第3章 经典无线电导航系统(1-3)

1、1 2 n3.1 无线电罗盘无线电罗盘(ADF) n3.2 甚高频全向信标系统（甚高频全向信标系统（VOR） n3.3 无线电高度表 n3.4 测距器测距器(DME) n3.5 塔康系统（塔康系统（TACAN） n3.6 多普勒导航系统多普勒导航系统(Doppler) n3.7 罗兰-C系统 第三章 经典无线电导航系统 3 3.1 无线电罗盘(ADF) n概述 n组成及功能 n基本工作原理 n系统误差分析及改进措施 4 3.1.1 概述 n无线电罗盘（radio compass）是一种最小值测量来 波向的振幅式测角无线电导航设备，又称无线电自 动侧向仪（automatic direction

2、finding），配套地面 设备是无方向信标（Non-direction beacon）。 n系统的工作频率在100khz1800khz范围内，属中、 长波波段，因此主要依靠地波或直达波传播。 n地波的传播距离可以达到几百公里，但受到天波的 污染，特别在夜间，只有当飞机离地面导航台站较 近时，方位读数才比较可靠，系统精度为2度左右。 5 n早在1912年，人们就开始研制世界上第一个无线电 导航系统 n无线电信标台一般安装在机场附近，使飞机能够沿 精确的航线向信标台飞行，然后执行向跑道的非精 密进场。 n在第一次世界大战期间，开始使用该系统引导船只 的出航与归航，后来很快发展到航空导航。 n无线

3、电罗盘有半自动和全自动之分，采用前者测向 时，必须人工旋转环状天线或搜索线，采用后者时， 无论是测向还是归航，都完全有罗盘本身自动完成。 6 n全自动无线电罗盘也称为自动定向机，它的发展大 致又可分为三个阶段： n （1）20世纪四五十年代采用电子管电路，对地面 无线电台频率采用机械软轴进行调谐，定向天线为 单个的旋转式环形天线，其典型设备为R5/ARN7和 APK5型定向机； n （2）20世纪六七十年代采用晶体管电路，频率选 择采用粗、细同步器调谐，有些设备使用晶体频率 网采用“五中取二”方法调谐，定向天线采用两个 正交的旋转式或固定式环形天线，如APK11， WL76A型定向机等 7 n

4、（3）到20世纪80年代左右 n采用集成电路或大规模集成电路，并使用频率合 成器、二十进制编码数字选频及微处理器 n天线系统有了较大的改进，如在APK15M， DF206型等自动定向机的天线系统中采用旋转 测角器来代替环形天线的旋转，而最新式的700 型自动定向机则采用组合式环形垂直天线，从而 在天线系统中取消了任何机械传动部件。 8 n无线电罗盘指示的角度是以载 体纵轴为基准顺时针转向飞机 到导航台连线的夹角。因此， 若要得到飞机相对于导航台的 方位，必须知道飞机的航向， 所以需要与磁罗盘或其他航向 测量设备相结合。 n飞机上通常把磁罗盘和自动测 向仪的指示部分结合在一起， 构成无线电磁指示

5、器（RMI, Radio Magnetic Indicator）。 如下图所示，虚指示线给出了 飞机的航向，而实箭头指示了 飞机相对于导航台的方位： 9 10 3.1.2系统功能及组成 n无线电罗盘是利用无线电技术进行导航 测向的设备，属于M型最小值法测向系 统。 n利用无线电罗盘和地面导航台组成的导 航系统，可以引导飞机飞向导航台或飞 离导航台，以及提供某些导航计算所需 要的参数。 11 n规定航线：能够连续自动地对准地面导航台，提供飞 行航线相对于地面导航台的相对方位角，使飞机沿给 定的航线飞行； n定位：能依次测出两个以上地面导航台的航向角(即飞 机纵轴与电台和飞机联机之间的夹角)，利用

6、所得到的 直线位置线交点，可以实现对飞机的定位； n压点飞行控制：判断飞机飞越导航台的时间； n着陆引导：配合仪表着陆系统引导飞机着陆。 n识别通信和监听：接收导航台站发出的音频识别信号 及其它信息，接收机输出的音频信号通过音频选择系 统供飞行员监听。 n遇险救助：可接收民用广播电台的信号，并可用于定 向；还可收听500千赫的遇险信号，并确定遇险方位。 无线电罗盘主要有六种功能： 12 n整个系统包括地面设备（无方向信标） 和机载设备（无线电罗盘）。 n机载设备通常由以下几部分组成： n天线：包括垂直天线、环状天线及测角器。 n接收机：一般多为超外差式，用来将高频信 号处理成低频信号。 n控制

7、台：用来控制各种工作状态的转换、频 率选择和远、近台的转换等，并可进行调谐。 n指示器：通过同步电机与测角器相连，用指 针的偏转来表示所测角度的数值 系统组成 13 基本技术指标 n有效作用距离 250350km n工作频率范围 1001799.3kHz，共分 四个波段 n 100199.5 kHz n 200399.5 kHz n 400899.5 kHz n 9001799.5 kHz 14 500系列无线电罗盘性能指标 n频率选择：工作频率范围为1901750kHz； 频率间隔为0.5 kHz；频率转换时间小于4s， BCD码选频。 n定向准确性：场强为50100000uv/m，定向 准

8、确性为2o，场强小于25uv/m时，定向准 确性不超过3o。 n定向摆动：小于1o n灵敏度：场强为35uv/m ，1000Hz，调幅度为 3。天线有效高度天线输入电容量的平方根 为1，信噪比为6dB。 15 3.1.3 基本工作原理 16 1、方向性图的转动 n无线电罗盘在测向过程中，需要随时转动环 状天线的8字形方向性图，使其最小值(零值 点)对准被测的地面导航台。 n为使方向性图能够旋转，一种方法是用电机 直接拖动环状天线转动，另一种方法是天线 固定不动，通过测角器实现方向性图转动。 n前者已少用，目前多采用后者，现将其原理 加以介绍。 17 n将两个环状天线垂直安放， 并固定不动，两个

9、天线的 线圈分别接到测角器的两 个固定线圈(称为场线圈) 上，如图所示。 tEe tEe m m sinsin sincos 2 1 tHH tHH cossin coscos 2 1 tEe L msinsin 18 n测角器中形成一个合成磁场,测角器的活动线圈(亦 称搜索线圈)，在合成磁场作用下所产生的感应电 势为： n搜索线圈通过同步发送器与指示器相连，转动搜索 线圈使其平面与合成磁场平行，感应电势消失，相 当于8字形方向性图的零值点对准了地面导航台， 此时指示器指针所示的角度即搜索线圈转过的角度 就是所测之导航台航向。 n搜索线圈的转动代替了环状天线的转动，达到了方 向性图旋转的目的。

10、 tEe L msinsin 19 2、90度移相 tEehppcossin 20 3、平衡调制与迭加 n环状天线信号移相90后，经放大与倒 相加给平衡调制器两个幅度相等而相位 相反的信号。 n平衡调制器，在135HZ低频信号控制下 工作，得到两个旁频（边频）信号。 n旁频信号在迭加电路中与垂直天线接收 来的载频信号进行迭加。 ttmE ttEptEeee hA hApA cos)cossin1 ( coscossincos 21 n调幅波的调制度m决定于环状天线信号与垂直天线信号 之幅度比。接收机将此调幅信号经混频，中放和检波处 理成低频信号，一路送至耳机进行人工定向； n另一路经135Hz

11、选频电路将135Hz信号从检波后的低频 信号中分离出来，作为误差信号加到伺服电机的控制线 圈中去，同时在伺服电机的激磁线圈中，还有从135Hz 振荡器直接加来的135Hz基准信号，在它们的共同作用 下伺服电机转动测角器搜索线圈。 n当测角器搜索线圈转动到环状天线信号为零时就停止转 动，指示器指针就指示出导航台的航向角，此时罗盘中 只有垂直天线的信号。 ttmE ttEptEeee hA hApA cos)cossin1 ( coscossincos 22 4、伺服电机的转动 n加到伺服电机控制线圈中的135Hz信号，是一个可 变相位信号。它的起始相位决定于地面导航台处在 8字形方向性图最小值的

12、哪一边(左边还是右边)。 n加到伺服电机激磁线圈中的135Hz信号，却是一个 相位固定的基准信号。 n当导航台在飞机右侧时，可变相位信号的起始相位 为正，超前于固定相位信号90，使伺服电机带动 测角器搜索线圈向右(顺时针)转动； n当导航台在飞机左侧时，可变相位信号之起始相位 为负，滞后于固定相位信号90，使伺服电机向左 (逆时针)转动。 23 24 5、双值性的消除 n八字形方向性图具有两个零值点，相差180度。如果两 个零值点都是稳定的，则会影响到测向的准确性。采 取措施使一个零值点稳定，另一个零值点不稳定。并 将稳定的零值点做上标记，以供用户辨认。 n稳定零值点对准导航台时，如果在外界干

13、扰影响下发 生偏离，则测角器搜索线圈将会产生误差信号控制伺 服电机转回到原来的稳定零值点位置； n假若非稳定零值点对准了导航台，在干扰作用下只要 一旦产生摆动，便会离它而去，转向稳定零值点，不 会再回到非稳定点，这样就保证了单值定向。 25 四、系统误差分析及改进 n无线电罗盘是依赖于地面导航台发射的无线 电波进行定向的 n无线电波在传播过程中，会受到飞机金属机 身的影响，也会受到电离层、大气条件（如 温度、湿度）、大地表面的性质、地理环境 以及人为干扰等因素的影响，使定向产生误 差。 n误差大致可以分为环形天线附近金属导体的 干扰误差、电波传播误差和设备误差。 26 （1 1）象限误差）象限

14、误差 n也叫罗差，主要是环形天线附近金属导体的 干扰误差。 n当地面电台辐射的无线电波到达飞机机身等 金属物体上时，将在金属物体上产生交变的 感应电流，该电流又在机身等金属物体周围 产生辐射电波，这种现象称为两次辐射。 n两次辐射电波与原电波叠加后，合成电波作 用到环形天线的方向与原电波传播方向相差 一个角度，从而改变了定向方向，造成了定 向误差，该角度称为象限误差或罗差。 27 基本措施 n采用象限误差修正器来修正象限误差，现代 飞机通常使用的是电感式罗差补偿器。 n电感式罗差补偿器是一个平衡电感衰减器，它用 于正交固定环形天线式自动定向机，接在环形天 线与接收机之间，将正交固定式环形天线的

15、横向 线圈或纵向线圈的信号按修正度数要求给以相应 的衰减，从而得到适当的罗差补偿。 n目前新式的无线电罗盘ADF700中，并不用专门 的象限误差修正器，而是在接收机尾部中间插头 上的5个插钉由跨接线按不同的连接组合来修正象 限误差。 28 极化误差极化误差 n无线电罗盘工作在中波波段，电离层对电波的吸收 白天比夜间强，因此白天接收机只能收到地波信号。 n而在夜晚，电波受电离层的损耗比白天小，由电离层反射 的天波分量加强，所以无线电罗盘可能同时接收到地波与 天波信号，这会形成电波衰落。 n另一方面，由于反射的天波将使垂直极化波变为椭圆极化 波，在环形天线的水平部分产生感应电势，不仅会使接收 信号

16、减弱，同时使环形天线的最小接收方向模糊不清，而 造成定向误差，即极化误差。 n减小极化误差的根本措施根本措施就是避免接收天波信号， 并在测定方位时注意读取方位角的平均值。 29 3.2 甚高频全向信标系统甚高频全向信标系统VOR n概述概述 n功能及组成功能及组成 n工作原理工作原理 30 3.2.1 概述概述 n甚 高 频 全 向 信 标 系 统甚 高 频 全 向 信 标 系 统 V O RV O R （ V H F O m n i V H F O m n i directional Rangedirectional Range）是一种）是一种相位式近程测相位式近程测 角角导航系统。导航系统

17、。 n通过接收地面通过接收地面VORVOR导航台的信号，可以直接导航台的信号，可以直接 确定以确定以导航台导航台所在位置北向为基准所在位置北向为基准( (也可以也可以 航道方向）的航道方向）的飞机方位飞机方位。 n伏尔系统于第二次世界大战后期在伏尔系统于第二次世界大战后期在美国美国首先首先 开发应用，开发应用，19461946年成为美国标准的年成为美国标准的航空导航航空导航 系统系统，19491949年被国际民航组织采纳为年被国际民航组织采纳为国际标国际标 准准导航系统。伏尔系统通常导航系统。伏尔系统通常与测距器配合与测距器配合使使 用，不仅用于用，不仅用于航路导航航路导航，而且可以用于，而且

18、可以用于飞机飞机 进场进场的引导设备。的引导设备。 31 发展历程 1.1936年由德国SEL公司研制成功； 2.1947年国际民航组织将其定为标准近 程导航设备； 3.1952年英国马尼克公司开始生产； 4.1958年美国开始使用； 5.1965年DVOR出现，并得到迅速发展； 32 我国VOR发展 n民航1964年首次由法国THOMSON公司引进4套 l615/2型电子管式的甚高频全向信标，分别安装在大 王庄、无锡、昆明和英德等地（现已淘汰）； n1973年从法国THOMON公司引进10套TAH510型全晶 体管化CVOR； n1987年引进13套英国RACAL公司的MKI型全固态 DVO

19、R； n1988年从法国THOMSON公司引进12套512D型全固 态DVOR； n1993年至今又引进了澳大利亚AWA公司的VRB5lD 型DVOR一百多套 33 n1、ADF采用地面无方向性天线发射，机上采用 方向性天线接收的方法测角；VOR地面导航台 站用方向性天线发射，机上采用无方向性天线 接收的方法测角。 n2、VOR可以直接提供飞机的方位角（相对于 地面导航台站）而无需航向标准，精度高于 ADF。 n普通伏尔（CVOR）的测量精度一般在土2土4 范围内，而多普勒伏尔（DVOR）由于减小了场地 误差影响，测量精度比CVOR有很大提高（约1度）。 与ADF相比，具有如下特点： 34 n

20、3、工作频率高（108118M)，受静电 干扰小，指示较稳定。但作用距离受视 线距离的影响，与飞行高度有关。 n4、地面导航台站的场地要求较高，如 果地形起伏较大或有大型建筑物位于附 近，则由于反射波的干涉，将引起较大 的方位误差。 35 VOR相关角度 nVOR方位角（电台磁方位） n以飞机为基准来观察VOR 台在地理上的方位 n飞机磁方位 n以VOR台为基准来观察飞 机相对VOR台的磁方位 n磁航向 n磁航向是指飞机所在位置 的磁北方向和飞机纵轴方 向(机头方向)之间顺时针 方向测量的夹角 。 n相对方位角 n飞机纵轴方向和飞机到 VOR台连线之间顺时针方 向测量的夹角，叫相对方 位角，或

21、称电台航向 36 37 nVOR可以用来进行定位，主要有两种方 法： n一种为测角定位（定位），即测出飞机 到两个已知位置VOR台的方位角，得到两条 径向的位置线，由其交点来确定飞机的地理 位置； n另外一种为测角测距定位（定位）， 或称极坐标定位，即与时间测距系统DME相 结合，通过测量飞机方位角和到VORDME 台的距离进行定位。 38 VOR定位 39 n在一条“空中航路”上，根据航路的长短、规 定的航路宽度和伏尔系统的精度，可以设置多 个VOR台。 n每个VOR台可辐射无限多的方位线或称径向线 作为预选航道，飞机沿着预选航道可以飞向或 飞离VOR台，并通过航道偏离指示器指出飞机 偏离航

22、道的方向（左或右）和角度（偏航角偏航角）， 为飞机提供方位信息，实现飞机的归航与出航。 n航路上的VOR台还可作为航路检查点，实行交 通管制服务。另外，VOR台与仪表着陆系统ILS 配合，可作为飞机进近和着陆的引导设备。 航道导引和检查 40 航路导引 41 3.2.2 系统功能与组成 n伏尔系统的工作频率范围为：108MHZ 118MHZ，根据用途的不同可以分为航路伏 尔和终端伏尔。 n1、用于航路导航的VOR（简称CVOR， Conventional VOR） n台址通常选在附近区域无障碍物的地点，如山的 顶部等，以尽量减小因地形效应引起的台址误差 和多路径干扰。 n此时采用北向方位，使用

23、频率范围为112MHz 117.95MHZ,每隔50kHz为一个频点，共有120个 频点，发射功率100200W。 n作用距离受视距限制，在1200m高空，典型作用 距离可达200海里。 42 n2、用于进近着陆的VOR（终端Terminial VOR， 简称TVOR） n安装在机场跑道后方，采用跑道延长线作为方位基 准。 n使用频率为108MHz111.95MHz，亦每隔50kHz 一个频点，共有80个频点,发射功率约50W。其中 小数点后第一位为偶数的频点为TVOR使用，其他 40个频点由仪表着陆系统的航向台(IIS LOC localizer)使用。 nTVOR台通常和DME或ILS的航

24、向信标（LOC）设备 装在一起，或组成极坐标定位系统，或利用和跑道 中心延长线一致的TVOR台方位线，代替LOC对飞 机进行着陆引导。 n作用距离一般在25海里以内。 43 n在飞机上，VOR的接收指示设备与LOC一般是部分 共用的，如使用同一套的天线、控制盒、指示器、 接收机的高频和中频部分等。这样，在航路上可用 于VOR导航，在进近着陆时可用于航向信标指示。 因此，VOR和LOC工作在同一甚高频频段的不同频 率上。 nVOR系统的有效作用距离范围由接收机灵敏度、地 面台的发射功率、飞机飞行高度以及VOR台周围的 地形地物等因素决定，其中主要还是受视距传播的 影响，而视距主要受地球曲率的限制

25、。 44 1、地面导航台 n地面导航台是系统确定方位的基础，它 具有两套独立的发射天线 n一套是无方向垂直天线，提供基准信号； n另一套是方向性天线，提供随方位可变相 位信号。 n地面系统的方框图如下图所示： 45 46 机载设备 n1、天线 nVOR天线与仪表着陆系统（ILS）的航向信标 （LOC）设备的天线一般是共用 n安装在飞机垂直安定面上或机身上部，避免机身 对电波的阻挡，以提高接收信号的稳定性。 n2、甚高频导航控制盒 n控制盒一般是VOR、ILS、DME共用 n主要功能有：甚高频通讯、频率选择和显示、用 试验按钮检查相应设备的工作性能、音量控制等。 47 n3、VOR甚高频接收机

26、n提供如下信号给指示器等设备输出：话音和台识 别信号、方位信号、航道偏离信号、向背台信 号、旗警告信号等。 n4、指示器 n常用的指示器有无线电磁指示器（RMI）和水平 位置指示器（HIS Horizontal Situation Indicator ，或航道偏离指示器），前者可直接 读出飞机方位，后者可读出飞机与预选航道之间 的偏离情况。如下图所示： 48 49 3.2.3 系统工作原理 n在实际工作中，VOR是通过接收设备测 量比较地面发射台的两个30Hz的低频 信号的相位来测定飞机方位的。 n运载体的方位决定于基准信号和可变信 号之间的相位差。这两个信号分别称为 基准相位信号和随方位可变

27、相位信号。 n基准相位信号与可变相位在磁北方位上是 同相的，在其他方向是不同的 50 51 52 53 一、基准信号的产生一、基准信号的产生 n基准相位信号由VOR地面台的全向天 线发射，形成全向水平极化辐射场。 n该信号先用30Hz对副载波9960Hz调 频，后调幅到载频(108118MHz)上。 tttmEe n nm cos)coscos(1 11 54 二、可变相位信号的产生二、可变相位信号的产生 n可变相位信号是采用两个环形天线 （实际中采用分集天线）来产生。 n用30Hz的低频信号直接对载频调幅， 然后由方向性天线发射，其中两个环 形天线的放置方向互相垂直。信号在 空间任意一点的合

28、场强为： ttE ttEttE eee cos)cos( cossinsincoscoscos 32 0 00 55 56 nVOR系统总的合成场 tttmtAEe n nm cos)coscos()cos(1 57 接收机 语音滤波器 10KHz滤波器 30Hz滤波器 限幅器频率检波 移 相 器 低频放大相位检波器 指示器 VOR接收机 n机载全向天线负责接收信号，经高频放大、变频和 中放后，从检波器输出端加到三个不同的通道，即 方位通道、基准通道和语音通道。 58 3.2.4 多普勒伏尔（多普勒伏尔（DVOR） n上面我们主要介绍的是旋转发射天线方向性图 的VOR的工作原理。下面，我们来介

29、绍一下旋 转无方向性发射天线的相位测向方法，即多普 勒伏尔。 n由于旋转天线的多普勒效应，天线辐射（或接 收）的信号频率将被天线的转速所调制，相当 于对信号进行了频率调制，这种调制使信号的 相位发生相应变化，产生包络线相位与方位有 一定关系的调相辐射场，从中可以确定运载体 的方位，因而称为多普勒伏尔。 59 1.1964年我国民航首次由法国引进四 套设备； 2.1987年我国从英国引进13套DVOR 设备； 3.1988年我国又从法国引进12套 DVOR设备； 4.1993年至今又从澳大利亚引进了 100多套DVOR设备。 60 在O点设置一等幅发射机，同时将高频信号馈送到在水平 面内沿半径为

30、R的圆周运动的无方向性天线A。 61 62 n通常，为了叙述的方便，可以先不考虑径向速 度的影响，则接收点B的接收频率便是随天线 旋转角频率按正弦规律变化的。 n这是由于天线的旋转使频率发生了变化即进行 了频率调制，产生了多普勒效应的结果。 n频偏的最大值决定于载频频率和发射天线的线 速度。 n接收到的调相信号的包线相位与观测点方位之 间存在单值关系。 63 n当接收到DVOR信标台的信号，并测量出包络线的相位， 就可直接确定运载体相对于信标台的方位 n相位与方位的关系是连续的，可在任意方向上进行导 航定位， 因此是一种全向的无线电相位测向系统。 n测量包线的相位，必须有一个标准相位用来比较。

31、基 准电压相位应该与天线旋转相位协调一致。 n为了进行相位的比较，必须使基准信号的频率或者与 旋转天线角频率相同或者是其有理数倍。 64 n1、因此为了能较方便的分出包线，希望最大频偏要大 一些。在波长选定的情况下，如果采用机械旋转的方 式，要增大切向速度，最好增大半径，而不是旋转角 速度，因为旋转天线所需要的机械力与旋转半径的一 次方成正比，而与旋转角速度的平方成正比。 n2、在天线较大的情况下，直接旋转天线是比较困难的， 通常的做法是将许多天线按照一定的半径排列成一个 天线阵，对天线阵中的每个辐射单元采用轮流馈电的 方法，达到模拟天线转动的目的。这种方法亦可在较 小的旋转半径的条件下得到较

32、高的最大频偏。 n3、应当注意到载体沿径向运动的速度将使频率偏移比 较固定的一个数值（速度不可能发生突变），因此载 体的径向速度将不影响信号的包线相位。 65 n多普勒伏尔的实际天线系统由中央无方向性天线， 和以它为中心在一定半径的圆周上均匀排列的48 50个边带天线组成，天线安装在一个大的金属反射 网上面。 n中央天线由带有30Hz基准信号和1020Hz识别信号 调幅的载频f的连续波信号馈电； n圆阵中的天线由将载频f再偏移9960Hz的连续波 （边带）信号馈电，产生与方位有关的双边带信号， 在9960Hz分载频上经调频后由边天线辐射，上边带 信号频率为+9960Hz，下边带信号为9960H

33、z。边 带信号以30Hz的转速环绕中央天线连续旋转。 66 67 n在DVOR中，载频用30Hz的信号调幅后由中央无 方向性天线辐射，作为系统的基准信号；与方位 有关的30Hz可变方位信号由圆周上的边带阵天线 辐射，该边带信号相对载频偏离9960Hz。 nDVOR的调制方式与CVOR相反，其信号调幅和调 频的作用与CVOR相互颠倒，为使标准VOR接收设 备能与DVOR兼容工作，应使在某方位上的载体收 到的可变相位信号超前于基准信号，因此需要使 DVOR天线波束转动的方向与CVOR的相反。 68 n为满足480Hz的调制频偏，圆天线阵的直径取 为13.4m，且以30转秒的转速转动，将产生 126

34、2m秒的圆周速度，即产生了VOR所要求的 480Hz的频率偏移。 n采用大天线阵的另一个好处是，由于宽孔径天线 具有削弱场地误差如多路径效应的能力，并且 DVOR中采用了双边带发射，进一步减小了场地 误差影响，其测量精度比CVOR大为提高，可以 达到在任何径向（方位）上的误差不超过1的精 度。 69 VRB-51D 多普勒甚高频全向信标 70 CVOR （1）30HZ可变相位信号的相位始终落后于30HZ基 准相位信号 ，落后的角度即为磁北方位角 ； （2）可变相位信号采用调幅方式辐射。 DVOR （1）30HZ可变相位信号的相位始终超前于30HZ基 准相位信号，超前的角度即为磁北方位角 ； （

35、2）可变相位信号部分采用调频方式辐射，抗干扰 能力强，信号较稳定； （3）边带信号是由圆周上相差180度的不同位置上 的上下边带天线分别辐射不同频率的信号（ 9960HZ）和（9960HZ），因此，可以减小周围场 地对信号的影响，提高测量精度。 71 3.3 无线电高度表 n概述 n工作原理 n误差分析 72 飞行飞行“高度高度”的定义的定义 飞机飞行的高度是指飞机在空中的位置和所选 定的基准面之间的高度差值，由于所造的基 准不同，因而也有不同的高度定义 n相对高度相对高度 n绝对高度绝对高度 n真实高度真实高度 n标准气压高度标准气压高度 73 n相对高度 n指飞机对某一指定的场面，如机场（

36、如即将要降 落的目的地机场）地面之间的高度。 n高度表的气压刻度以机场为基准时，称为场面气 压高度，在起飞和降落时驾驶员必须知道这一高 度。 n真实高度真实高度 n指飞机和它正下方地面的垂直距离，无线电高度 表所测量的高度 74 n绝对高度： n是飞机到海平面之间的高度，也称为海平面气压 高度。 n标准气压高度： n是指飞机到标准气压平面之间的高度。标准气压 面是人为设定的，在这个平面上大气压力为760 毫米汞柱高，温度为15（288K）。 n由于这个高度不随温度和湿度的影响而变化，它 和真实的海平面高度是不完全一致的，因而标准 气压高度和绝对高度不同。 n国际民航组织规定当飞机进入航线后，一

37、律使用 标准气压高度 75 高度表 n所谓无线电高度表，即测量飞机距地面的垂 直距离，也就是飞机所飞的高度。 n高度表是飞机的基本仪表之一，主要有无线 高度表和气压式高度表。 n气压式高度表的传感媒质是机上大气的静态 压力，利用飞机上大气的静态气压与本地海 平面或机场水准面的静态气压之差来给出高 度。 n因此气压式高度表所测的高度，是相对于海平面 或机场水准面的高度，也可以理解为地理高度。 76 n无线电高度表的信号在42004400MHz上，载频 必须要进行调制，通常采用频率调制(低高度表)和 脉冲调制(高高度表)两种。 n当飞机靠近地面，譬如在600m以下低空飞行，特 别是进场着陆时，无线

38、电高度表是十分重要的，尤 其是频率调制的低高度表。 n飞机利用高高度表在高空飞行，在进场着陆时要用 低高度调频高度表。其原因是脉冲调制的高度表， 其最小可测高度由脉冲宽度所确定。 n例如在50ns脉冲宽度的情况下，最小可测高度不可能小 于7.5m；而用频率调制的低高度表，其最小测量高度可 达到0.5m。 77 n雷达高度表发展很快，其基本功能不仅 提供相对于飞机正下方的离地高度，也 可提供爬升或下降的垂直速率以及可选 择的低高度告警。 n60年代初期生产的高度表重量在6.8kg以上， 脉冲峰值功率为100W。 n1996年，雷达高度表的重量一般为1.8 4.5kg，高度精度为0.46m，发射功

39、率为 5W(峰值脉冲)。 78 79 80 n高度表性能特点因用途不同而各有所异。 n高性能和低高度飞行的军用飞机和巡航导弹 系统要求在保持高度的隐蔽性和抗干扰性的 同时进行精确的高度跟踪。 n高度标定雷达一般是低高度高度表，专门用 于在特定高度上提供标定信号，从而启动某 一自动操作，如引信触发或打开登月系统上 的降落伞。为民航服务的雷达高度同时要支 持自动着陆、拉平和接地计算等功能。 81 n为导航目的而作地形比较的高度表必 须在高高度上形成极小的地面照射范 围，以提供需要高度分辨率。 n在雷达测高领域，将毫米波、窄波束、 前视、受控天线传感器与向下定位的 宽波束高度表天线相结合，将使雷达

40、高度表具有测定飞机前方高度的“前 视”能力 82 3.3.2 调频高度表工作原理 n1、 基本物理过程及关系式 tVV m costVV m00 cos )sincos( 011 ttVV m m C H2 )(sincos 0022 ttVV m m t m sin 1 )(sin 02 t m )cos( 021 tVVVV m )cos(2 2121 2 2 2 1 mmmmm VVVVV 2211 2211 coscos sinsin mm mm VV VV arctg 83 n合成信号的包络和相位均受到反射信号相位的 影响，即隐含有高度的信息。 n从合成信号中获取高度信息的最简便法就

41、是把 合成信号送到接收机的幅度检波器，利用其非 线性转换检测出相应的包络波形，从而得到高 度信息。 n下面，我们重点分析一下合成信号的包络。方 便起见，包络表达式改写为： 84 n通常反射信号的强度远远小于发射信号 的强度，即：V1mV2m )cos( ).()(cos)( 2 1 )cos()(1 )cos()(21 )cos()(2)(1 2121 21 22 1 2 21 1 2 1 21 1 2 1 21 1 22 1 2 1 mm m m m m m m m m m m m m mm VV V V V V V V V V V V V V VV 幂级数展开 )2/(cos 2 sin2

42、cos 021 tVVV m mmm 85 *4*4 2 *2 2 sin2 4 000 0 00 H f fH H m m mm m )coscos(1 () coscos( 0 1 2 1021 t V V VtVVV m m m mmmmm n应当再次强调，Vm是合成信号的包络，类 似于调幅信号的振幅。将合成信号V送入接 收机中的差拍检波器，并设检波系数为1， 则在检波器的输出端可以获得信号： )cos1 (4cos) coscos( 0 2022 t H VtVe mmm 86 n由上式可以看出，检波后信号的相位信 息中包含了高度信息，似乎直接从其中 得到高度比较方便。 n在实际应用中，由于没有基准相位进行比对， 很难提取高度信息。 n从频率中提取高度信息，并以脉冲计数 的方式来得到高度的方法比较合适。 n下面我们来介绍这一方法