导航原理与系统实验指导书

1、导航原理与系统实验指导书实验一基于ATOL瞅件的航向信标信号模拟与验证161、实验目的：(1)熟悉ATOLL软件，进一步理解航向信标的工作原理。(2)理解天线阵方向图形成原理，掌握航向信标 SBO和CSB信号辐射场 的方向图。(3)利用ATOLL软件，学会测试航向信标信号波形。(4)理解DDM的概念，多径和近场效应对 DDM的影响。2、实验内容2.1 ATOLL软件基本操作1)天线阵操作从ATOLL软件主菜单天线阵选择框中选中“ New”，打开天线阵设置对 话框，进行以下步骤操作：步骤1:选择“ Single"(单频)或“doube'(双频)，输入天线阵数目。步骤2:选择“

2、ANTENNA SETTING”面板，输入天线的类型和天线 间距。步骤3:选择“ ANTENNA FEEDINFS”面板，输入天线馈电幅度和 相位。步骤4:点击保存按钮保存天线阵。练习：新建一个4阵元天线阵，第一对天线间隔为 0.7倍的波长，第二 对天线间隔为2.1倍的波长，天线馈电方式为左右天线等幅反相馈电，并保 存该天线阵。2） SBO、CSB方向图及DDM曲线步骤1:从ATOLL软件主菜单天线阵选择框中选中任意天线类型，如 THOMSON 13 single.步骤2:打开ATOLL软件下部的“ Orbit”面板，并进行参数设置，如 图1-1所示。OrbitApproachSensitiv

3、e AreasBeguiSt epEndAziauthP-60. 0 羽 0.201 Z 6d.TaReceiv.Distance ;100CO mPer feetKftight .300.0 mCut Off freq |o.5OHz Speed，15U kmfliSTARTI图1-1 Orbit参数设置面板步骤3:在ATOLL软件右部的“Parameter面板中选中“CSBfield”,如图1-2所示。点击“ Orbit”面板上的START按钮，即可画出CSB辐射场方向图。若要画出SBO辐射场方向图，选中“ SBOfield”并点击START按钮即可。若要画出DDM曲线，选中“ SBOfi

4、eld”并点击START按钮即可。若要查看BBP,选中“ BBP”并点击START按钮即可。图1-2 Paramete述择面板2.2天线阵1）已知一间距为2d的两单元天线阵，这两个天线阵等幅反相馈电， 若使天线方向图在40度方向有最大的辐射场强，试计算天线间距 2d,并利 为dsinf日用ATOLL软件回出天线方向图。（F （日）= 2sin）I 九）2）已知一四元天线阵的方向图为F 二-2sin 0.7二 sin ：工）2xsin 2.8二 sin"）计算馈电幅度比x,使天线方向图在12.6度方位有最大值0dB,在31度方 位有最小值10.2dB,并利用ATOLL软件验证结果。3）

5、 CSB信号辐射场方向图选择 “ New array”天线数设为2,选择为“ Single”天线间距设为0.7 Orbit设为10000米,方位设置从-40 =到+40，画出CSB信号辐射场方向图4） SBO信号辐射场方向图选择 “ New array”天线数设为2,选择为“ Single”天线间距设为0.7 Orbit设为10000米,方位设置从-40，到+40。画出SBO信号辐射场方向图5）天线方向图和DDM与SDM之间的关系（DDM/SDM ）重复3）, 4）操作，画出二单元天线阵的 SBO信号和CSB信号 辐射场把CSB信号分别降低为-10dB, -14dB和-22dB,确定逆工作区

6、域和过调制工作区。为使CSB信号和SBO信号辐射场满足ICAO要求的DDM和SDM指标，需要增加天线单元。设天线单元为 4个，各天线的 馈电幅度和相位如表1-1所示表1-1 4元天线馈电值AL2AL1AR1AR2Spacing-1 .4-S35 人+0 35?v+1.4?.Amp60%100%100%60%Phase+90°+900-90“-90°利用ATOLL软件画出该4元天线阵的方向图。确定逆工作区 域和过调工作区。画出DDM曲线，并判断该4元天线阵构成的航向信标是否满 足ICAO要求。2.3天线方向图对 DDM的影响1）设计11个阵元构成的单频航向天线阵（5对，中心位

7、置有1个天线单元）等间距为0.8九的11元天线阵，进行以下操作步骤:从主面板天线选择下拉框中选取“ New Array”在“New Array”面板，选择天线类型为：Single frequency。天线数目：11在“Antenna Setting小面板选择天线阵Normarc LPDA，间距： “Equi-Spacing” 0.8人。点击 “Antenna feedings",在 “New Array” Tchebychev feeding 框中，输入天线数，选副瓣电平为-30dB,用来计算chebychev 加权值。选择“CSB Crs”面板，点击“Compute”按钮，计算出T

8、chebychev 方法得到的馈电值。选择“SBO Crs”面板，点击“Compute”按钮，计算出Tchebychev 方法得到的新的馈电值。点击“Compute SBO level”按钮，使得航道扇区边界处DDM=150uA保存天线回到主面板，选择 CSB和SBO辐射方向图，距离设为10000 米，方位角设为-90 - 90回答以下问题：第二旁瓣抑制电平为： 5度方位的辐射场为： 选才? DDM/SDM,并记录结果。2） DDM覆盖，进行以下操作步骤点击“AntennaS再一次打开天线面板在 “Antenna Feedings/SBO Crs set 中，设置 Rigth<->

9、LeftEdition处于ON状态。目的是使天线对中一个天线的馈电值能 自动的随另一个天线的变化而变化。逐步增大第一个天线对SBO馈电幅度，使DDM覆盖处于正确 的值。（在图中显示ICAO限制）。返回主面板，选择CSB和SBO辐射方向图，距离设为10000 米，方位角设为90 J+90K画出DDM。2.4近场效应1）基本操作从主面板天线选择下拉框中选取“Normarc 12单元单频天线（3523B）”。调整跑道长度，使扇区宽度为4度。选择发射机为“ Basic adjustment。选择“Orbit”面板，方位角设为-50J+50*设置距离参数分别为10000米，1500米，150米和80米，

10、画出DDM值，并观察结果。2）单频12天线航向信标SBO相位设置打开 “transmitter” 窗口点击 “ Electronic button”。SBO相位设置为-90 °。轨道参数：距离1500米，方位角-5 J+5。选才? DDM ,比例设为50uA。调整SBO相位，使DDM=0o接收机距离分别为1000米，500米和150米，调整SBO相位 使DDM=0,并完成表1-2。表1-2不同距离处SBO相位调整结果距离（米）SBO相位调整15001000500150保持SBO相位在1500米处时的调整值，完成表1-3中各相位 调整值下半航道扇区的DDM值。表1-3不同相位下DDM值

11、SBO 相位-10°SBO相位SBO 相位 +10*DDM （1500 米）ADDM （150 米）B0uA参考B-A计算距离从1500米变到150米时相位变化，进行以下操作步骤第一步：设置SBO相位为1500米时的相位值第二步：去掉SBO相位的90度相移，止匕时DDM=第三步：相位变化 =3）双频12天线航向信标SBO相位设置选择Normarc 12阵元双频天线阵：Normarc 7212。打开 “transmitter” 窗口点击 “ Electronic button”。检查航道扇区宽度是否为4度。关闭余隙信号发射机。SBO相位设置为-90©。轨道参数：距离1500米

12、，方位角-5°-+5°0选才? DDM ,比例设为50uA。调整SBO相位，使DDM=0o接收机距离分别为1000米，500米和150米，调整SBO相位使DDM=0,并完成表1-4。表1-4不同距离处SBO相位调整结果距离（米）SBO相位调整15001000500150保持SBO相位在1500米处时的调整值，完成表1-5中各相位调整值下半航道扇区的DDM值表1-5不同相位下DDM值SBO 相位-10°SBO相位SBO 相位 +10*DDM （1500 米）ADDM （150 米）B0uA参考B-A计算距离从1500米变到150米时相位变化，进行以下操作步骤 第一步

13、：设置SBO相位为1500米时的相位值 第二步：去掉SBO相位的90度相移，止匕时DDM= 第三步：相位变化 =2.4多径影响1）单频航向信标多径效应设置跑道3500米，LLZ setback设置为300米从主菜单天线选择下拉菜单中选择：THOMSON 13 singlefrequency天线阵按下主菜单中的“Scatter'按钮，打开“scattering object面板。 在“scattering object面板中利用“ Add”按钮添加反射物，并 选择“Default plate”，该"plate”默认表示长80米，高20米 的一个建筑物。高度重新设置为17米。该建

14、筑物的位置设置为：x=1500米，y=300米，方位角为11.3 度。“Approach run”设置为5000米到-3500米，滤波器设为“OFF” 点击“plot”按钮，并把滤波器选为“ ON” 结果是否满足ICAO规范？重新设置y=400米，方位角为14.9度。重新启动“Approach run”,， 和上述结果比较，DDM误差变大还是变小？重新设置y=550米，方位角为20.1度。重新启动“Approach run”,， 和上述结果比较，DDM误差变大还是变小？重新设置y=300米，方位角为11.3度。天线选择为：Normarc 12 Single<4.8，重新启动 “ Appr

15、oach run”，观察结果。2)双频航向信标和小口径天线阵反射物的设置和1) 一样。从主菜单天线选择下拉菜单中选择：Thales 13/7 Dual天线阵运行 Approach run比较 “Normarc 12 Single<4.8 ” 和 “Thales 13/7 Dua之间的 BBP 值。在某些情况下，“Thales 13/7 Dual”是否比“Normarc 12Single<4.8 " 失真大？设置Y=400，建筑物的宽度改为150米。开始“approach rud',观察结果并分析“clearance transmitter 开关转至U “OFF”，

16、开始 “Approach run”， 观察结果并分析。实验二 基于LAGO幽件的下滑信标信号模拟与验证1、实验目的：(5)熟悉LAGON软件，进一步理解下滑信标的工作原理。(6)理解镜像原理，掌握下滑信标 SBO和CSB信号辐射场的方向图(7)利用LAGON软件，测试下滑信标信号。(8)理解DDM的概念，多径和近场效应对 DDM的影响。2、实验内容2.1 LAGON软件基本操作1)零基准下滑信标天线操作从LAGON软件主菜单天线阵选择框中选中“NULL REF ”，打开天线阵 设置对话框，进行以下步骤操作：步骤1:打开LAGON软件下部的“Elevation ORBIT"面板，并进行

17、参 数设置，如图1-1所示。图1-1 Elevation ORBIT参数设置面板步骤2：在ATOLL软件右部的“ Parameter面板中选中“ CSB-field”, 如图1-2所示。点击"曰evation ORBIT"面板上的START按钮，即可画出 CSB辐射场方向图，如图1-3所示。ParametersCSBFieldSBO FieldDDM图 1-2 "Parameter 面板图1-3 CSB辐射场方向图步骤3:选中“SBOfield”点击START按钮，画出SBO辐射场方向图。步骤4:选中“DDM/SDM ”并点击START按钮，若要画出DDM曲线。步

18、骤5:观察零基准天线的DDM曲线，并点击Cursor按钮，如图1-4所示。找到下滑道扇区，如图1-5所示CursorsCurs2 - CursiY -300.39图 1-4 "Cursors” 面板图1-5下滑道扇区练习：选才？ NORMARC M阵列天线，并画出CSB、SBO和DDM曲线，并找到 下滑扇区和半航道扇区的 DDM值2.2 正坡影响零基准下滑信标天线操作打开GP Layout界面，在FSL处设置为0.3度，点击VALIDATE 按钮在LAGON 主界面，“ParameteF面板处选择 DDM，点击 “Elevation ORB仃”面板上的START按钮，生成DDM曲线如

19、图1-6所示图1-6 FSL=0.3时DDM 参数变化在LAGON 主界面，“Parameter面板处选择 DDM，点击 “APPROACH”面板上的START按钮，生成 DDM曲线如图 1-7所示，图1-7 FSL=0.3时DDM 参数变化思考：当跑道平面存在正坡时，应如何处理打开GP Layout界面，点击“ Set ant.positiong”，观察天线偏置 情况如图1-8、1-9所示，点击VALIDATE按钮在LAGON 主界面，“Parameter面板处选择 DDM，点击Elevation ORB仃”面板上的START按钮，生成DDM曲线如图1-10所示图1-10 FSL=0.3时，

20、天线偏置后DDM参数变化在LAGON 主界面，“Parameter面板处选择 DDM，点击“APPROACH”面板上的START按钮，生成 DDM曲线如图1-11所示图1-11 FSL=0.3时，天线偏置后DDM参数变化练习：选才? NORMARC M阵列天线，请分析如果跑道的正坡坡度为 0.3度会出现什么现象，是否与NULL REF天线的现象一样，并将修正的结果列出2.3 近场效应影响零基准下滑信标打开GP Layout界面，设置 A1天线SDW offset为0,点击VALIDATE 按钮在LAGON 主界面，选择 SDW Contour,并选择参考点为 ？Runway ?设置SDW Co

21、ntour界面下，Distance参数为10000m,完成下表-8 s0°+8°-150 N A-75 NA0NA75%150 "设置SDW Contour界面下，Distance参数为1000m,完成下表-8 s0°+8°-150"-75%0”75%150%设置SDW Contour界面下，Distance参数为315m,完成下表-8 s0°+8°-150%-75以0 NA75”150 N A参考ICAO附件10规定的下滑扇区如图1-12所示，通过对比 上述参数，能得到什么结论打开GP Layout界面，点击set ant. Position,重新设置A1天线SDW offset,点击 VALIDATE 按钮设置SDW Contour界面下，Distance参数为10000m,完成下表-8°0。+8°-150"-75%0