度）与方位信息建立依从关系，从而完成对方位角测量的一种导航系统。,2. 振幅测向系统的分类,e型：e(t)=em()(1+mcost)cosct,m型：e(t)=em 1+ m()costcosct,不论是电信号的振幅em还是其调制度m ，它们与方位信息建立依从关系是靠方向性天线来实现的。,中国民航大学 cauc,五、振幅测向系统的一般特性（2）,3. 振幅测向系统测角的方法（1）,最大值法,抗干扰性好；,不灵敏区大（n大）；,导航台偏离的方向不可知。,2.1 概 述,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（3）,3. 振幅测向系统测角的方法（2）,最小值法,抗干扰性较差；,不灵敏区小（n小）；,导航台偏离的方向可知。,中国民航大学 cauc,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（4）,3. 振幅测向系统测角的方法（3）,等信号法（比较信号法）,抗干扰性较好；,不灵敏区较小（n较小）；,导航台偏离的方向可知。,中国民航大学 cauc,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（1）,天线的感应电动势：(t)=ab(t)+cd(t),设o点的电场强度为：e0(t)=em0sinct,行程差：,相位差：,中国民航大学 cauc,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（2）, (t)=ab(t)+cd(t),=,=,天线在水平面的方向性函数,中国民航大学 cauc,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（3）,e0(t)=em0sinct,天线在水平面具有方向性；,e0(t)与(t)存在90相位差。,中国民航大学 cauc,2.2 环形天线特性分析,二、天线的方向性图（1）,中国民航大学 cauc,2.2 环形天线特性分析,二、天线的方向性图（2）,环形天线在水平面具有“8”字形方向性图，而在垂直面则没有方向性；,在水平面的90、 270 方向具有最小值（0）， 0 、 180方向具有最大值。,中国民航大学 cauc,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,一、e型测向信号的特征及其形成,e(t)=em()(1+mcost)cosct,中国民航大学 cauc,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、m型测向信号的特征及其形成（1）,中国民航大学 cauc,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、m型测向信号的特征及其形成（2）,e(t)=em1+m()costcosct=emcosct+emm()costcosct,e1(t)=em1cosct,e2(t)=em2f()costcosct,信标,中国民航大学 cauc,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、m型测向信号的特征及其形成（3）,e(t)=um1+m()costcosct=umcosct+umm()costcosct,adf,ndb的辐射场：e(t)=emcosct,u1(t)=um1cosct,u2(t)=um2f()sinct,u3(t)=um3f()costcosct,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,一、ndb的一般特性（1）,ndb是专为adf提供导航信号的导航台；,工作种类有：,调幅报,等幅报,调幅话,辐射功率与作用距离,航路ndb：p=100w， r=200nm；,终端ndb：p=50w， r=25nm；,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,一、ndb的一般特性（2）,工作频段与波道,f =190.00535.00khz，f =1khz，共345个频道。,波的传播与极化方式,地波传播；,垂直极化。,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,一、ndb的一般特性（3）,天线,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（morse）识别码（1）,每个ndb台都必须辐射台站识别码，否则其辐射的场无效；,一个ndb台的台站识别码一般是本地地名的23个英文字母缩写的morse电报码；,icao规定：,“点”的持续时间为0.10.160 s ，“划”的持续时间为“点”的3倍，即0.30.480s ；,一个码字的“传号”之间的间隔为“点”的持续时间，码字与码字之间的间隔为“划”的持续时间 。,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（morse）识别码（2）,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（morse）识别码（3）,第1次辐射识别码到第2次辐射识别码的时间t为识别码的辐射周期；,f=1/t，f为识别码的重复率；,识别音频的频率为1020hz50hz,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,三、ndb的工作过程（1）,ndb应完成的任务：,辐射导航信号，供adf定向；,辐射台站识别信号；,辐射话音信号（中国民航不使用话音功能）。,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,三、ndb的工作过程（2）,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,三、ndb的工作过程（3）,等幅报,发射效率较高，作用距离较远；,在“空号”期间ndb无信号辐射，会造成方位指示器抖动；,航路ndb可以工作在“等幅报”状态。,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,三、ndb的工作过程（4）,调幅报,中国民航大学 cauc,2.4 无方向信标,三、ndb的工作过程（5）,调幅报,发射效率较低，作用距离较近；,在“空号”期间及不辐射识别码期间，ndb发射等幅载波，在“传号”期间，发射调幅波；,终端ndb必须工作在“调幅报”状态。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,一、adf的一般特性（1）,工作频段与波道,f =190.00535.00khz，f =1khz，共345个频道。,波的传播与极化方式,地波传播；,垂直极化。,工作体制,m型最小值测向系统,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,一、adf的一般特性（2）,所测角度,adf形成的m型信号中，调制度m()蕴含了相对方位角信息。,1：飞机（磁）方位（角）,2：电台（磁）方位（角）,3：电台（磁）航向（角）/相对方位角,4：飞机（磁）航向（角）,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,二、adf的组成与功用（1）,天线系统：包括垂直天线、环型天线与测角器。,接收机：超外差式；形成m型调幅信号，并将rf调幅信号处理成低频信号。,控制盒：控制工作状态的转换，选频，调谐。,方位指示器：电磁指示器（rmi）/电距离磁指示器（rdmi），能指示出飞机方位、电台方位、飞机航向及相对方位角。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,二、adf的组成与功用（2）,700型自动定向机系统的组成：1.adf-7oo接收机；2.控制盒fp-7o2； 3.指示器rdmi-743；4.组合式环形垂直天线dfa-701。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,三、adf在飞机上的安装,天线与接收机连接及布线的比较 (a)以前的；(b)现在的。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（1）,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,1. 方向性天线的旋转,四、adf的工作过程（2）,m型测向系统的信号格式：u(t)=um1+m()costcosct,m() 与f()具有相同的方向性，也即只要旋转f()，就达到了旋转m()的目的，从而利用旋转m()确定ndb台的方位。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,2. 测角器（1）,四、adf的工作过程（2）,三个组成部分：,第1部分：两个相互垂直的环形天线,第2部分：两个相互垂直的装在一个共用轴上的固定线圈,第3部分：搜索线圈（可绕轴转动）,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,2. 测角器（2）,四、adf的工作过程（2）,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,2. 测角器（3）,四、adf的工作过程（2）,环形天线结构,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（3）,2. 测角器（4）,设ndb的辐射场传至o处为：,e0(t)=em0sint,天线a-a1的感应电动势：,ua(t)=umcoscost,天线b-b1的感应电动势： ub(t)=umsincost,流过线圈a-a1的电流： ia(t)=imcoscost,流过线圈b-b1的电流： ib(t)=imsincost,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（4）,2. 测角器（5）,ia(t)产生的磁场：,ha=hmcoscost0,ib(t)产生的磁场：,hb=hmsincost90,h=ha+hb=hmcost,h1=hmsin()cost=hmsin()cost,搜索线圈c-c1产生的感应电动势：,uc(t)=umcsin()cost,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,搜索线圈c-c1产生的感应电动势：,uc(t)=umcsin()cost,四、adf的工作过程（5）,2. 测角器（6）,令uc()=umcsin(),搜索线圈c-c1产生的感应电动势即作为“测角器”的输出，该“误差信号”将使“伺服电机”带动搜索线圈转动，一直到最小值方向对准导航台为止。,当uc(t)=0，即=（uc()的最小值方向对准了ndb台）时，搜索线圈停止转动。,搜索线圈的转动通过电磁指示器（rmi）的“同步发送器”，使rmi的指针与搜索线圈同步转动。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（6）,3. rmi的组成及对方位的指示（1）,三个组成部分：,第1部分：，固定不动，与机头方向一致,第2部分：指针，总是指向ndb/vor台,第3部分：罗牌，随地磁而转动,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（7）,3. rmi的组成及对方位的指示（2）,ndb,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（8）,3. rmi的组成及对方位的指示（3）,指针尾部所指的为飞机的磁方位角1,指针头部所指的为ndb台的磁方位角2,对应的读数为飞机的磁航向4,与指针头部之间的顺时针夹角为相对方位角3,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（8）,4. rdmi的组成及对方位的指示,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（8）,5. adf的方位信息在efis上的显示画面,efis:电子飞行仪表系统,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,6. 接收机的工作过程（1）,四、adf的工作过程（9）,u1(t)=um1sin()cost,u2(t)=um2sin()sint,u3(t)=um3cost,u4(t)=um4sin()costsint,u5(t)=um5sint,m型测向信号,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（10）,6. 接收机的工作过程（2）,u7(t)=um71+ksin()cost,u8(t)=um8sin()cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2),中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（10）,7. 搜索线圈的转动（1）,u3(t)=um3cost加到伺服电机的激磁线圈,u9(t)=um9sin()cos(t/2)加到伺服电机的控制线圈,ndb台在飞机右侧,u3(t)=um3cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2),=/2，ud(t)=1，电机带动搜索线圈顺时针转动，直到最小值对准了ndb台。,中国民航大学 cauc,2.5 自动定向机工作原理,四、adf的工作过程（10）,7. 搜索线圈的转动（2）,ndb台在飞机左侧,u3(t)=um3cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2) =um9sin()cos(t