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17实验一 基于ATOLL软件的航向信标信号模拟与验证1、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“ ANTENNA

2、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。图1-1 Orbit 参数设置面板步骤3：在ATOLL 软件右部的“

3、Parameter”面板中选中“CSB-field”，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“SBO-field”并点击START按钮即可。若要画出DDM曲线，选中“SBO-field”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 Parameter选择面板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，并利用ATOLL软件画出天线方向图。（） 2）已知一四元天线阵的方向图为计

4、算馈电幅度比，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）CSB信号辐射场方向图l 选择“New array”l 天线数设为2，选择为“Single”l 天线间距设为l Orbit设为10000米，方位设置从到l 画出CSB信号辐射场方向图4）SBO信号辐射场方向图l 选择“New array”l 天线数设为2，选择为“Single”l 天线间距设为l Orbit设为10000米，方位设置从到l 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）l 重复3)，4)操作，画出二单元天线阵的S

5、BO信号和CSB信号辐射场l 把CSB信号分别降低为-10dB，-14dB和-22dB，确定逆工作区域和过调制工作区。l 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l 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。l 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，中心位置有1个天线单元）等间距为的11元天线阵，进行以下操作步骤：l 从主面板天

6、线选择下拉框中选取“New Array”l 在“New Array”面板，选择天线类型为：Single frequency。 天线数目：11l 在“Antenna Settings”面板选择天线阵Normarc LPDA,间距： “Equi-Spacing” 。l 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。l 选择“CSB Crs”面板，点击“Compute”按钮，计算出Tchebychev方法得到的馈电值。l 选择“SBO Crs”面板，点击“Comput

7、e”按钮，计算出Tchebychev方法得到的新的馈电值。l 点击“Compute SBO level”按钮，使得航道扇区边界处DDM=150uAl 保存天线l 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 回答以下问题： 第二旁瓣抑制电平为： 5度方位的辐射场为： 选择DDM/SDM,并记录结果。2） DDM覆盖，进行以下操作步骤l 点击“Antennas”再一次打开天线面板l 在“Antenna Feedings/SBO Crs set” 中，设置 Rigth<->Left Edition 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

8、一个天线的变化而变化。l 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） 。l 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。l 画出DDM。2.4 近场效应1）基本操作l 从主面板天线选择下拉框中选取“Normarc 12 单元单频天线（3523B）”。l 调整跑道长度，使扇区宽度为4度。l 选择发射机为“Basic adjustments”。l 选择“Orbit”面板，方位角设为。l 设置距离参数分别为10000米，1500米，150米和80米，画出DDM值，并观察结果。 2）单频12天线航向信标SBO相位设置l 打

9、开“transmitter”窗口点击“Electronic button”。l SBO相位设置为。l 轨道参数：距离1500米，方位角。l 选择DDM，比例设为50uA。l 调整SBO相位，使DDM=0。l 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15001000500150l 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SBO相位SBO相位SBO相位DDM（1500米）ADDM（150米）B0uA 参考B-

10、Al 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，此时DDM= 第三步：相位变化= 3）双频12天线航向信标SBO相位设置l 选择Normarc 12 阵元双频天线阵：Normarc 7212。l 打开“transmitter”窗口点击“Electronic button”。l 检查航道扇区宽度是否为4度。l 关闭余隙信号发射机。l SBO相位设置为。l 轨道参数：距离1500米，方位角。l 选择DDM，比例设为50uA。l 调整SBO相位，使DDM=0。l 接收机距离分别为1000米，500米和1

11、50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15001000500150l 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SBO相位SBO相位DDM（1500米）ADDM（150米）B0uA 参考B-Al 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，此时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l 设置跑道3500米，LL

12、Z setback 设置为300米l 从主菜单天线选择下拉菜单中选择：THOMSON 13 single frequency 天线阵l 按下主菜单中的“Scatter”按钮，打开“scattering object”面板。l 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。l 高度重新设置为17米。l 该建筑物的位置设置为：x=1500米，y=300米，方位角为11.3度。l “Approach run”设置为5000米到-3500米，滤波器设为“OFF” l 点击“pl

13、ot”按钮，并把滤波器选为“ON”l 结果是否满足ICAO规范？l 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？l 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？l 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“Approach run”，观察结果。2）双频航向信标和小口径天线阵l 反射物的设置和1）一样。l 从主菜单天线选择下拉菜单中选择：Thales 13/7

14、 Dual天线阵l 运行Approach runl 比较 “Normarc 12 Single<4.8°”和“Thales 13/7 Dual”之间的BBP值。l 在某些情况下，“Thales 13/7 Dual”是否比“Normarc 12 Single<4.8°”失真大？l 设置Y=400,建筑物的宽度改为150米。l 开始“approach run”，观察结果并分析l “clearance transmitter”开关转到“OFF”，开始“Approach run”，观察结果并分析。实验二 基于LAGON软件的下滑信标信号模拟与验证1、实验目的：（5） 熟

15、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

16、”面板中选中“CSB-field”，如图1-2所示。点击“Elevation 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。图1-2 “Parameter”面板图1-3 CSB辐射场方向图步骤3：选中“SBO-field”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所示图1-4 “Cursors”面板图1-5 下滑道扇区练习：选择NORMARC M阵列天线，并画出CSB、SBO和DDM曲线

17、，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l 打开GP Layout界面，在FSL处设置为0.3度，点击VALIDATE按钮l 在LAGON主界面，“Parameter”面板处选择DDM，点击“Elevation ORBIT”面板上的START按钮，生成DDM曲线如图1-6所示图1-6 FSL=0.3时DDM参数变化l 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l 思考：当跑道平面存在正坡时，应如何处理l 打开GP Layout

18、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 图1-8FSL=0天线偏置 图1-9 FSL=0.3天线偏置l 在LAGON主界面，“Parameter”面板处选择DDM，点击“Elevation ORBIT”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，天线偏置后DDM参数变化l 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：选择NORM

19、ARC 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l 打开GP Layout界面，设置A1天线SDW offset为0，点击VALIDATE按钮l 在LAGON主界面，选择SDW Contour，并选择参考点为« Runway » l 设置SDW Contour界面下，Distance参数为10000m，完成下表-150-75075150l 设置SDW Contour界面下，Distance参数为1000m，完成下表-150-75075150l 设置SDW Contour界面下，Distance参数为315m，完成下表-150-75075150l 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，能得到什么结论图1-12 下滑扇区定义l 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l 设置SDW Contour界面下，Distance参数为10000m，完成下表-150-750751