多普勒全向信标(修改稿).doc

西北空管局航空电信人员培训教材导航分册（六）西北空管局培训中心西北空管局航空电信人员培训教材AWA全向信标设备高峻 编写西北空管局培训中心二0一一年三月内容简介本教材主要针对目前使用的澳大利亚AWA公司生产的VRB-51D型全向信标设备编写的。主要介绍DVOR的作用、甚高频全向信标的技术要求、多普勒甚高频全向信标的工作原理、具体操作以及部分故障分析处理案例。作者简介高峻：现任甘肃空管分局技术保障部担任技术室主任。自工作以来一直从事全向信标、测距仪的运行与维护工作，先后多次赴多个台站排除全向信标、测距仪的重大故障。在这次导航分册教材中，主要负责AWA全向信标和测距机的编写工作。前 言随着空管一体化改革的不断深入和空管系统”五个体系”建设的稳步推进，教育培训工作已经成为空管发展战略中的重要组成部分。要搞好培训，就离不开课程目标、课程内容的设置。要使课程设置科学合理化，就必须对课程定位、课程标准、课程内容的开发和研究。鉴于教材是课程管理的基础，基于西北空管局航空电信一线人员没有系统的专业课程读本，西北空管局培训中心组织内聘讲师以及专业技术骨干编写了航空电信人员导航分册、供电分册和监控分册教材等。本次教材编写以民用航空电信人员执照管理规则和民用航空电信人员岗位培训管理办法为依据，以介绍成熟稳定的、在实践中广泛应用的技术和使用的设备为主线，以本章导读、设备的构成、原理、操作使用、注意事项、案例分析、思考题为脉络编写章节。本次教材编写力求反映岗位专业特色，注重知识的连贯性、逻辑性，突出实用性和实践性的原则。理论部分贯彻“必须、够用为度”的原则，技能部分贯彻“实用为主”的原则，体现新知识、新技术、新方法，力争为员工后续课程的学习和可持续教育打下坚实的基础。由于编写时间短、设备参考翻译文献无从考究、作者水平有限，难免会出现错误，敬请读者批评指正！ 西北空管局培训中心 二0一一年三月一日目 录第一章 概述第二章 甚高频全向信标的技术要求 第一节 甚高频全向信标的技术规范 第二节 甚高频全向信标的准确度 第三节 甚高频全向信标的选址要求第三章 多普勒甚高频全向信标的工作原理 第一节 多普勒效应 第二节 多普勒效应在全向信标中的应用 第三节 多普勒全向信标的工作原理第四章 多普勒全向信标的设备组成第一节 组成与结构第二节 主要技术性能第三节 发射机工作原理框图第四节 监控器工作原理框图第五节 测试组件第五章 发射机第一节 载波产生器和载波功放第二节 载波调制和保护第三节 定时序列产生器第四节 基准相位信号产生器第五节 边带信号产生器第六节 边带调制器和放大器第七节 边带切换单元第八节 天线开关驱动器第九节 天线分配开关第六章 监控器第一节 射频放大器监视器第二节 副载波监视器第三节 滤波器和识别信号监视器第四节 方位计数器监视器第五节 控制器和遥控单元接口电路第七章 设备操作指南第八章 设备部分典型故障分析第一章 概 述导航，即引导飞机沿着某预定的航线安全而准确地从一点飞到另一点的技术。甚高频全向信标（VOR）就是现代航空无线电侧向导航的一种地面设备。此外，目前常用的地面无线电侧向导航设备还有中长波无方向信标(NDB)，仪表着陆系统（ILS）以及军用设备塔康（TACAN）等。甚高频全向信标（VOR）与机载甚高频全向信标接收机配合，由机载VOR接收机可测得地面VOR信标台的磁方位角。如果设在航线上，可以利用二个VOR信标台或一个VOR信标台和一个测距台（DME）实现飞机的定位；可以引导飞机沿航线飞行；可与DME配合完成区域导航；如果VOR信标设在机场附近，可用于引导飞机进出港，并可辅助仪表着陆系统引导飞机安全着陆等。甚高频全向信标是由德国SEL公司于1936年研制成功的，1947年国际民航组织将其定为标准近程导航设备，1952年英国马可尼公司开始生产，1958年美国开始使用。我国民航是1964年首次由法国THOMSON公司引进4套电子管式甚高频全向信标，此后陆续大量引进多套甚高频全向信标，为我国民航事业的发展起到重要作用，是飞行安全得到进一步的保障。本教材就是针对目前使用的澳大利亚AWA公司生产的VRB-51D型全向信标设备编写的。本教材中所涉及的具体电路图由于数量较多，请具体查阅VRB-51D型全向信标设备手册，本文不再一一列举。 第二章 甚高频全向信标的技术要求【本章导读】1、了解甚高频全向信标的技术规范，知道其频率要求。 2、了解甚高频全向信标导航的准确度和技术误差范围，理解全向信标系统使用准确度的误差表示和计算。 3、了解甚高频全向信标的选址要求和周围场地环境要求，能叙述建设台站时的场地要求。甚高频全向信标（VOR）是国际民航组织（ICAO）确定的标准近进程导航设备，其技术规范、场地要求、干扰等条件均应满足国际民航组织规定的标准。第一节 甚高频全向信标的技术规范一、一般要求（一）甚高频全向信标应设计在调整得使航空器上的仪表指示表示从甚高频全向信标处测得的相对于磁北的顺时针方向计算的角位移（方位）。 （二） 甚高频全向信标应辐射带有两个独立的30Hz调制的射频载波，其中一个调制的相位应与观察点的方位角无关（基准相位），另一个调制的相位在观察点处应与基准相位不同（可变相位），两个相位相差的角度即等于观察点相对于甚高频全向信标的方位。 （三）基准相位和可变相位的甚高频全向信标台的磁北方向上应为同相。 二、频率 （一）VOR使用频率范围为：108MHz117.975MHz。 （二）VOR射频载波的频率容差0.002。（三）VOR波道间隔为0.05MHz。三、极化和场型准确度 （一）甚高频全向信标的辐射应为水平极化波。辐射的垂极化成分应尽可能地小。 （二）以甚高频全向信标天线系统为中心，在040仰角范围内，在大约4个波长的距离上，由甚高频全向信标辐射的水平极化波传播的方位信息准确度应在2以内。 四、 覆盖范围 甚高频全向信标提供的信号应在40仰角以下，使一部标准的机载设备能在飞行区域所要求的高度和距离上满意地工作。在服务区域内，甚高频全向信标空间信号场强或功率密度应为90V/m或107dBW/m2。 五、导航信号的调制 （一） 在空间任何点上观察，射频载波应由9960Hz副载波和30Hz两个信号调幅。 1、9960Hz副载波调幅 等幅的9960Hz副载波，由30Hz调频，调频谐数为161（即1517）； 对于常规甚高频全向信标调频副载波的30Hz成分的相位是固定的，与方位无关，称为“基准相位”； 对于多普勒甚高频全向信标，30Hz成分的相位方位变化，称为“可变相位；。 2、30Hz调幅 30Hz调幅成分： 对于常规甚高频全向信标，该成分是由一旋转场型形成，其相位随方位变化，称为“可变相位”； 对于多普勒甚高频全向信标，该成分在各方位上的相位不变且为等幅，全方向性发射，称为“基准相位”。 （二）9960Hz副载波对射频载波的调制度应在2832以内。 （三）30Hz或9960Hz信号对射频载波的调制度，在5以下任何仰解上观察，都应在2832以内。 （四） 可变相位信号和基准相位信号的调制频率应为30Hz1以内。 （五） 副载波频调制信号的中心频率应为9960Hz1以内。 （六） 对于常规甚高频全向信标，9960Hz副载波的调幅百分比不应超过5；对于多普勒甚高频全向信标，9960Hz副载波的调幅百分比，在离甚高频全向信标至少300m（1000ft）处的地点上测量，不应超过40。 （七）辐射信号中9960Hz成分的谐波边带电平不应超过9960Hz边带电平为基准的下列电平，见表2-1。 副载波电平9960Hz0dB基准二次谐波-30dB三次谐波-50dB四次以上谐波-60dB表2-1 电平六、话音和识别 （一）甚高频全向信标应能提供一地空话音通信波道，与导航功能在同一射频载波上工作。该波道的辐射应为水平极化波。 （二） 在通信波道上载波的最大调制度不应大于30。 （三）话音通信波道音频特性，在300Hz3000Hz范围内相对于1000Hz的电平应在3dB以内。 （四）在甚高频全向信标射频载波上应同时发送一个识别信号，识别信号的辐射应为水平极化波。 （五）识别信号应采用国际莫尔斯电码，通常由3个英文字母组成码组。发送速率应为每分钟大约7个字，应每30s等间隔地发送1次3次，其调制单音应为1020Hz50Hz。 （六） 编码的识别信号对射频载波的调制度应接近但不应超过10。如不提供通信波道，允许编码识别信号的调制度增加到不超过20。 （七）如果其高频全向信标同时提供地空话音通信，编码识别信号的调制度应为51，以便提供满意的话音质量。 （八）话音的发送在任何方面不应干扰基本导航功能。当发送话音时，编码识别信号不应被抑制。 七、监控 监控天线应为设备的监控器工作提供信号，当从规定状态发生下列偏差的任何一种或全部时，监控器应向控制单元和遥控器发出告警，并从载波中去掉信号和导航成分，或者停止发射： （一）在监控天线处甚高频全向信标发射的方位信息的变化超过10; （二）在监控天线处副载波或者30Hz调幅信号，或两者的射频信号电压的调制成分减小15； （三）监控器本射失效时，应向控制单元和遥控器发出告警，同时去掉载波中的识别和导航成分； （四）停止辐射。 八、发射制式 设备应采用双边带发射制式。 九、系统可靠性 甚高频全向信标系统平均无故障时间应大于5000h。第二节 甚高频全向信标的准确度全向信标的准确度主要取决于各种误差的影响，通常在考虑各种误差因素概率都为95时，全向信标系统使用准确度在46之间。全向信标系统使用准确度可用全向信标使用误差表示和计算，即为，它是由全向信标径向信号误差（Eg）、全向信标设备误差（Ea）和全向信标驾驶因素误差（Ep）三种因素决定的（上述公式是考虑各因素为给定相同概率值，如95%时的独立变量）。全向信标径向信号误差，即为从全向信标地面台测量空间某一点的磁方位与改点处由全向信标信号测得的磁方位之差。该误差是由某些固定因素，如航道位移误差（稳定长期不变的，也叫全向信标径向可变性误差）等形成的。全向信标径向误差只与地面电台等因素有关，用Eg表示。全向信标机载设备误差。它主要取决于飞机上的设备（接收机、指示器等）不能将VOR信号变为准确的径向方位信息而造成的误差，用Ea表示。全向信标驾驶因素误差。驾驶员使用全向信标是，不能准确保持在径向方位上，用Ep表示。用以表示全向信标准确度的另一种方法也可用全向信标合成误差，用表示，它包括地面信标台的传播路径的误差以及机载VOR接收机和指示器所造成的误差。在实际运用中，应根据地面、空中及飞机设备、驾驶因素等的实际情况并综合后来确定全向信标系统使用的准确度。第三节 甚高频全向信标的选址要求一、 以天线为中心，半径100m以内不应有建筑物（机房除外）；半径100m300m之间金属结构建筑物的高度不应超过以地网水平面为准的10垂直张角，木质结构建筑物的高度不应超过以地网水平面为准的2.50垂直张角；300m以外，金属结构建筑物的高度不应超过以天线基础为准的2.50垂直张角，木质结构建筑物的高度不应超过以天线基础为准的50垂直张角。二、以天线为中心，半径50m，以内不应有树木；距天线50m100m之间不应有成片的树木，独立树木的高度不应高于地网水平面4m；150m300m之间树木的高度不应超过以地网水平面为准的20垂直张角；300m以外树木的度高不应超过以天线基础为准的40垂直张角。三、以天线为中心，半径100m以内不应有金属栅栏和拉线及流量大的铁路、公路；100m200m之间金属栅栏和拉线的高度不应起过以地网水平面为准的0.50垂直张角；200m以外金属栅栏和拉线高度不应超过以天线基础为准的1.50垂直张角。四、 以天线为中心，半径100m以内不应有架空金属线缆，100m300m之间架空金属线的高度不应超过以地网水平面为准的10垂直张角；300m以外的架空金属线缆的高度不应超过以天线基础为准的30垂直张角。五、径向进入全向信标台内的电源线和电话线应从100m以外埋入地下。六、地网下相对于全向信标台天线呈阴影的区域内，允许无源建筑物存在。七、机场全向信标台设置在跑道的一侧，距跑道中线的距离以符合机场侧净空要求为准。也可以设置在跑道中线延长线上，满足机场端净空的要求。（现在一般要求设在跑道中线延长线上）八、航路全向信标台设置在航路中心线上，通常设置在航路的转弯点或走廊口。思考题:1、多普勒全向信标台所发射的信号有哪些?2、多普勒全向信标的大致是多少?3、多普勒全向信标的设置有何要求?建设时周围场地要求有哪些?第三章 多普勒甚高频全向信标的工作原理【本章导读】1、理解多普勒效应的原理，会计算多普勒频差。 2、了解多普勒效应在全向信标中的应用，掌握在全向信标中多普勒频偏的计算方法。 3、了解多普勒全向信标的工作原理，掌握多普勒全向信标的可变相位和基准相位的形成。4、熟悉多普勒全向信标的频谱图，掌握空间调制的概念。多普勒甚高频全向信标（DVOR）与普通（常规）甚高频全向信标（CVOR）相比有很多优点。因此，目前国内外民航大量采用多普勒甚高频全向信标（DVOR）,并逐步取代普通甚高频全向信标（CVOR）。多普勒甚高频全向信标是利用多普勒效应的原理研制出的一种全向信标系统。本章重点介绍了多普勒全向信标的工作原理。第一节 多普勒效应多普勒效应就是由于某种辐射源，如声源、光源或其他波源等的运动，或者观察者的运动，使观察者所接收的声频、光频或其他波的频率发生改变的一种现象。早在1842年，奥地利物理学家赫利斯金多普勒在声学领域首先发现这一现象和规律，故称多普勒效应。在日常生活中，我们也可以发现，当一列鸣笛的火车从远处向你驶近时，你听到的汽笛声调是由低到高逐渐变化的，而当火车远离你驶去时，汽笛声调又是由高到低逐渐变化，火车速度越快，汽笛声调变化越明显。多普勒效应的实质就是说，在辐射振荡源与接收点之间存在相对运动时，接收点所接收到的振荡信号的频率与辐射源辐射振荡信号的频率不相等，两振荡信号之间的频率差与辐射源和接收点之间的径向运动速度分量成比例。辐射源振荡信号频率fT与接收点接收的振荡信号频率fR之间的差通常称做多普勒频率或多普勒频移fD ，即：fT fD = fR 图3-1示出了辐射波源A的振荡频率为f T ，波长为T ,波源以速度VDA向接收点B做径向运动。由于辐射源A的运动，使辐射源A的振荡信号向接收点B传输的过程中的每个振荡周期Tr对应的波长都减少了VDATT一段距离，那么，接收点A所接收的信号波长变为R ，R =T - VDATT即接收信号频率为fR fR = c / R = c / （T - VDATT）= fT c /（c VDA）辐射源频率fT与接收点接收信号频率出现差值fDFfDF = fR - fT = fT VDA /（c - VDA）由于辐射源向接收点做接近运动，所以，令VDA为正值，从公式可以看出fR fT 。图3-1 辐射源向接收点运动时的多普勒效应 相反，如果辐射源A向远离接收点B做径向运动时，则VDA应为负值，因此，fR = fT c /（c + VDA）fR fT ，两频率差为fDR 。fDR = fR - fT = fT VDA /（c + VDA）又因为VDA fT ），两者之差为fDfD = fR - fT =VDB /同理，当接收点远离辐射源运动时，接收频率即为fR fR = fT (c - VDB)/c且接收频率小于辐射源频率（fR fT ），两者之差也为fDfD = fT fR =VDB /同样可以证明，当辐射源与接收点同时运动时，接收点接收到的频率为fR fR = fT (c + VDB)/（c - VDA）当辐射源A和接收点之间距离接近时，VDA 、VDB均为正值；如果辐射源A运动或接收点B运动或者两者都运动，且都使两者远离时，则VDA ，或VDB ，或两者均为负值。可见，辐射源与接收点之间只要存在相对运动，接收频率就不等于辐射源频率。两者接近时，接收频率大于辐射源频率；相反，接收频率小于辐射源频率。其频率差fD ，即多普勒频移与辐射源或接收点或两者的运动速度相关。第二节 多普勒效应在全向信标中的应用 在多普勒全向信标中，被30Hz调幅的载波信号由中央天线辐射；边带天线围绕中央天线以30r/s的速率旋转，旋转直径为13.5米。现分析载频f TC=113MHz，只考虑一个边带，如上边带fUSB=113.009960MHz被辐射时的多普勒效应的作用，接收信号的频率，调频信号的频偏即可变相位信号的形成等。如下图3-2所示：图3-2 辐射源A位于点P时的速度分量当飞机从正北方以VDB的速度向地面DVOR信标台接近时，考虑中央天线辐射载频的多普勒效应可得到飞机B接收信号的频率fR为：fR=fT(c+VDB)/(c-DFsin)其中，fT=113MHz，=0，F=30Hz所以，fR=113.0003763MHz频偏fT=376.3Hz在通常实际情况下，我们不考虑飞机的速度和载频的多普勒效应，即认为边带天线在运动而飞机不动。为此，可将接收信号频率的公式写为：fR=fTc/(c-DFsin)则频偏f为：f=-fTDFsin/(c-DFsin)在多普勒全向信标中FT=108MHz9960Hz118MHz9960Hz，纯边带信号频率；F=30Hz；D=13.5m。因此，频偏f可以近似写作：f4.214fT sin当=90或270时，即有最大频偏fmax ：fmax =4.214fT(MHz)如果对FT=108.009960MHz边带频率而言，则fmax =455.2Hz；对FT=118.009960MHz边带频率而言，则fmax =497.3Hz。因此，应注意在多普勒全向信标（DVOR）中，边带信号的最大频偏是辐射边带频率的函数。综合以上分析可以看出：旋转的边带天线辐射的边带信号被远处的飞机接收到的信号实际上是一个以某频率（如30Hz）调制的调频波，其频偏f=fD(多普勒频移)，且按30Hz的正弦规律变化；接收边带信号的频率可写为：fR=fTfDmaxsin2Ft其中，fT为边带天线辐射的边带信号频率；频偏的最大值fmax 不仅取决于边带天线的旋转直径，而且是辐射频率的函数；同理，可以分析出在不同接收方位上接收到的边带相位信号频率或副载波频率的变化规律。经机载接收机解调后的频偏或多普勒频移的相位关系，如下图3-3所示：图3-3 接收点位于东、西、南、北等方位时多普勒频移的相位关系多普勒甚高频全向信标（DVOR）基于多普勒效应的原理，将辐射信号源即天线以30r/s的速率围绕中心点O（半径为D/2）逆时针方向旋转，向空间辐射甚高频正弦波信号。从而可以在空间足够远的任意方位上都可获得30Hz调制的甚高频调频信号。在顺时针各方位上解调出的30Hz低频调制信号（即多普勒频移）的相位始终超前磁北方位，解调出的30Hz低频调制信号，超前的角度等于以磁北为基准各接收点所处的径向方位角。这个调频的低频30Hz调制信号被称为多普勒甚高频全向信标的30Hz可变相位信号。如果在旋转天线的中心O再设一个中央天线，向空间全方位辐射一个30Hz调制的甚高频调幅信号。其解调出调幅的低频30Hz调制信号被称为多普勒甚高频全向信标（DVOR）的30Hz基准相位信号。只要保证30Hz可变相位信号与30Hz基准相位信号在磁北方位同相，那么，任意方位上的飞机接收机就可以通过比较两个30Hz信号的相位实现全向信标的定向功能。第三节 多普勒全向信标的工作原理一、空间调制的概念 无线电发射设备由天线向空间辐射的高频调幅信号是由要被传送的低频调制信号对发射机的高频载波进行幅度调制而实现的。如果是但音频调幅，则发射机送至天线的信号为u0： u0=U om（1+msin2Ft）sin2f0t = U omsin2f0t-0.5m U omcos2（f0+F）t+0.5m U omcos2（f0-F）t其中，f0为载波频率；F为低频调制信号频率；m为调幅系数（=U/Uom）。该式说明单音调制的调幅信号包含有三个不同频率的正弦分量，其中f0为载频分量，振幅U om等于未调制时载频振荡的幅度，（f0+F）为上边频分量，（f0-F）为下边频分量，振幅均为载频分量振幅的m/2倍。用频谱图表示如下图3-4：图3-4 单音调制（幅）信号频谱这三个正弦分量可以是各自独立的成分，也可以是合成的调幅波。因此，我们可以在发射机内实现调制，直接输出调幅信号，由天线辐射；也可以由发射机分别产生载波、上边频和下边频信号由各自的天线同时辐射。但为了使接收端获得完整的不失真的调幅波信号，必须保证载频信号、上边频信号和下边频信号三者的相位关系和幅度的比例与完整的调幅波的频谱分量完全一致，这样，三者在空间的合成波或在接收机输入端得到的信号就是一个不失真的调幅波。由于这种调幅过程是在空间实现的，所以叫“空间调制”。如果载频和上、下边频三个信号之间的相位关系和幅度比例不符合要求或发生变化，将使空间合成的调幅波失真，以致使接收机不能正常工作。如下图，用矢量图表示三者之间的相位和幅度关系。正常情况下，载波矢量以0=2f0的角速度旋转，上边频以0+=2（f0+F）的角速度旋转，下边频以0-=2（f0-F）的角速度旋转，为分析方便起见，令0矢量不转，那么，上边频矢量则以角速度逆时针方向旋转，而下边频矢量则以角速度顺时针方向旋转，而且，上、下边频矢量以载频矢量为对称，则合成矢量落在载频矢量方向上，如图3-5所示。图3-5 载波及上、下边频信号的相位/幅度关系如果由于某种原因，使上、下边频矢量旋转速度不一致（频率不等），或上、下边频相对载频的相位不一致（图b）或上、下边频振幅不相等（图c）等都将使上下边频矢量的合成偏离载频矢量的方向，从而可能出现：空间调幅波的调制系数m下降；包络失真，产生谐波，当边频合成矢量与载频相差90时，外包络基波幅度等于零；其他的附加调制等。由以上分析可知，采用空间调制的方法应注意，由于载频，上、下边频信号分别产生又经不同路径分别送到不同的天线去辐射，设备本身参数的变化以及各分量在空间传播路径的改变等原因，都将能破坏三者之间的相位和幅度关系，造成空间调幅信号的失真等，不能保证机载设备良好的接收质量。因此，在使用过程中要注意检查和调整三个信号之间的相位和幅度关系。二、可变相位信号的形成在多普勒全向信标中，可变相位信号是由圆周上二个位置相差180对称的天线，如下图所示的A天线和B天线，分别辐射频率为（f0+9960Hz）和（f0-9960Hz）的二个信号，且二天线同步逆时针方向围绕中心点O以长度D/2为半径以30r/s的速率旋转而产生的。天线辐射频率（f0+9960Hz）和（f0-9960Hz）实际相当于9960Hz信号对载频f0调幅信号的上边频和下边频，如下图所示。我们称其为上边带或下边带，而A、B辐射天线称为“边带天线”。由于边带天线旋转而产生多普勒频移f Dsin2Ft。那么，在任意方位上远处接收点所接收到A边带天线辐射信号频率变为：f0+（9960Hzf Dsin2Ft）而接收到B边带天线辐射信号的频率变为：f0+（9960Hzf Dsin2Ft）以上两式中的（9960Hzf Dsin2Ft）实际上相当于低频调制信号（F=30Hz）对9960Hz信号的调频，在多普勒全向信标中，9960Hz信号叫做副载波。被调频的副载波如果被地面DVOR信标的各个方位上的机载接收机所接收，且经过接收机解调所得到的30Hz信号的相位各不想同，因此，称调频的30Hz低频信号为30Hz可变相位信号。三、基准相位信号的形成 在多普勒全向信标中，基准相位信号是由机内的30Hz低频信号直接对载频f0进行调幅得到的调幅高频信号经过位于旋转边带天线中心的中央天线向空间辐射而形成的。 该信号被任一方位上的机载接收机接收后，经解调得到30Hz低频信号，它在各方位上的相位是不变的，故称为30Hz基准相位信号。但为了使DVOR信标能实现准确的侧向，必须设法保证30Hz基准相位信号与30Hz可变相位信号在磁北方位始终同相。由于多普勒全向信标还要发射自身的音频1020Hz莫尔斯代码的识别信号和语音信号，因此，在发射机内还要由1020Hz莫尔斯代码和语言音频对载波调幅，也经中央天线向空间辐射。这样，经中央天线向空间辐射的信号即为包含有三种音频（30Hz、1020Hz、语言音频）的调幅信号。以上信号加上上、下边带信号经空间调制，即到达接收点的空间合成信号，只要保证载波及上、下边频的正确相位和幅度关系，则空间合成的全DVOR信号的频谱如下图3-6所示。图3-6 全VOR信号频谱四、多普勒全向信标的方位测定 从前面分析可知，多普勒全向信标的30Hz基准相位信号与30Hz可变相位信号在磁北接收方向上是同相的，但当接收方位偏离磁北，随着磁方位的增加，30Hz可变相位信号的相位始终超前于30Hz基准相位信号，超前的角度即为磁方位角。思考题:1、多普勒效应中频率的变化如何计算?2、飞机在多普勒全向信标台什么位置时基准相位信号与可变相位信号相位一致?3、基准相位信号与可变相位信号是如何产生的?4、空间调制的基本原理5、多普勒全向信标所发射信号的频谱图是怎样的?第四章 多普勒全向信标的设备组成【本章导读】1、了解VRB-51D型多普勒全向信标的组成与结构，能叙述出设备的组成及结构框图。2、了解VRB-51D型多普勒全向信标的主要技术性能，知道该设备的主要技术性能。3、了解VRB-51D型多普勒全向信标的发射机工作原理框图，能够熟练的运用工作原理框图说明设备运行流程。4、了解VRB-51D型多普勒全向信标的监控器工作原理框图，知道监控器的信号来源及相关处理过程。5、了解VRB-51D型多普勒全向信标的基本测试组件，会通过测试组件进行设备参数的测量。本章我们介绍VRB-51D型多普勒全向信标的组成与结构、主要技术性能 、发射机工作原理框图、监控器工作原理框图以及基本测试组件。第一节 组成与结构AWA公司VRB-51D型多普勒甚高频全向信标地面系统由VRB-51D发射机柜和一套天线系统组成。 天线系统包括2个24头的奇、偶天线分配开关（ADS），49个改进型阿尔福特天线，其中48个用作边带天线均匀地安装在地网上面，直径为13.5米的圆周上，并分别与2个天线分配开关（ADS）相连，1个用作中央天线。此外，还有一个监控天线。监控天线应安装在离中央天线80米远的位置。VRB-51D 50W发射机柜分为6个框架。最顶部框架装有1A71112辅助测试组件，该组件由一个数字式万用表和选择开关等组成，用来检查整个机柜的信号特征；最底部框架为交流电源和电瓶充电装置（2A71130）；中间自上而下的4个框架编号为1A71132，2A71132，3A71132,4A71132。1A71132框架为监控单元框架，该框架自左向右分别安装下列各插件组件： 射频放大器监视器 MRF 1A71113 副载波监视器 MSC 1A71114 滤波器和识别监视器 MFI 1A71115 方位计数器监视器 MBC 1A71116控制和遥控组件 CTL 1A71117 2A71132框架安装的各插件组件为： 定时序列产生器 TSD 1A71118 基准相位产生器 RPG 1A71119 天线开关驱动器（2个） ASD 1A71120 边带信号产生器 SGN 1A71121 边带切换单元 SCU 1A71122 3A71132框架安装的各插件组件为： 载波调制与保护单元 CMP 1A71123 载波产生器和驱动器 CGD 1A71125 边带调制器和放大器（2个） SMA 1A71126 4A71132框架安装的各插件组件为： 电源控制开关 CCB 1A71128 直流电压变换器 DCC 1A71129 载波功率放大器（2个） CPA 1A71127 此外，机柜背面左侧装有载波定向耦合器（CDC）（2A71124）和载波低通滤波器（120MHz），右侧装有电压限制器（1A71168）和功率分配器/功率合成器。 本系统可以作为单套系统使用，也可以配成双套系统使用。双套系统使用时，需在单套系统的基础上增加一个VRB-51D发射机机柜和一个1A71697继电器单元。 另外，该系统还设计了遥控功能，可以在远处通过遥控组件控制系统开机和关机，并可以显示系统的工作状态等。第二节 主要技术性能 发射机性能： 输出功率 50W或100W 调制方式 调幅 辐射极化 水平极化 基准相位信号 频率 30Hz0.01% 调制深度 2832% 识别信号 代码 莫尔斯码5个字符 代码音频频率 102050Hz 键控速度 7个字/min可调 重复率 6次/min可调 语音调制 频率范围 3003000Hz 调制深度 1030%（推荐15%） 噪声寄生调制 音频调制度为10% 噪声信号低于15dB 可变相位信号 副载波频率 9960Hz2% 副载波平均 2832% 调制深度 调频指数 161 距中央天线 小于40% 300m处副载波调制度 信标台方位调节 6.5 监控器在下列情况下发出告警： 发射的方位信息变化 最大1（可调） 9960Hz副载波或30Hz信号调制度 可调，正常电平调定在15%减小 识别代码故障 无声或连续单音 天线监控 径向对天线故障 遥控输入： 话音调制信号 话筒输入 -50dBm（毫瓦分贝） -20dBm (输入阻抗为600) 线路输入 -20dBm +10dBm （平衡输入，1200） 遥控监视： 状态指示 VOR正常 转换（双套） 关机 附加参数监视 电瓶充电电压低 主机故障 机架电源接通 交流主电源： 输出电压范围 2032V 输出电流范围 最大30A 输入电压 220260V 输入频率 50Hz10% 线性调节 10%变化，可调1% 负载调节 020A，可调0.4% 噪声与波纹 0.5V峰-峰值 输出电压的温度系数 0.02%/1 空载-满载，满载-空载 200ms 转换时间 效率 24V,20A时，70% 过流保护 1020A，可调 反压保护 保险丝 环境温度范围 -10+60 天线系统： 频率范围 108118MHz 载波天线 改进型阿尔福特环形天线 边带天线 48个改进型阿尔福特环形天线，组成 一个以载波天线为中心的，直径为13.5m的圆形天线阵 极化波 水平极化波 水平方向性图 所有方向均在0.5dB内 方位误差（040仰角） 最大0.5 校正 载波天线与1号边带天线的连线在磁 北方位上，允许误差1 防雨 每个改进型阿尔福特环形天线上均有 玻璃纤维天线罩 监视天线 折叠式偶极子天线 电瓶： 50W单套系统需要能工作6h的125Ah（安培小时）电瓶；需要4个，每个6V，共24V。 50W双套系统需要两个24V的125Ah（安培小时）电瓶组，每组能工作6h。 在分析VRB-51D多普勒全向信标的性能参数时，还应注意环境温度的变化对整机性能的影响，特别是对载波信号与边带信号相位的影响。因为空间调制要求保证分别辐射的载波信号与边带信号有正确的幅度和相位关系，否则将造成合成信号的失真，使机载接收机产生定向误差以致不能定向。其中影响最大的是电缆。因为载波信号和边带信号是由发射机经不同长度的同轴电缆馈送到天线辐射的。而电缆的长度及介质的介电系数将受温度变化的影响而改变，这种变化会直接影响电波在电缆中的传播速度、相位等变化，造成载波信号和边带信号的相位差。第三节 发射机工作原理框图 VRB-51D多普勒甚高频全向信标系统发射机的简单方框图我们拆分为两部分，其中一部分为载波通道部分，其最终发射基准相位信号；另一部分为边带通道部分，其最终发射可变相位信号。 载波通道部分：振荡器产生甚高频载波fc（108118MHz）信号，30Hz正弦基准信号以及被莫尔斯电码调制的1020Hz识别信号和语音信号经调制器对载波信号进行调幅，再经过放大后馈送到中央天线辐射。 边带产生器产生fc+9960Hz上边带信号和fc-9960Hz下边带信号。它们分别经过边带调制器将上边带信号分解为奇数上边带信号和偶数上边带信号，下边带信号分解为奇数下边带信号和偶数下边带信号。这四路信号经边带转换组件，并按规定时间间隔程序依次馈送给148号边带天线辐射。这样，在空间即可合成为调频的上边带信号和调频的下边带信号。 在空间，上、下边带信号与载波信号只要能保持正确的幅度和相位关系，就可以组成一个完整的调频-调幅的空间调制波，即全VOR信号。 下面结合方框图我们进一步详细介绍各部分的功能原理及作用。 如下图4-1所示为发射机载频部分框图：图4-1 发射机载波部分结构框图由TSD（1A71118）定时序列产生器产生30Hz AM方波，同时三路时钟，频率分别为622.08kHz，207.36kHz，12.96kHz（这三路时钟用以对30Hz AM方波的相位进行进行调整）； 这些信号被送到RPG(1A71149)基准相位信号产生器，在RPG中对30Hz AM方波进行相位调整，从而对信标台基准相位信号的相位进行调整，然后将30Hz AM方波变为30Hz AM正弦波，另外，每7.5s产生一次完整的莫尔斯识别码； RPG将这两路信号送到CMP(1A71123)载波调制和保护单元，CMP产生由莫尔斯码控制的1020Hz键控信号，接收30Hz基准相位信号，接收话音信号，并将这三路信号加在一起，在求差信号放大器中将这个和信号与从载波定向耦合器CDC送来的取样包络信号相减，其输出差信号作为调制信号，对驱动放大器进行振幅调制，同时，CMP还接收CDC送来的正向和反向功率电平进行监视，还接收CPA送来的“不平衡”信号的的电平，如果正向功率大于或小于预置值、反向功率超过预定值、“不平衡”信号超过预置值，就将使发射保护电路工作而输出保护信号，切断载波输出，对载波发射机进行保护。 CGD（1A71156）载波产生器和驱动器中载波振荡器产生载波标准的射频载波信号（108118MHz），分为两路输出，一路输出250mW加到驱动器，另一路输出125mW加到边带产生器（SGN）作为测试用。在驱动器中进行放大和调制，偏置电路实际是一个负反馈电路，保证驱动的输出不能过大，调制信号由CMP送来，包含音频识别信号、语音信号、30Hz正弦信号。驱动器输出再经功率放大器放大，输出8W的载波调幅信号。CDG产生的射频信号输出到CPA进行功率放大输出50W的额定功率（50W机型，100W机型在后面进行具体叙述）。载波功率放大器（CPA）输出的信号通过低通滤波器（120MHz），滤除载频的谐波送入定向耦合器（CDC）。定向耦合器包括两个定向耦合环，一个用于检测输出信号的正向和反向功率，以控制辐射功率，另一个为边带信号相位锁定提供基准信号。CDC输出载频信号通过电缆馈送至中央天线。 如下图4-2所示为发射机边带部分框图：108图4-2 发射机边带部分结构框图 边带信号产生器（SGN）包括相位检波器，相位控制板和上、下边带压控振荡器，由CDC送来的载波射频信号经过分配器分为上下两部分，在平衡混频器中宇边带调制器和放大器（SMA）送来的上、下边带