航空电子系统电子教案1(无线电部分)

无线电部分2/3/20231第十四讲无线电导航系统概述无线电导航系统（基本内容）无线电导航基础VHF甚高频导航系统DME测距机LRRA无线电高度表WXR气象雷达GPWS近地警告系统TCAS防撞系统2/3/20232无线电导航基础1、导航基本概念2、导航参量3、导航定位方法

4、无线电导航系统分类2/3/202331、导航基本概念2/3/20234（2）导航的基本课题

如何确定他的位置；如何确定他从一个位置向另一个位置前进的方向；如何确定距离（或速度、时间）。

总之，由于导航的目的和对象的不同，要求解决的问题也会有所区别。但从根本上说，导航就是为了给领航员提供航行中的位置、方向、距离和速度这些导航参量。因此，导航的研究，就是要弄清楚这些导航参量如何地进行测量和如何地运用；而导航的实践，就是运用所得到的结果来保证运动体安全面有效地航行。

2/3/202352、导航参量导航系统的功用就是获取一个或多个各导航参量（1）航向（HDG）由飞机所在位置的磁北方向顺时针测量到航向线的角度在水平面的投影。以磁北为基准的航向称为磁航向；以真北为基准的航向称为真航向。2/3/20236（2）方位角是以磁北或真北为基准，顺时针量到水平面上某方向线的角度。飞机方位角电台方位角（VOR方位角）

2/3/20237飞机方位角VOR方位角相对方位角飞机航向角角度之间的关系：VOR方位角=飞机方位角+180O

=相对方位角+飞机航向角2/3/202383、导航定位方法

必须利用平面中的两条或两条以上的位置线相交，才能确定飞机的具体位置点。ρ-θ定位系统

VOR+DMEθ-θ定位系统VOR+VORρ-ρ定位系统ρ-ρ-ρ定位系统2/3/202394、无线电导航系统分类（1）定位：DMEVOR（2）测高：LRRA（3）着陆引导：ILS（4）环境检测：WXRTCASGPWS2/3/202310VHF导航系统VHFNAV系统的基本原理VHFNAV概述系统部件组成及功能2/3/202311VHFNAV系统概述2/3/202312

1、系统功能VHFNAV系统包括：VOR、ILS两部分，用于飞机在航路上飞行、着陆近进时提供飞机的位置数据。VHFNAV接收机向FMC提供方位、航向线与预选值的偏离信息。FMC用VOR导航接收机和DME测距机测量地面导航台地理位置的方位、距离信号与惯性基准系统来的导航数据进行综合运算，得出精确的飞机导航数据。

VHF全向信标（VOR）系统是一种精确的航路导航系统，在VOR工作方式时，系统提供飞机相对于VOR台的方位角和航道偏离信号。VOR地面台发射可提供从000度到359度范围的无线电信号。VOR地面台一般将000度基准设定到磁北方向。2/3/202313仪表着陆系统（ILS）是一种引导飞机进近着陆的设备。提供用于进近过程中将飞机引导到跑道所必须的航向和垂直位置数据。系统使用来自下滑道地面台和航向道地面台的信号。

下滑信标发射信号为飞机提供接地点在跑道上的下降通路。（垂直引导）

航向信标发射信号为飞机提供到跑道中心线的航向指示。

（横向引导）

指点信标提供距离引导

2/3/2023142、系统工作频率VHF频段VOR:108.00—117.95MHz频率间隔50KHz,其中108—112MHz为VOR和LOC共用小数点后第一位为奇数的用于LOC;小数点后第一位为偶数的用于VORILS：G/SUHF频段329.3—335MHz间隔150KHzLOC108.00—111.90MHz频率间隔50KHz

小数点后第一位为奇数的用于LOC用于航路导航的VOR导航台112.00—117.95MHz频率间隔50KHz用于进近着陆的VOR导航台108.00—111.95MHz频率间隔50KHz

小数点后第一位为偶数的用于VOR2/3/202315VHFNAV工作原理一、VOR全向信标的基本工作原理2/3/202316

VOR系统在航空导航中的基本功能有两个方面。1、定位利用VOR设备定位有两种方法（1）测角定位。（2）测角-测距定位。2、沿选定的航路导航飞机沿着预选航道可以飞向（To）或飞离（From）VOR台，并通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向（左边或右边）和角度，以引导飞机沿预选航道飞往目的地。在一条“空中航路”上，根据航路的长短，可以设置多个VOR台。VOR台在航路上的安装地点叫航路点（wayPoints）。飞机从一个航路点到另一个航路点按选定的航道飞行。假定飞机从起飞机场A选定225°方位线飞向VOR台-l，在飞越VOR台-1上空后，再选90°方位线飞离VOR台-1；在距离（频率）转换点B，再接270°方位线飞向VOR台-2，接着按45°方位线飞离VOR台-2，……。这样，一段接一段地飞行，直到目的地机场C。

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VOR全向信标的基本工作原理我们可以把VOR地面台想象为这样的一个灯塔；它向四周放射全方位光线的同时,还发射一个自磁北方向开始顺时针周期旋转的光束，如果一个远距观察者记录了从开始看到全方位光线到看到旋转光束之间的时间间隔，并已知光束旋转速度，就可以计算出观察者磁方位角。实际上，VOR台发射被两个低频信号调制的射频信号。这两个低频信号，一个叫基准相位信号，另一个叫可变相位信号。基准相位信号相当于全方位光线，其相位在VOR台周围的各个方位上相同；可变相位信号相当于旋转光束，其相位随VOR台的径向方位而变。飞机磁方位（相当于观察者磁方位）决定于基准和可变相位信号之间的相位差（相当于看到全方位光线和光束之间的时间差）。机载设备接收VOR台的发射信号，并测量出这两个信号的相位差，就可得到飞机磁方位角，再加180°就是VOR方位。

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VOR机载设备的基本工作原理是测量地面台发射的基准相位30Hz和可变相位30Hz的相位差，两个30Hz信号的相位差正比于VOR台的径向方位（以磁北为基准零度）。为了在接收机中能够分开两个30Hz信号，VOR台发射信号采用两种不同的调制方式。

可变相位信号：用30Hz对载波调幅，相位随VOR台的径向方位而变化。

基准相位信号：先用30Hz对9960Hz副载波调频，然后调频副载波再对载波调幅。而30Hz调频信号的相位在VOR台周围360°方位上是相同的。

2/3/202319二、仪表着陆系统的工作原理仪表着陆系统的工作概况与系统组成

仪表着陆系统（ILS），早在1949年就被国际民航组织定为飞机标准近进和着陆设备。它能在气象条件恶劣和能见度差的条件下给驾驶员提供引导信息，保证飞机安全进近和着陆。为了着陆飞机的安全，在目视着陆飞行条例（VFR）中规定，目视着陆的水平能见度必须大于4.8km，云底高不小于300m。在很大一部分机场的气象条件不能满足这一要求，这时着陆的飞机必须依靠ILS提供的引导进行着陆。ILS提供的引导信号，由驾驶舱指示仪表显示。驾驶员根据仪表的指示操纵飞机或使用自动驾驶仪“跟踪”仪表的指示，使飞机沿着跑道中心线的垂直面和规定的下滑角，从450m的高空引导到跑道入口的水平面以上的一定高度上，然后再由驾驶员看着跑道操纵飞机目视着陆。2/3/202320着陆标准等级国际民航组织根据在不同气象条件下的着陆能力，规定了三类着陆标准，使用跑道视距（RVR）和决断高度（DH）两个量来表示。

决断高度（DH）是指驾驶员对飞机着陆或复飞作出判断的最低高度。在决断高度上，驾驶员必须看见跑道才能着陆，否则应放弃着陆，进行复飞。决断高度在中指点信标（I类着陆）或内指点信标（11类着陆）上空，由低高度无线电高度表测量。2/3/202321ILS系统包括三个分系统：提供横向引导的航向信标（localizer）、提供垂直引导的下滑信标（glidealope）和提供距离的指点信标（markerbeacon）。每一个分系统又由地面发射设备和机载设备所组成。内指点信标仅在Ⅲ类着陆标准的机场安装。

航向信标天线产生的辐射场，在通过跑道中心延长线的垂直平面内，形成航向面或叫航向道，用来提供飞机偏离航向道的横向引导信号，下滑信标台天线产生的辐射场形成下滑面，下滑面和跑道水平面的夹角，根据机场的净空条件，可在2一4°之间选择。

2/3/202322（一）、LOC系统的基本工作原理VHF振荡器产生108.10-111.95MHz频段中的任意一个航向信标频率，分别加到两个调制器。一个载波用90Hz调幅，另一个用150Hz调幅。两个通道的调幅度相同（20士1%）。调制后的信号通过两个水平极化的天线阵发射，在空间产生两个朝着着陆方向、有一边相重叠的相同形状的定向波束，左波束用90Hz正弦波调幅，右波束用150Hz正弦波调幅。两个波束组合的航道宽度约为4°，在两个波束相重叠的中心线部分，90Hz和150Hz调制信号的幅度相等，形成航向面定义为航向道，并调整它与跑道中心线相重合。

当飞机在航向道上时，90Hz调制信号等于150Hz调制信号。若飞机偏离到航向道的左边，90Hz调制信号大于150Hz调制信号，反之，150Hz调制信号大于90Hz调制信号。

2/3/202323机载设备的功能就是接收和处理航向信标台的发射信号，即放大，检波和比较两个调制信号的幅度，由“中心零位指示器”显示飞机偏离航向道的方向（左边或右边）和大小（度）。如飞机在航向道上，90Hz信号等于150Hz信号，指示器指零；飞机偏离到航向道的左边，90Hz信号大于150Hz信号，指示器向右指；反之，向左指。

2/3/202324（二）、G/S系统工作原理下滑信标和航向信标工作原理基本类似，特别是机载设备。两者主要不同之处是下滑信标工作频定在UHF波段（329.15—335.00MHz）。

下滑信标天线在顺着着陆方向上发射两个与跑道平面成一个定仰角（叫飞机下滑角），并有一边相重叠的相同形状的波束。两个波束中心的最大值以相同量向上或向下偏离下滑道，两个波束信号以相同的频率发射。但上波束用90Hz调幅，下波束用150Hz调幅。

2/3/202325二、系统部件组成与功用1、系统部件组成(主要)VHFNAV控制板P8航道选择部分P7天线:VOR/LOC、LOC/GS显示组件:EADI、EHSI、RDDMI(P1\P3)VHFNAV接收处理组件:VOR、ILS(电子舱)

2/3/202326驾驶舱面板位置图P1机长仪表板P2中央仪表板P5前顶板P5后顶板P7遮光板P3副驾驶仪表板P9前电子面板控制台P8后电子面板。

2/3/2023272、部件功用（VOR部件关系图）2/3/202328（1）VHFNAV控制板（VORDMEILS)用于对VOR/ILS、DME系统的自动或人工频率选择TEST用于系统的自测试(两个三位置开关)2/3/202329（2）VHFNAV接收处理组件方位信号，驱动无线电磁指示器（RMI）的指针；航道偏离信号，驱动水平姿态指示器（HSI）的航道偏离杆；向／背台信号，驱动HSI的向／背指示器；旗警告信号，驱动HSI上的警告旗。2/3/20233051RV-4BVOR/ILS(参看图2-51)接收：通过天线接收来自地面VHF、UHF信号输出：VOR方位角、VOR偏离、LOC偏离、G/S偏离、音频等信号；向显示器提供警告旗信号.前面板测试开关：用于进行接收机的自测试。VOR-900（全数字式组件）VOR/MB(参看图2-51)接收：通过天线接收来自地面VHF、UHF信号输出：VOR方位角、VOR偏离、音频等信号;向显示器提供警告旗信号.前面板上装有三个状态指示器、测试按钮；LRUSTATUSPASS(GREEN):组件工作正常LRUSTATUSFAIL(RED):组件故障CONTROLINPUTFAIL(RED):输入控制数据字失效2/3/202331（3）显示部分VOR方位指示器(RDDMI)显示相对于飞机磁航向的VOR或ADF台站方位数据。

当VOR／ADF选择器在VOR位时，故障指示旗显示来自VOR／MB接收机的数据无效

罗牌由磁航向信号驱动，固定标线（相当于机头方向）对应的罗牌刻度指示飞机的磁航向：指针由VOR方位和磁航向的差角信号驱动，固定标线和指针之间的顺时针夹角为相对方位角；指针对应罗牌上的刻度指示为VOR方位，它等于磁航向加相对方位；而指针的尾部对应的罗牌刻度为飞机磁方位，它与VOR方位相差180°。

2/3/2023322/3/202333EHSI电子水平状态指示器1、方式指示2、偏离杆3、航道指示4、向背台指示5、下滑偏离指示6、频率显示7、VOR方位向量显示(方位指针)8、非正常数据指示2/3/202334偏离杆：指示与飞机实际位置相反，偏离刻度有四个点对于VOR5度/点；对于LOC1度/点。航道指针：预选航道通过一条以飞机三角形符号为中心的带箭头的指示杆来指示。下滑偏离指示：在ILS方式下，显示在EHSI右下角。0.35度/点。向背台指示：当预选航道选定后，飞机可以沿着选定航道飞离或飞向VOR台。总之，航道偏离指示和向背台指示与飞机航向无关。2/3/202335EADI电子姿态指引仪的显示航向正常1度/点，<0.6点时:转为扩展方式0.5度/点。下滑偏离指示0.35度/点2/3/202336（4）天线（VOR、LOC、G/S）2/3/2023372/3/202338第十七讲DME测距机2/3/202339一、系统概述二、DME工作原理三、系统组成及部件功用四、DME系统结构和相互联系学习要点：1、系统功用、基本工作原理2、DME系统显示情况3、DME的工作方式（工作过程）2/3/202340一、DME系统概述通常，大型飞机的飞行高度在30000ft左右,飞机与DME台的距离在35nmile以上，所测得的斜距R与实际水平距离的差别小于1%。飞机在着陆进近的过程中与DME台的距离小于30nmile，其飞行高度通常也已降低（距离为6nmile时高度为5000ft），因而所测得的斜距与水平距离的差别仍然为1%左右。所以在实用中把斜距称为距离是可以接受的。只有在飞机保持较高的高度平飞接近测距台的情况下，斜距与实际水平距离之间才会出现较大的误差。利用测距机所提供的距离信息，结合全向信标（VOR）系统所提供的方位信息，即可按ρ-θ定位法确定飞机的位置，并进而计算地速、预计到达时间和其他导航参数。这些计算是由FMC完成的。地面DME台通常是和VOR信标台同台安装的。同样，利用所测得的飞机到两个或三个测距台的距离，也可按ρ-ρ或ρ-ρ-ρ定位法确定飞机的位置，进行各种导航计算。利用机场测距台和机场VOR台，则可以实现对飞机的进近引导。2/3/202341二、DME测距机工作原理（一）频率及波道选择在962～1213MHz范围中，共有252个测距波道，波道间隔1MHz。其中机载测距机的询问发射频率为1025～1150MHz，测距机的接收频率（测距信标台的发射频率）比询问频率高或低63MHz。两种信号工作方式:X方式和Y方式,X方式脉冲间隔12us，Y方式脉冲间隔36us。作用距离0~389.99海里当VOR和LOC频率选定时，DME频率即配对产生。

2/3/202342询问、应答脉冲2/3/202343（二）测距机系统工作概况工作方式概况（询问、应答、接收、计算）2/3/202344学习DME测距机要解决的问题：1、DME测距机什么情况下开始工作？2、怎样找到台？3、怎样识别地面台对自己的应答？4、DME测距机的工作过程（实际的工作方式）？机载测距机的询问

接通电源后正常工作。但只有当飞机进入了系统的有效作用范围（389.99nm)，在测距机接收到足够数量的测距信标台所发射的射频脉冲对信号的情况下，测距机才会产生脉冲对询问信号发射，以使测距信标台产生相应的应答信号。DME询问器和ATC应答机通过抑制线路连接，以实现发射相互抑制。测距机所产生的询问脉冲信号的重复频率是变化的。跟踪状态，通常为10～30对/秒，典型22.5对/秒；搜索状态，一般为40～150对/秒，典型90对/秒。2/3/202345测距信标台的应答（三种）询问应答、断续发射、测距信标台的识别信号

测距信标台在接收到询问信号后，经过50μs的延迟，便产生相应的应答信号发射，以供机载测距机计算距离，这就是询问应答信号；地面测距台应能为进入有效作用范围的所有飞机的测距机提供询问应答信号。（飞机有时多、少、无）。为使测距信标台保持最佳工作状态，且不导致发射机过载，应答重复频率基本保持不变。（一般同时100架）在测距信标台中采取用接收机噪声来触发发射机产生脉冲对信号发射的方法，使测距台发射机在询问飞机很少的情况下也维持规定的发射重复频率，使测距机正常发挥其功能。解决机载测距机是在接收到一定数量的地面台所发射的脉冲信号后，才开始发射询问信号的，地面测距台只能在接收到询问信号后才产生应答信号发射，当地面测距台因为没有询问信号而不发射应答信号，而测距机又因接收不到一定数量的脉冲信号而不可能发射询问信号的情况。为了便于机组判别正在测距的测距信标台是否是所选定的测距信标台，各信标台以莫尔斯电码发射三个字母的识别信号。识别信号由点、划组成，识别信号每隔30s发射一次，每次所占用的时间不超过4s。

第1、2类信号都是随机间隔的脉冲对，而识别信号则是等间隔的脉冲对。2/3/202346应答抑制

所谓抑制，是指测距信标台在接收到一次询问脉冲对后，使信标接收机抑制一段时间，抑制的时间一般为60μs，特殊情况下可达150μs。在抑制的寂静期中，信标台不能接收询问脉冲，采取这一措施的目的是防止因多径反射信号而触发应答。2/3/202347测距机的接收机载测距机在每发射一对询问脉冲后即转入接收状态。所接收的信号中，既可能有测距信标台对本机询问的应答信号，也包括信标台对众多的其他飞机测距机的应答脉冲，此外还包括信标台的断续发射脉冲信号及识别发射信号。

即使飞机处于测距系统的覆盖范围之内，也并不是所有的询问都能得到应答的。测距信标台每接收到一次询问信号，均会使它的接收机进入60μs的抑制期，从而使在后续的60μs期间内到达的询问信号得不到应答；本架飞机上的ATC应答机在回答地面二次雷达询问的发射期间，以及在TCAS和另一套测距机的询问期间均会对本套测距机抑制约30μs；在测距信标台发射识别信号的点、划期间，也会使询问信号得不到应答。

2/3/202348距离计算

测距机发出的询问信号与相应的测距信标台应答信号所经历的是往返距离2R。计入测距信标台的固定延迟50μs。

光速C=1.618×105nmile／s。若时间以微秒计，距离以海里计，式中的12.359us是射频信号往返1nmile距离所经历的时间。2/3/202349（三）应答识别——闪频原理

为了获得距离信息，测距机首先必须解决的一个基本问题是如何从测距台的众多的应答信号中识别出对本机询问的应答信号来。所谓闪频，就是在测距机中设法使询问脉冲对信号的重复频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。这样，同时工作的多台测距机的询问脉冲重复频率就会各不相同，为对所接收的应答信号进行同步识别提供了基础。2/3/202350（四）DME系统实际的工作方式（工作过程）（参考书上P82）2/3/202351工作方式故障检测：机载DME内部有监控电路，可在自测试、DME失锁或每经过58秒时（离台飞行）对接收机及距离数据进行检查自测试：测试开关灵活调谐：当只有一部DME工作时，FMC利用灵活调谐方式来进行定位。2/3/202352二、系统部件组成及功用飞机上同上装有两套相同的（机载）测距机，每套的组成：*测距机（询问器）*显示器RDDMIEHSI*控制板与VHFNAV共用*天线2/3/202353系统部件功用DME询问器用于向地面发射询问脉冲对，接收应答脉冲对，对信号处理，计算距离并将计算所得到的距离数据送到DME指示器（数字距离信息）和飞机其它系统（模拟距离信息）。输出音频识别信号输往AIS。DME天线与ATC天线可以互换（参见图2-66）显示

RDDMIEHSI：人工调谐，VOR/ILS方式下左上角三位数字显示>100NM显示三位正整数<100NM显示带有一位小数自动调谐，无距离显示右下角显示AUTO2/3/2023542/3/2023552/3/2023564、控制板2/3/202357四、DME系统结构和相互联系DME系统方块图(参看图2-69)2/3/202358低高度无线电高度表一、系统概述二、系统组成与部件功能三、系统工作原理

学习要点：1、LRRA的功能；2、LRRA的显示情况；3、DH、ALT的复位；4、系统工作原理2/3/202359一、LRRA系统功能用来测量飞机离开地面的实际高度，提供预定高度和决断高度的声音和灯光信号。它是在进近着陆过程中保证飞行安全的重要设备。配合ILS完成着陆任务。系统的范围是－20到2500英尺。2/3/2023601、无线电高度表概述无线电高度是一种测距导航设备，利用普通雷达工作原理，以地面为反射体。在飞机上发射电波，并接受回波以测定飞机到地面的高度。按测量范围分大高度表〉30000FT脉冲测距原理小高度表LRRA频率测距原理2/3/202361民航上应用的是LRRA，配合ILS完成着陆任务。指示随地形而变，与地面的覆盖层大气条件无关。2、几个高度概念2/3/202362二、LRRA系统工作原理2/3/202363三、LRRA系统组成与部件功能2/3/2023641、LRRA收发机发射机用于产生发射信号（中心频率为4300MHZ的调频连续波）、接收机接收由地面返回的信号，接收机通过比较发射与接收的信号频率，计算出实际的离地高度。并把数据输送到相应显示装置和飞