第3章_多普勒甚高频全向信标.ppt

导航原理与系统 navigationprinciplesandsystems 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 2vor的一般特性 3 4dvor系统可变相位信号的产生 3 5dvor信标的工作原理 3 6vrb 51d多普勒全向信标 navigationprinciplesandsystems 3 7vor机载系统 3 3vor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dvor150多套 1998年开始 引进alcatel thales的dvor多套 我国民航已建设dvor370余套 dvor dme170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 2vor的一般特性 1 工作频段 f 108 00 117 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112 117 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 2vor的一般特性 一 工作频段与频道分配 2 2 频道分配 2 在108 00 111 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 00 111 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 00 111 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 2vor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 2vor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 3vor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 3vor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 3vor在导航中的应用 中国民航大学cauc 3 3vor在导航中的应用 三 利用vor dme实施近进 中国民航大学cauc vor系统的基本原理 中国民航大学cauc vor系统的基本原理 vor信标辐射信号可变相位信号基准相位信号识别信号话音信号 中国民航大学cauc 基准相位信号的发射先用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 cvor 中国民航大学cauc 基准相位信号波形可变相位信号的发射用30hz对载波调幅 相位随vor台的径向方位而变化 中国民航大学cauc 合成辐射场为旋转的心形方向性图 中国民航大学cauc vor空间合成信号波形图 中国民航大学cauc 中国民航大学cauc 基准和可变30hz的相位关系设当心形方向性图的最大值在磁北时 9960hz副载波的频率为10440hz 北10440hz东9960hz南9480hz西9960hz 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 ft fr 3 4dvor系统可变相位信号的产生 中国民航大学cauc 3 4dvor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 4dvor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 4dvor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 4dvor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 vrsin t 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 4dvor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 4dvor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 30hzfm 中国民航大学cauc 3 4dvor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 imcos tt t 2 ft 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 5dvor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 5dvor信标的工作原理 30hz基准相位信号 30hzam 30hzam信号与30hzfm信号同频 30hzam信号的相位与 无关 在n方向 30hzam信号与30hzfm信号同相 30hz基准相位信号 sin t 中国民航大学cauc 一 dvor信标的辐射场 2 3 5dvor信标的工作原理 30hz基准相位信号 30hzam sin t 30hzam信号与30hzfm信号相位之间的关系 在n方向 30hzam信号与30hzfm信号同相 30hz可变相位信号 30hzfm sin t 在非n方向 30hzfm信号的相位总是超前30hzam信号的相位 30hzam信号与30hzfm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 5dvor信标的工作原理 一 dvor信标的辐射场 3 中国民航大学cauc 3 5dvor信标的工作原理 一 dvor信标的辐射场 4 中国民航大学cauc 3 5dvor信标的工作原理 一 dvor信标的辐射场 5 载波频率 f 108 00 117 95mhz 副载波频率 fs 9960hz 1 30hzam 30hzfm信号频率 f 30hz 1 2 f 调频指数 kf 2 r 16 1 即最大频偏 fm 480hz 30hz ma 30 2 mf 30 2 mb最大不超过30 mc尽量接近 但不超过 10 识别音频频率 1020hz 50hz 中国民航不使用dvor的话音功能 中国民航大学cauc 3 5dvor信标的工作原理 一 dvor信标的辐射场 6 中国民航大学cauc 3 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 imcos s t il t imcos s t 边带天线的辐射场 中国民航大学cauc 3 5dvor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 u l 中国民航大学cauc 3 5dvor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 em0 1 masin t mf1gm t mfcos st kfcos t cos t 中国民航大学cauc 3 5dvor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 sin21440 t 偶混合函数 fe t cos21440 t fo t fe t 1 中国民航大学cauc 3 5dvor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 5dvor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 5dvor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 5dvor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 em0 1 masin t mf1gm t mfcos st kfcos t cos t sin t gm t 对载波的调幅是在机内实现的 cos st kfcos 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 5dvor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 u cos t 载波uc t uccos ct c u t uc 1 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 5dvor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 uc 1 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 5dvor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 5dvor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 ucmcos ct 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 5dvor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 6vor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 6vor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 6vor机载系统 二 vor航道 2 中国民航大学cauc 3 6vor机载系统 三 vor机载接收机 1 1 框图 中国民航大学cauc 3 6vor机载系统 三 vor机载接收机 2 2 关键点信号 u2 t um2 1 masin t mf1gm t mfcos st kfcos t u3 t um3sin t u4 t um4cos st kfcos t u5 t um5sin t u6 t um6sin t obs u7 t um7sin t obs 2 中国民航大学cauc 3 6vor机载系统 三 vor机载接收机 3 3 航道偏离指示 1 u3 t um3sin t 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 6vor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 6vor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 6vor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