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导航定位技术陆基无线

  导航定位技术陆基无线_物理_自然科学_专业资料。导航定位技术陆基无线期 导 航 导航定位技术 ( 陆基无线电 导航系 统) ( 续9 ) 2 测距器与精密测距器 d i s t a n c e me a s u r i n g e q u i p me n t ( D ME ) a n d p r e c i s i o n d i s t a n c e me su a r i n g e q u i p me n t ( D E / M P ) 为飞机提供飞机与地面台之间距离的近程航空导航系统。 现行体制的测距器于 1 9 5 9 年为国 际民用航空组织正式接纳为标准航空导航系统,它由地面台和机载设备组成,机载设备向 地面 台发射间距 1 2 m s 的成对脉冲 ( 询问) ,地面台在接收到询 问脉冲后,经过固定延时, 再 向空中机载设备发射成对脉冲 ( 应答 ) 。 机载设备测量从发射询 问脉冲到接收应答脉冲所 经过的时间,便能测出飞机离地面台的距离。由 于地面台应答的能力有限,因此一个地面 台最多允许与 1 1 0 架飞机的机载设备配合工作。测距器工作在 9 6 0 - - 1 2 1 5 MH z 的L x 频段, 对于 1 0 0 0 0 m 高度上的飞机,一个地面台的覆盖范围大约是半径 3 7 0 k m 的圆。为了有大的 覆盖范围.要毗邻布局许多地面台。毗邻地面台工作在不同频率上,频率间隔为 1 MH z 的 倍数 。测距器和伏尔的地面台常合装在一起,构成了 V O R/ D E 台,装有相应机载设备 M 的飞机能同时测出距地面台的方位与距离。在全世界广泛设有 V O R/ D ME地面台,民航 飞机也大量装有伏尔和测距器机载设备 , V O R/ D M E系统是当今安全和可信赖的民用航空 导航的基础。精密测距器与测距器原理基本相同,工作频段也相同,只是用途不一样。测 距器用于飞机在航路和终端区的导航,而精密测距器用于与微波着陆系统联合工作,给进 近 中的飞机指示距着陆点的距离。因此精密测距器作用距离近,只有 2 2 n m i l e ,但精度要 求高,在 3 0 m和 1 2 m 以内,而测距器系统误差为± 0 . 9 k m或距离的 3 %,取其中大者。为 此精密测距器采用不同的脉冲波形、导脉冲环及其他提高精度的措施。 3 塔康与伏塔克 t a c i t c a l a i r n a v i g a t i o n ( T A C A N ) a n d V O R T A C 塔康是战术空中导航系统的简称,是为 军用飞机同时提供相对于地面台方位和距离的无线 年研制成功, 现在 世界大多数国家广泛用作空军和海军航空兵的导航。塔康系统由地面 ( 舰载)台和机载设 备组成,工作频段和脉冲体制与测距器相同。其测距部分的原理、可接纳的飞机容量和覆 盖范围均与测距器完全一样,而其方位测量部分则与伏尔有很大差异 。 塔康地面台天线的辐射场形是一个带有 9 个小瓣的心脏形, 以每秒 1 5 周的速率顺时针 旋转 ,这样,空间收到的地面台信号为包络受到 1 5 H z 和1 3 5 H z调制的脉冲序列。每当心 脏形方向图的瓣尖和小瓣瓣尖转到对准东方时,地面台分别发出指北基准脉冲群和辅助基 准脉冲群。以这些脉冲群为基准,可测出 1 5 H z 和1 3 5 H z 包络的相位,而这个相位是与飞 机所处的相对于地面台的方位角相对应的, 其中 1 5 H z 包络的相位对应着飞机在3 6 0 。内的 方位,1 3 5 H z 对应 4 O 。范围的方位 ,即前者为方位粗测,后者为精测。塔康 由 于地面台天 线比伏尔小,适于机动和装舰。其精度指标为方位±2 . 5 。( 2 o ) ,测距误差与测距器相 同。 伏塔克 ( V O R T A C )是把伏尔地面台与塔康地面台安装在一起构成的,由于塔康的测距部 分与测距器完全相同,这样即可为装备 V O R/ D M E机载设备的民用飞机服务,又可为装 ?l l 6? 导 航 2 0 0 4 年 备塔康机载设备的军用飞机提供方位与距离信息。 4 罗兰 C/ 恰卡 L O R A N C / C h a y k a 二者都是远程双 曲 线导航系统。 罗兰 C中的 L O R A N是远程导航 的缩写。第二次世界大战中期研制成功了罗兰 A ,2 0 世纪 5 0 年代末在罗兰 A基础上研制 的 罗兰C投入使用, 1 9 7 4 年罗兰C向民 用开放。罗 兰C为产生定位信息至少需 要有3 个 地面发射台组成台链,彼此精确同步。用户接收到来 自2个台的信号时,只要测出它们到 达的时间差,便知道自己处于一条 以这两个台为焦点的双曲线上。同时又测出来 自另外两 个台的信号到达时间的差值,便又知道处于另一条双曲线上。也就是说,它必然处于这两 条双曲线的交点上, 从而确定出自己的位置。 罗兰 C q - 作频率为 1 0 0 k H z , 电波沿地表传播, 发射台功率大,天线高,使电波可传到上千海里 的远处。罗兰 C使用脉冲信号,为实现台 间同步,以及用户对信号到达时间差的测量,它不仅利用了信号脉冲的包络 ,而且还利用 了载频相位,因此精度较高。罗兰 C的性能指标是:定位精度在信噪比为 1 : 3 时为 0 . 2 5 n m i l e 。到 目前为止,全世界已建立起 2 5 个台链, 主要分布在北半球。在陆基无线电导航系 统里, 罗兰 C的用户数量是最多的, 主要是航海用户, 还用于航空与陆上导航。 恰卡( C h a y k a ) 是前苏联研制的与罗兰十分相似的系统,近年来为了和国际罗兰 C联成台链,正在修改成 与罗兰 C系统完全兼容。 5 奥米伽 / 阿尔法 O m e g a / A l p h a 二者都是超远程无线电导航系统。 奥米伽在 1 9 8 2 年完全建成, 在全世 界共建有 8 个发射台,实现了导航信号的全球覆盖。奥米伽的工作频率在 1 0 k H z 左右, 每 个台有特大的发射功率和巨型天线,电波沿由 地表与电离层之间的大气波导来回反射而传 播到很远的 地方。奥米伽采用与罗兰 c类似的双曲线定位法, 但使用的是连续波,因此定 位数据有多值性,需要有先验信息或其他方法辅助,以解多值性。另外定位精度较差,为 3 . 5  ̄ 7 k m, 且定位信息每 1 0 s 更新一次。 奥米伽系统工作后, 其用户以越洋和在边远地区飞 行的航空用户最多,其次是海上用户。由于电波能穿入水下一定深度,对潜艇水下导航有 一 定意义。 着G P S 正式投入运行, 奥米伽已于 1 9 9 7 年9 月3 0日 正式关闭。阿尔法( A l p h a ) 是前苏联开始建设的类似于奥米伽的系统。计划共有 5个台,全部分布在前苏联境内, 其 中有 3 个台已经建成,另有 1 个台即将投入使用。 6 无线电信标、无方向信标、自动测向仪、无线电罗盘 r a d i o b e a c o n , n o n d i r e c t i o n a l b e a c o n( N D B ) , a u t o m a t i c d i r e c t i o n i f n d e r ( A D F ) 为飞机 或舰船服务的无线电导航系统。无线电信标是设立在地面固定点的连续波发射机,采用全 向天线。无线电信标可用于航空导航,其工作频率在 1 9 0 - - 4 3 5 k H z( 其中2 8 5  ̄ 3 2 5 k I - I z 为海 用无线 k H z 。航空无线电信标又称为无方向信标 ( N D B ) 。飞机上 的设备叫自 动测向 仪( A D F ) 或称为 无线电 罗盘,是 带有环形天线的接收设备。 利用天线 的方向性,A D F 便能测出N D B相对于飞机轴线的方位。无线电 信标是在二次世界大战之 第3 期 导 航 ?l l 7? 前的主要导航设施。至今所有民航班机,大部分军用飞机等仍装有 A D F ,主要用于找寻仪 表着陆系统 ( I L S )的初始进近点,还用于非精密进近,以及航路导航。它的精度为±3 。 - 1 0 。,侧风会引起飞行航迹弯曲,但 N D B及 A D F价格低廉,因此仍有相当用户。 海用 无线电 信标原理与航空无线电信标相同,较大的船只用它作备用导航,小船则作归航用。 近年来,许多国家将海用无线电信标改作广播 D G P S校正信息,而未作改动的海用信标将 可能逐步停用。 7 精密进近与着陆 p r e c i s i o n a p p r o ch a a n d l nd a i n g 提供下滑斜率 / 下滑道的标准仪表进近着陆过程。依 靠进近与着陆引导设备, 例如仪表着陆系统 ( I L S ) 或者微波着陆系统 ( ML S )向飞机提供 横向垂向偏差值,及距接地点的距离,以引导飞机向跑道下滑是_ 二 种精密进近与着陆的过 程。另外,依靠地面着陆雷达引导,或者依靠差分 G N S S引导飞机进近与着陆也是精密进 近与着陆。 8 I 类、Ⅱ 类和Ⅲ类精密进近 c a t I , I I ndⅢ p a r e c i s i o n a p p r o a c h 指在 I 类、Ⅱ 类和Ⅲ类天气标准情况下运行的精 密进近与着陆过程。为保证飞机在进近着陆中的安全,国际民航组织 ( I C A O) 在1 9 6 5 年 制定了精密进近与着陆运行的最低天气标准,按跑道附近的垂直能见度和水平能见度划分 为I 、Ⅱ 和Ⅲ类 ( c a t I 、Ⅱ 和Ⅲ) ,如表所示。 1 O A 0 精密进近着陆的最低天气标准 类 别 垂直能见度 / m ( 决断高度) 水平能见度 / m ( 水平视距 ) 8 o o 4 o o I 类 6 0 Ⅱ类 3 0 Ⅲ类 O ● O 一 2 o o 在I 类最低天气标准情况下进行精密进近与着陆时, 飞机驾驶员根据在 6 0 m决断高度 上是否看见跑道 ( 跑道灯、跑道标志)以及飞机的位置和姿态是否能够着陆做出决断:即 是着陆还是复飞。在 I 类、 Ⅱ 类或Ⅲ类最低天气标准情况下能否运行精密进近着陆,主要 取决于4 个因素:( 1 ) 着陆引导设备的性能 ( 包括完好性与连续性) ;( 2 )驾驶员的水平; ( 3 )机场环境条件;( 4 )天气状况。 9 非精密进近 n o n . p r e c i s i o n a p p r o c a h 为着陆中的飞机提供航向与距离引导,而不提供下滑斜率 / 下滑道的标准仪表进近程序。 此时, 飞机依靠一般的导航设备, 例如无方向性信标 ( N D B ) 等、 甚高频全向信标 ( V O R ) 、 罗兰C及测距设备 ( D ME ) 等, 现在还用G P S来引导进近。 由于一般导航设备引导的航道较宽,误差较大,不提供垂直方向的引导,故称作非精密进 近。 ?l l 8? 导 航 2 O 0 4年 1 O 地面控制进近 g r o u n d c o n t r o l a p p r o a c h ( G C A ) 引导飞机完成精密进近与着陆的一种方法。 它依靠安 装在地面上的着陆雷达控测下滑中飞机的角位置和距离,由着陆领航员根据飞机相对标准 下滑航道的偏差和离着陆点的距离,用无线电话指挥飞机进近与着陆,所以又称为 “ 口令 引导” 着陆。 G C A主要用于军 用飞 机的精密 进近与 着陆, 还能引导飞机在航空母舰上降 落。 C - C A的主要优点是简单、 方便、无需专门训练飞行员,飞机上也不必增加任何设备, 可对 各种类型的飞机实施着陆引导。北大西洋公约组织选择 G C A 作为军用飞机着陆的标准方 法。 G C A的缺点是飞行员处于被动引导状态,他不知道飞机的空间位置,必须完全依靠地 面指挥。民航飞机有时用它作为飞机进近着陆时的监视手段。 1 1 微波着陆系统 ’ m i c r o w a v e l a n d i n g s y s t e m( ML S ) 工作中c频段,为飞机在进近和着陆阶段提供位置 信息和地空数据信息的精密进近与着陆系统。它由 地面台和机载设备组成,地面台产生 2 个扇形波束,分别在系统覆盖空间的水平和垂直方向进行扫描。机载接收机测量 2 个来回 扫过的窄扇形波束的时间差,从而得出距地面台的方位和仰角的角位置信息。地面台还向 接收机发播各种数据。包括功能识别、台站识别、设备配置位置以及气象操作数据。与现 在广泛使用的仪表着陆系统 ( I L S )相比,ML S地面台信号覆盖区域大,能满足各种飞机 ( 包括直升机)在进近、着陆、复飞等飞行阶段的需要。飞机可以使用直线、分段折线、 曲 线进 场航道, 实现自 动着陆和沿跑道滑跑引导。 为此, 2 0 世纪 7 0 年代以 来,国际民 航 组织将 ML S选作国际标准,用以取代现行的 I L S ,并于 1 9 8 5 年制定了 I L S/ M L S过渡计 划。 但是,9 o 年代中期,由于美国转向支持D G N S S着陆系统的发展, 导致了 I L S 、ML S 、 D G N S S 相互竞争和并存的局面。 1 2 多模式接收机 m u l t i m o d e r e c e i v e r ( M MR ) 又称多模式着陆系统接收机。能为进近与着陆中的飞机提 供精密引导信息的机载综合接收机。它有 3 种工作模式:I L S 、ML S以 及G N S S 模式,当 其工作在仪表着陆系统 ( I L S )模式时,它接收来自I L S 地面台的信号,经过变换和计算, 为进近着陆飞机提供航向与下滑偏差数据,引导飞机降落在机场跑道上。当工作在微波着 陆系统 ( ML S ) 模式时, 接收ML S地面台发播的信号, 输出方位与仰角偏差数据,引导飞 机进近着陆。 在G N S S( 全球卫星导航系统) 工作模式时, I V l MR按照差分G N S S( D G N S S ) 原理工作,为飞机提供精密进近与着陆的路径偏差数据。I V l MR是 2 0 世纪 9 0 年代中期出 现的新型飞机着陆接收机,因其具有多重安全保障功能,能够引导飞机在设有任何一种地 面台的机场完成精密进近与着陆, 因而受到发达国家的重视。 美国R o c k w e l l C o l l i n s 公司率 先推出的 G L U - 9 X X/ G N L U . 9 X X系列产品,1 9 9 8 年开始在世界市场上出售。 ( 待续)

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