第2章 自动定向机.ppt

导航原理与系统 NavigationPrinciplesandSystems 倪育德 中国民航大学 第2章自动定向机 2 1概述 2 2环形天线特性分析 2 4无方向信标 2 5自动定向机工作原理 NavigationPrinciplesandSystems 2 3振幅导航系统的信号特征及其形成 中国民航大学CAUC 2 1概述 一 ADF NDB的发展历史 20世纪20年代用于航空导航 是航空使用的最早导航系统 目前世界上仍有大量的NDB 最先进的飞机仍加装ADF NDB的装备量在世界范围内呈下降趋势 ADF NDB是近程振幅测角导航系统 只能用于辅助导航 中国民航大学CAUC 2 1概述 二 ADF的特点 体积小 重量轻 价格便宜 使用方便 可以使用无方向信标 NDB 海岸信标 民用无线电调幅广播台辐射的信号 受天波干扰大 测角误差大 5 ADF NDB只能用于辅助导航 中国民航大学CAUC 2 1概述 三 ADF NDB的发展趋势 中国民航大学CAUC 2 1概述 四 ADF NDB在导航中的应用 1 1 定位 中国民航大学CAUC 2 1概述 四 ADF NDB在导航中的应用 2 2 导航 能连续自动地对准地面导航台 对飞机进行导航 使飞机沿给定的航路飞行 作为ILS的 引进系统 将飞机引至ILS提供的下滑线 中国民航大学CAUC 2 1概述 五 振幅测向系统的一般特性 1 1 振幅测向系统的定义 振幅测向系统是指将电信号的振幅 或调制度 与方位信息建立依从关系 从而完成对方位角测量的一种导航系统 2 振幅测向系统的分类 E型 e t Em 1 mcos t cos ct M型 e t Em 1 m cos t cos ct 不论是电信号的振幅Em还是其调制度m 它们与方位信息建立依从关系是靠方向性天线来实现的 中国民航大学CAUC 五 振幅测向系统的一般特性 2 3 振幅测向系统测角的方法 1 最大值法 抗干扰性好 不灵敏区大 N大 导航台偏离的方向不可知 2 1概述 中国民航大学CAUC 2 1概述 五 振幅测向系统的一般特性 3 3 振幅测向系统测角的方法 2 最小值法 抗干扰性较差 不灵敏区小 N小 导航台偏离的方向可知 中国民航大学CAUC 2 1概述 五 振幅测向系统的一般特性 4 3 振幅测向系统测角的方法 3 等信号法 比较信号法 抗干扰性较好 不灵敏区较小 N较小 导航台偏离的方向可知 中国民航大学CAUC 2 2环形天线特性分析 一 天线的感应信号 1 天线的感应电动势 t AB t CD t 设O点的电场强度为 e0 t Em0sin ct 行程差 相位差 中国民航大学CAUC 2 2环形天线特性分析 一 天线的感应信号 2 t AB t CD t 天线在水平面的方向性函数 中国民航大学CAUC 2 2环形天线特性分析 一 天线的感应信号 3 e0 t Em0sin ct 天线在水平面具有方向性 e0 t 与 t 存在90 相位差 中国民航大学CAUC 2 2环形天线特性分析 二 天线的方向性图 1 中国民航大学CAUC 2 2环形天线特性分析 二 天线的方向性图 2 环形天线在水平面具有 8 字形方向性图 而在垂直面则没有方向性 在水平面的90 270 方向具有最小值 0 0 180 方向具有最大值 中国民航大学CAUC 2 3振幅导航系统的信号特征及其形成 一 E型测向信号的特征及其形成 e t Em 1 mcos t cos ct 中国民航大学CAUC 2 3振幅导航系统的信号特征及其形成 二 M型测向信号的特征及其形成 1 中国民航大学CAUC 2 3振幅导航系统的信号特征及其形成 二 M型测向信号的特征及其形成 2 e t Em 1 m cos t cos ct Emcos ct Emm cos tcos ct e1 t Em1cos ct e2 t Em2F cos tcos ct 信标 中国民航大学CAUC 2 3振幅导航系统的信号特征及其形成 二 M型测向信号的特征及其形成 3 e t Um 1 m cos t cos ct Umcos ct Umm cos tcos ct ADF NDB的辐射场 e t Emcos ct u1 t Um1cos ct u2 t Um2F sin ct u3 t Um3F cos tcos ct 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 中国民航大学CAUC NDB900 T型天线 T型天线由三根水平的顶线电容器和一根中心下垂引线组成 下垂线的下端是通过一个管状绝缘子拉住 天线由两端的铁塔支撑 高度根据台址决定 顶部长度 40m 70m天线中间高度可下降跨度的5 天线铁塔 2 4无方向信标 中国民航大学CAUC NDB900 伞形升降式天线 伞形升降式天线伞形升降式天线架设方便 采用手摇升降方式 展开高度18m 中间安装3层拉绳 地网采用3根约18m长导线 按120 均匀分布 使用此天线时 发射机功率不应小于200W 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 一 NDB的一般特性 1 NDB是专为ADF提供导航信号的导航台 工作种类有 调幅报 等幅报 调幅话 辐射功率与作用距离 航路NDB P 100W R 200nm 终端NDB P 50W R 25nm 中国民航大学CAUC NDB900机场终端布置图 1000m 7000m 主着陆方向 2 4无方向信标 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 一 NDB的一般特性 2 工作频段与波道 f 190 00 535 00kHz f 1kHz 共345个频道 波的传播与极化方式 地波传播 垂直极化 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 一 NDB的一般特性 3 天线 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 二 莫尔斯 Morse 识别码 1 每个NDB台都必须辐射台站识别码 否则其辐射的场无效 一个NDB台的台站识别码一般是本地地名的2 3个英文字母缩写的Morse电报码 ICAO规定 点 的持续时间为0 1 0 160s 划 的持续时间为 点 的3倍 即0 3 0 480s 一个码字的 传号 之间的间隔为 点 的持续时间 码字与码字之间的间隔为 划 的持续时间 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 二 莫尔斯 Morse 识别码 2 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 二 莫尔斯 Morse 识别码 3 第1次辐射识别码到第2次辐射识别码的时间T为识别码的辐射周期 F 1 T F为识别码的重复率 识别音频的频率为1020Hz 50Hz 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 三 NDB的工作过程 1 NDB应完成的任务 辐射导航信号 供ADF定向 辐射台站识别信号 辐射话音信号 中国民航不使用话音功能 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 三 NDB的工作过程 2 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 三 NDB的工作过程 3 等幅报 发射效率较高 作用距离较远 在 空号 期间NDB无信号辐射 会造成方位指示器抖动 航路NDB可以工作在 等幅报 状态 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 三 NDB的工作过程 4 调幅报 中国民航大学CAUC 2 4无方向信标 三 NDB的工作过程 5 调幅报 发射效率较低 作用距离较近 在 空号 期间及不辐射识别码期间 NDB发射等幅载波 在 传号 期间 发射调幅波 终端NDB必须工作在 调幅报 状态 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 一 ADF的一般特性 1 工作频段与波道 f 190 00 535 00kHz f 1kHz 共345个频道 波的传播与极化方式 地波传播 垂直极化 工作体制 M型最小值测向系统 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 一 ADF的一般特性 2 所测角度 ADF形成的M型信号中 调制度m 蕴含了相对方位角 信息 1 飞机 磁 方位 角 2 电台 磁 方位 角 3 电台 磁 航向 角 相对方位角 4 飞机 磁 航向 角 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 二 ADF的组成与功用 1 天线系统 包括垂直天线 环型天线与测角器 接收机 超外差式 形成M型调幅信号 并将RF调幅信号处理成低频信号 控制盒 控制工作状态的转换 选频 调谐 方位指示器 电磁指示器 RMI 电距离磁指示器 RDMI 能指示出飞机方位 电台方位 飞机航向及相对方位角 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 二 ADF的组成与功用 2 700型自动定向机系统的组成 1 ADF 7OO接收机 2 控制盒FP 7O2 3 指示器RDMI 743 4 组合式环形 垂直天线DFA 701 中国民航大学CAUC 中国民航大学CAUC 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 三 ADF在飞机上的安装 天线与接收机连接及布线的比较 a 以前的 b 现在的 中国民航大学CAUC 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 1 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 1 方向性天线的旋转 四 ADF的工作过程 2 M型测向系统的信号格式 u t Um 1 m cos t cos ct m 与F 具有相同的方向性 也即只要旋转F 就达到了旋转m 的目的 从而利用旋转m 确定NDB台的方位 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 2 测角器 1 四 ADF的工作过程 2 三个组成部分 第1部分 两个相互垂直的环形天线 第2部分 两个相互垂直的装在一个共用轴上的固定线圈 第3部分 搜索线圈 可绕轴转动 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 2 测角器 2 四 ADF的工作过程 2 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 2 测角器 3 四 ADF的工作过程 2 环形天线结构 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 3 2 测角器 4 设NDB的辐射场传至O处为 e0 t Em0sin t 天线A A1的感应电动势 ua t Umcos cos t 天线B B1的感应电动势 ub t Umsin cos t 流过线圈A A1的电流 ia t Imcos cos t 流过线圈B B1的电流 ib t Imsin cos t 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 4 2 测角器 5 ia t 产生的磁场 Ha Hmcos cos t 0 ib t 产生的磁场 Hb Hmsin cos t 90 H Ha Hb Hmcos t H1 Hmsin cos t Hmsin cos t 搜索线圈C C1产生的感应电动势 uc t Umcsin cos t 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 搜索线圈C C1产生的感应电动势 uc t Umcsin cos t 四 ADF的工作过程 5 2 测角器 6 令Uc Umcsin 搜索线圈C C1产生的感应电动势即作为 测角器 的输出 该 误差信号 将使 伺服电机 带动搜索线圈转动 一直到最小值方向对准导航台为止 当uc t 0 即 Uc 的最小值方向对准了NDB台 时 搜索线圈停止转动 搜索线圈的转动通过电磁指示器 RMI 的 同步发送器 使RMI的指针与搜索线圈同步转动 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 6 3 RMI的组成及对方位的指示 1 三个组成部分 第1部分 固定不动 与机头方向一致 第2部分 指针 总是指向NDB VOR台 第3部分 罗牌 随地磁而转动 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 7 3 RMI的组成及对方位的指示 2 NDB 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 8 3 RMI的组成及对方位的指示 3 指针尾部所指的为飞机的磁方位角 1 指针头部所指的为NDB台的磁方位角 2 对应的读数为飞机的磁航向 4 与指针头部之间的顺时针夹角为相对方位角 3 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 8 4 RDMI的组成及对方位的指示 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 8 5 ADF的方位信息在EFIS上的显示画面 EFIS 电子飞行仪表系统 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 6 接收机的工作过程 1 四 ADF的工作过程 9 u1 t Um1sin cos t u2 t Um2sin sin t u3 t Um3cos t u4 t Um4sin cos tsin t u5 t Um5sin t M型测向信号 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 10 6 接收机的工作过程 2 u7 t Um7 1 ksin cos t u8 t Um8sin cos t u9 t Um9sin cos t 2 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 10 7 搜索线圈的转动 1 u3 t Um3cos t 加到伺服电机的激磁线圈 u9 t Um9sin cos t 2 加到伺服电机的控制线圈 NDB台在飞机右侧 u3 t Um3cos t u9 t Um9sin cos t 2 2 ud t 1 电机带动搜索线圈顺时针转动 直到最小值对准了NDB台 中国民航大学CAUC 2 5自动定向机工作原理 四 ADF的工作过程 10 7 搜索线圈的转动 2 NDB台在飞机左侧 u3