导航原理与系统PPT电子课件教案-第3章_多普勒甚高频全向信标.ppt

,导航原理与系统,navigation principles and systems,倪育德,中国民航大学,第3章 多普勒甚高频全向信标,3.1 概述,3.2 vor的一般特性,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,3.5 dvor信标的工作原理,3.6 vrb-51d多普勒全向信标,navigation principles and systems,3.7 vor机载系统,3.3 vor在导航中的应用,中国民航大学 cauc,3.1 概 述,一、vor的发展历史,由美国从20世纪20年代的“旋转信标”发展而来；,1946年作为美国航空标准导航系统；,1949年被icao采纳为国际标准导航系统；,20世纪60年代，联邦德国研制出dvor；,vor的装备量在世界范围内呈上升趋势。,vor是高精度的近程相位测角导航系统,中国民航大学 cauc,3.1 概 述,1964年：首次引进4套thomson的电子管式cvor ，安装在大王庄、无锡、昆明和英德 ；,1973年：引进10套thomson的全晶体管化cvor ；,1987年：引进13套racal的全固态dvor ；,1988年：引进12套thomson的dvor ；,1993年开始：引进awa的dvor 150多套；,1998年开始：引进alcatel/thales的dvor 多套；,我国民航已建设dvor 370余套，dvor/dme 170余套。,二、中国民航使用vor的情况,中国民航大学 cauc,3.1 概 述,三、vor的发展趋势,中国民航大学 cauc,一、工作频段与频道分配（1）,3.2 vor的一般特性,1. 工作频段,f =108.00117.95mhz，f =0.05mhz，共200个频道，vor只用其中的160个频道。,2. 频道分配（1）,icao建议，对于航路vor，应优先选用112117.95mhz范围内小数点后第一位为奇数的频率，然后考虑该频率范围内小数点后第一位为偶数的频率。,中国民航大学 cauc,3.2 vor的一般特性,一、工作频段与频道分配（2）,2. 频道分配（2）,在108.00111.95mhz之间的80个频道，40个分配给loc，40个给终端区vor。,loc只用在108.00111.95mhz中的以mhz为单位的小数点后第一位是奇数的频率点 ；,终端vor只用在108.00111.95mhz中的以mhz为单位的小数点后第一位是偶数的频率点（其中108.00mhz只用于机载vor接收机的自检rf） ；,中国民航大学 cauc,3.2 vor的一般特性,二、波的传播、极化形式及覆盖范围,视距传播 ；,水平极化 ；,vor 信标提供的信号必须在40仰角以下，使机载vor接收机在飞行区域所要求的高度和距离上满意地工作。,三、辐射功率与作用距离,航路vor：p=100w， r=200nm；,终端vor：p=50w， r=25nm。,中国民航大学 cauc,四、分类与精度,3.2 vor的一般特性,常规vor（cvor）：2,多普勒vor（dvor）：1,精密vor（pvor）：0.25,中国民航大学 cauc,3.3 vor在导航中的应用,一、定位, 定位,中国民航大学 cauc,二、沿选定航路导航,3.3 vor在导航中的应用,中国民航大学 cauc,三、利用vor/vor或vor/dme实行区域导航,3.3 vor在导航中的应用,中国民航大学 cauc,3.3 vor在导航中的应用,三、利用vor/dme实施近进,中国民航大学 cauc,一、多普勒效应（1）,当发射天线与接收天线之间存在相对运动时，接收天线感应的电动势的频率就不再等于发射天线馈电的频率，这种现象就称作多普勒效应。,fd = ftfr,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（2）,1.接收天线不动，发射天线向着接收天线在同一直线上运动,fd与运动速度v成正比,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（3）,2.接收天线不动，发射天线远离接收天线在同一直线上运动,fd与运动速度v成正比,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（4）,3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（1）,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（5）,3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（2）,vr1=vrsint,fdm为多普勒频率的最大值,在磁北方向,在方向,相位中含有方位信息,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,一、多普勒效应（6）,3.接收天线不动，发射天线绕圆周运动（3）,中国民航大学 cauc,二、30hz可变相位信号的产生（1）,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,在方向接收信号的频率,fr= ft fd= ft fdmsin(t+),在方向接收的信号,为调频波，其中调制信号为sin(t+),在dvor中，称为30hz可变相位信号（30hz fm）,中国民航大学 cauc,3.4 dvor系统可变相位信号的产生,二、30hz可变相位信号的产生（2）,fr= ft fd= ft fdmsin(t+),设发射天线的馈电为i(t)= im costt , t = 2ft,在方位上接收的信号为e(t)= emcos(t)，则,（fm波）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,图片说明：dvor常与测距机（dme）信标合装在同一台站。图中在圆周上布置的天线为dvor天线，旁边直立的有一个是dme信标的天线。,中国民航大学 cauc,一、dvor信标的辐射场（1）,3.5 dvor信标的工作原理,30hz基准相位信号（30hz am）,30hz am信号与30hz fm信号同频,30hz am信号的相位与无关,在n方向，30hz am信号与30hz fm信号同相,30hz基准相位信号：sint,中国民航大学 cauc,一、dvor信标的辐射场（2）,3.5 dvor信标的工作原理,30hz基准相位信号（30hz am）： sint,30hz am信号与30hz fm信号相位之间的关系,在n方向，30hz am信号与30hz fm信号同相,30hz可变相位信号（30hz fm）： sin(t +),在非n方向，30hz fm信号的相位总是超前30hz am信号的相位。,30hz am信号与30hz fm信号之间的相位差代表飞机的磁方位（或称为vor径向角）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,一、dvor信标的辐射场（3）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,一、dvor信标的辐射场（4）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,一、dvor信标的辐射场（5）,载波频率：f =108.00117.95mhz,副载波频率:fs=9960hz1%,30hz am、30hz fm信号频率：f=30hz1%（=2f）,调频指数：kf=2r/=161（即最大频偏fm=480hz30hz）,ma=30%2%，mf=30%2%，m b最大不超过30% ， m c尽量接近（但不超过）10%,识别音频频率：1020hz50hz,中国民航不使用dvor的话音功能,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,一、dvor信标的辐射场（6）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,dvor辐射场的幅度谱 （不包括话音）,一、dvor信标的辐射场（7）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（1）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（2）,1.天线系统（1）,载波天线： 1个,边带天线： 48个，50个，52个,监视天线： 1个或2个（折叠式偶极子天线 ）,阿尔福特（alford） 天线,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（3）,1.天线系统（2）,（直径约30.5m）,相邻的两个边带天线相距7.5,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（4）,1.天线系统（3）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（5）,1.天线系统（4）,布设边带天线的圆周直径的计算,取vor工作频率范围的中间值ft=113mhz，则= 2.65m 。,kf 取其标称值16。, d=13.5m,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（6）,2.辐射场的形成（1）,载波天线的辐射场,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（7）,2.辐射场的形成（2）,iu(t)=im cos(+s)t,il(t)=im cos(s)t,边带天线的辐射场,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,2.辐射场的形成（3）,边带天线的辐射场,二、dvor信标的工作过程（8）,同步旋转usb、lsb信号在方向的辐射场便为eul(t),ul,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,2.辐射场的形成（4）,二、dvor信标的工作过程（9）,dvor信标在方向的辐射场,e(t)=e0(t)+eul(t) = em01+masint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,3.边带天线的馈电 （1）,二、dvor信标的工作过程（10）,奇混合函数： fo(t)=sin21440t,偶混合函数： fe(t)=cos21440t,fo(t)+ fe(t) =1,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（11）,3.边带天线的馈电 （2）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（12）,3.边带天线的馈电 （3）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,二、dvor信标的工作过程（13）,3.边带天线的馈电 （4）,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （1）,二、dvor信标的工作过程（14）,dvor信标在方向的辐射场,e(t)=em01+masint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost,sint，gm(t) 对载波的调幅是在机内实现的；,cosst+kf cos( t+)对载波的调幅是在空间叠加实现的，是由辐射的usb、lsb及载波三者在空间叠加而成的。,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （2）,二、dvor信标的工作过程（15）,调幅波的性质,调制信号u(t)=ucos(t+) ，载波uc(t)=uccos(ct+c),u(t)=uc1+macos(t+)cos(ct+c) =uccos(ct+c)+0.5mauccos(c+)t+(c+) +0.5mauccos(c)t+(c),中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （3）,二、dvor信标的工作过程（16）,调幅波的性质,u(t)=uccos(ct+c)+0.5mauccos(c+)t+(c+) +0.5mauccos(c)t+(c),幅度关系：上、下两个边带信号的幅度相等，且ma=2us/uc1，us为边带信号的幅度。,频率关系：调幅信号有3个频率分量，即载波c ，上边频c+和下边频c 。,相位关系：1=t+， 2=t ，2=1，即usb超前（滞后）载波的相位等于lsb滞后（超前）载波的相位。,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （4）,二、dvor信标的工作过程（17）,调幅波的矢量图表示,oa表示载波矢量,ob表示usb矢量,oc表示lsb矢量,oa+ob=r,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （5）,二、dvor信标的工作过程（18）,dvor信标中，三个频率分量之间的关系,辐射的usb： uu(t)=uumcos(c+s) t+u,辐射的lsb： ul(t)=ulmcos(c-s) t - l,辐射的载波： uc(t)=ucmcosct,要使： uu(t) + ul(t) + uc(t) = am，则要求：,三个频率分量： c，c+s ，c-s,幅度关系：uum=ulm=um,相位关系：u = l,中国民航大学 cauc,3.5 dvor信标的工作原理,4.载波、上边带与下边带之间的关系 （6）,二、dvor信标的工作过程（19）,如何判断u = l ？,调幅接收机的输出送至示波器，作为判断u 是否与 l相等的监视信号；,将lsb矢量oc滞后180，得矢量oc ，；,若u=l ，则r，oa，此时示波器显示的为直流信号。,若示波器显示的为直流信号，说明u=l ；,若示波器显示的不为直流信号，则调整u ，一直到示波器显示为直流信号；,去除对lsb矢量的180滞后，恢复oc。,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,一、vor机载系统应完成的任务,给出预选航道；,保证飞机沿预选的航道飞行；,自动测定相应角度（方位）。,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,二、vor航道（1）,有方向的并且方向可以互易的vor径向线,vor航道可用obs来定义，或用obs定义预选航道。,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,二、vor航道（2）,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（1）,1.框图,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（2）,2.关键点信号,u2(t)=um21+masint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+),u3(t)=um3sint,u4(t)=um4cosst+kf cos( t+),u5(t)=um5sin( t+),u6(t)=um6sin( t+obs),u7(t)=um7sin( t+obs/2),中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（3）,3.航道偏离指示（1）,u3(t)=um3sint,u6(t)=um6sin( t+obs),u1d(t)=k1dsin(obs),驱动水平状态指示器（hsi）的航道偏离杆,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（4）,3.航道偏离指示（2）,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（5）,3.航道偏离指示（3）,中国民航大学 cauc,3.6 vor机载系统,三、vor机载接收机（6）,3.航道偏离指示（4）,航道偏离杆永远偏向预选航道所在的方向； 航道偏离指示与飞机的磁航向无关。,u1d(t)=k1dsin(obs),中国民航大学 cauc,右区,左区,三、vor机载接收机（7）,3.航道偏离指示（5）,