机载电子设备课件-8第八章4new

第八章无线电导航设备与系统2010.12.313.航空无线电导航系统自动测向器（ADF）全向信标系统（VOR）仪表着陆系统（ILS）测距器（DME）无线电高度表（RA）多普勒导航雷达罗兰-C系统GPS（全球定位系统）3.航空无线电导航系统民航机载导航设备典型的大型民航飞机上装有：3套惯性导航设备或2套多普勒雷达、2套伏尔系统、2套DME系统、2套无线电罗盘，以及气象雷达、罗兰系统、仪表着陆设备、无线电高度表。可靠性对于民航导航极为重要。3.6多普勒导航雷达(1)机载多普勒导航雷达是一种采用推航定位方法的自主式远程导航系统，它能够连续指示飞机相对于某航路点的位置。与其它导航系统相比，多普勒雷达有如下优点：可以连续提供飞机的地速和位置数据；不需要地面导航台提供信号；可提供全球导航，不受地域限制。3.6多普勒导航雷达(2)多普勒导航雷达的主要缺点：需要外部航向基准，如罗盘、飞行姿态系统等，才能完成定位；与其它推航定位导航设备一样，如惯导系统，其定位误差有累积效应，即飞过的距离越远，定位误差越大；依靠无线电波参量的变化来测量导航参数，因此必须向外辐射无线电波，会受到干扰。用推算导航法测量飞机航迹航迹航向偏流角地速方向风向&风速3.6多普勒导航雷达(3)利用多普勒系统导航时，由多普勒雷达测出飞机的地速GS和偏流角DA；从外部航向基准获得飞机的航向角HDG，由航向角和偏流角的代数和即可确定飞机的航迹角TK，由航迹角和地速通过对时间积分，就可以不断推算出飞机在下一时刻到达的位置（在已知飞机初始位置的条件下）。3.6多普勒导航雷达(4)多普勒效应的实质是：当两个物体如辐射源和接收机之间存在相对运动时，接收机收到的信号频率，将与辐射源所发射的信号频率不同，两者之间相差一个多普勒频移，而频移量的大小与辐射源和接收机之间的相对径向运动速度成正比。多普勒导航雷达原理3.6多普勒导航雷达(5)机上的多普勒导航雷达向地面发射电磁波，因飞机与电磁波照射的地面之间存在相对运动，雷达接收到地面回波的频率与发射电磁波的频率相差多普勒频率

其中，为飞行速度（空速与风速的合成）在雷达波束轴线方向的投影分量。3.6多普勒导航雷达(6)如果偏流角为0（即没有侧风）：

其中，为波束中心与飞机纵轴方向的夹角。如果偏流角不为0，即地速矢量与飞机纵轴方向不一致，则需要先获知偏流角，才能根据多普勒频率计算出地速。发射两个左右对称波束测量偏流角飞机纵轴方向地速方向3.6多普勒导航雷达(7)实际上，多普勒雷达同时发射两个与飞机纵向平面对称的波束，同时测量偏流角和地速：其中，为两波束中心与飞机纵向平面的夹角。3.6多普勒导航雷达(8)当飞机上升、下降或在平飞时受到气流的影响，飞机除了有水平速度还有垂直速度，这一垂直速度也会在波束方向上产生分量。为了消除垂直速度对测量地速的影响，多普勒雷达同时发射两个与飞机垂直平面对称的波束。两个前后对称波束消除垂直速度影响飞机纵轴方向地速方向3.6多普勒导航雷达(9)波束1向飞机前下方发射，波束2向飞机后下方发射，与飞机纵轴方向的交角均为，则波束1和2上的速度投影分量的总和为：3.6多普勒导航雷达(10)相应地，两波束测得的多普勒频率分别是：而

与垂直速度无关。四波束测量偏流角和地速的示意图3.6多普勒导航雷达(11)三或四波束系统

前－后双波束：通过测量前后波束的多普勒频率之差可准确地测量出地速，而不受垂直速度的影响。

左－右双波束：通过测量左右波束的多普勒频率从不等到相等天线轴线所转过的角度，可准确测量出偏流角。3.7罗兰-C系统(1)罗兰（LORAN,LongRangNavigation）-C为脉冲－相位测距差系统。罗兰-C系统工作频率为100kHz的低频波段，导航信号采用地波传播方式，其陆上作用距离达到2000公里；海上作用距离可达3600公里，并且在海面下3m以内的深度均可实现直接导航定位。3.7罗兰-C系统(2)系统由设在地面的1个主台与2～3个副台合成的台链和飞机上的接收设备组成。台链配置示意图主台主台主台3.7罗兰-C系统(3)同一台链内的发射台具有共同的时间基准并位于同一地理区域。至少要有3个发射台才能组成一个双曲线台链，台链中的一个发射台定做主台，其余各台称副台。3.7罗兰-C系统(4)测定主、副台发射的两个脉冲信号的时间差和两个脉冲信号中载频的相位差，即可获得飞机到主、副台的距离差。距离差保持不变的航迹是一条以发射台为焦点的双曲线。再测定飞机对主台和另一副台的距离差，可得另一条双曲线。根据两条双曲线的交点可以定出飞机的位置。测距差定位主台3.7罗兰-C系统(5)信号（脉冲）波形

从脉冲起始点到脉冲最高点(称脉冲峰点)这一过程(称脉冲前沿)上升较快，约为65us；而从峰点往后的过程(称脉冲后沿)下降较慢，总脉冲宽度为200us左右。信号波形3.7罗兰-C系统(6)信号格式——脉冲组

副台每个脉冲组含8个脉冲，脉冲间隔为1000us；主台每个脉冲组含9个脉冲，前8个脉冲与副台一样，间隔为1000us，第9个脉冲与第8个脉冲间隔2000us，第9个脉冲仅用于识别主副台。

3.7罗兰-C系统(7)脉冲组重复周期（GRI）一个台链中所有发射台的GRI均相同，取值范围为40,000~99,990us。发射时间各副台相对于主台的发射延时不同。副台相对于主台的发射延时按如下准则选取：3.7罗兰-C系统(8)（1）第一副台与主台间最小时间间隔是10900us；（2）任两个副台间的最小时间间隔是9900us；（3）最大时差值等于GRI～99000us；（4）任一个台链的脉冲组中最后一个脉冲与同一台链下一脉冲组第一个脉冲间的最小时间间隔是2900us；前者若是主台时，最小时间间隔将为1900us。3.7罗兰-C系统(9)相位编码每个脉冲组中各个脉冲的载波初始相位的排列方式。相位编码在两个GRI中重复一次（＋/-表示0º/180º相位）：

GRI主台副台

A++--+-+-++++++--+B+--+++++-+-+-++--3.7罗兰-C系统(10)包周差（ECD）

载波信号的相位与其包络波形的时间起点之间的时间关系。

ECD为零的含义：对于正相位编码信号，脉冲包络的30us点与100kHz载频的第3个周期过零点在时间上完全重合。如果包络30us点滞后于上述过零点，规定ECD为正值；反之，ECD为负值。

ECD成为波形是否符合标准的度量。3.7