DME飞机机载测距设备

1、第六章 测距机系统DME-Distance Measuring Equipment 主要内容一系统概述系统组成与功用DME信号格式与工作频率及与VOR/ILS频率配对关系二DME系统的工作原理询问与应答的信号特性闪频效应工作方式（距离测量与状态转换）三机载设备机载设备组成与控制显示功能机载设备系统方框图系统试验方法及指示一、系统概述1. 系统功用测量测量飞机与地面测距信标台之间的飞机与地面测距信标台之间的斜距斜距。提出问题？提出问题？斜距信息在飞机导航中有什么用途？斜距信息在飞机导航中有什么用途？斜距信息在飞机导航中用途斜距信息在飞机导航中用途定位定位航路间隔航路间隔近进到机场近进到机场避开保

2、护空域避开保护空域在指定位置等待在指定位置等待计算地速和到台时间计算地速和到台时间一、系统概述（续）一、系统概述（续）定位定位 必须利用平面中的两条或两条以上的位置线相交，才能确定飞机的具体位置点。 -定位系统定位系统 VOR+DME -定位系统 VOR+VOR -定位系统定位系统 -定位系统定位系统 双曲线定位系统回忆:定位方法一、系统概述（续）通常机载测距机系统所测得的是飞机到地面信标台之间的斜距，而上面我们讨论的位置线中所涉及的距离均指的是水平距离。两者的差值与飞机的飞行高度有关。 参看图斜距水平距离三角形。若已知斜距s，和飞行高度H，或仰角，则可由下式求出水平距离G：飞机高度在3000

3、0ft左右，当飞机与测距台的距离在35nmile以上时，所测得的斜距与实际水平距离的误差小于1%；当飞机在着陆进近的过程中离测距台的距离小于30nmile时，其飞行高度通常也己降低(例如距离为6n mile时高度为5000ft)，因而所测得的斜距与水平距离的误差仍然为l%左右。 所以在实用中把斜距称为距离是可以接受的。只有在飞机保持较高的高度平飞接近测距台的情况下，斜距与实际水平距离之间才会出现较明显的误差。定位定位一、系统概述（续）一、系统概述（续）近进到机场近进到机场一、系统概述（续）避开保护空域避开保护空域 飞行中，DME询问器连续地测量到所选地面台的斜距。当然，这个斜距是随飞机接近或离

4、开信标台而变化的。因此，测量斜距的变化率就可给出飞机接近或离开信标台的速度。由DME询问器所测得的这个速度叫做地速(KTS)。显然，若飞机以信标台为圆心作圆周飞行时，DME距离指示器上指示的地速为零。一、系统概述（续）计算地速和到台时间计算地速和到台时间显然，只有当飞机是在到地面信标台的航线上、且远离信标台飞行时，所测得的到台时间才是精确的。2. 系统的组成一、系统概述（续）机载-询问器地面-应答机一、系统概述（续） 系统基本工作方式询问-应答方式实现测量距离机载测距机发射射频脉冲对询问信号，地面测距信标台的接收机收到这一询问信号后，经过50 s的延迟，由其相应的“应答”信号发射；根据询问脉冲

5、与应答脉冲之间的时间延迟t，计算出飞机到测距信标台之间的斜距。)0(21ttcR)()/(36.1250)(NmnmusustR)(3.0250)(KmustR提出问题？ 为什么有50s的延迟？ 询问应答信号的频率？格式？ 地面台的工作能力：可同时为100架飞机服务而且工作频率编码相同。那么怎样从接收应答脉冲中找到自己的询问应答脉冲对呢？ 怎样识别地面台对自己的应答？ DME测距机什么情况下开始工作？ DME测距机的工作过程？ 地面台的配置：VOR/DMELOC/DME军用设备-TACAN的测距部分一、系统概述（续）一、系统概述（续） DME机载设备一、系统概述（续） 电源 115VAC 40

6、0HZ 音频识别信号 1350HZ L波段设备互抑制问题 2台DME，2台ATC，2台TCAS 它们都工作在同一波段，所以不应同时辐射信号，以免相互干扰。为此，当一台测距机工作时，该机所产生的约30s宽的抑制波门即通过互联的电缆加到另外5台上，以抑制其发射，反之亦然。一、系统概述（续） (1)询问器 主要由收发信机组成。发射机的作用是：产生、放大和发射编码的询问脉冲对；接收机的作用是：接收、放大和译码所接收的回答脉冲对。 (2)控制盒 控制盒对询问器收发信机提供需要的控制和转换电路。控制盒还可对甚高频导航接收机提供频率的选择。而且，控制盒可提供除与与导航接收机配对导航接收机配对的自动选择询问器

7、工作频率外更多的频率选择能力。（3）距离指示器（4）天线 询问器天线的作用是发射询问信号相接收回答信号。它是具有垂直极化全向辐射图形的单个L波段天线。一、系统概述（续）2. DME与VOR/ILS频率配对关系 回忆VOR/ILS工作频率108.00-111.95MHZ 频率间隔50KHZ 80个波道小数点后第一位奇数LOC 40个波道小数点后第一位偶数VOR 40个波道112.00117.95MHZ 频率间隔50KHZVOR 120个波道一共200个波道中：120+40个用于VOR,40个用于LOC一、系统概述（续）DME工作频率：962-1213MHZ 252个波道 波道间隔 1MHZ测距信

8、标台的发射频率比询问频率高或低63MHZ。DME机载询问器-询问频率：1025-1150MHZ波道间隔 1MHZ126个波道 采用频率复用技术-即相同X、Y波道：载频相同，脉冲对中脉冲间隔不同。询问信号格式：脉冲对间隔（脉冲对重复频率）是随机抖动 的（在一个中心值附近随机变化）。系统概述（续） DME地面应答器-应答频率： 962-1213MHZ，波道间隔1MHZ126个X波道126个Y波道 共有252个波道询问应答波道配合工作应答信号格式：一、系统概述（续） 询问频率与应答频率的关系无论询问还是应答信道频率间隔都是1MHZ，任何一个信道的发送与接收频率均差为63MHZ。一、系统概述（续）DM

9、E与VOR/ILS频率配对关系一、系统概述（续）系统概述（续）X/Y波道询问频率=1024+波道号 例如：100 X/Y波道询问频率=1024+100=1124MHz应答频率与波道号的关系： 163X/Y波道 X波道应答频率=961+波道号 Y波道应答频率=1087+波道号 64126X/Y波道 X波道应答频率= 1087 +波道号 Y波道应答频率= 961 +波道号当VOR频率小数最后一位是“0”时：配对DME X波道当VOR频率小数最后一位是“5”时：配对DME Y波道（一）、询问和应答信号的特性询问-应答-计算-显示提出问题？在什么情况下询问？应答信号包含哪些？如何接收信号并识别？如何计

10、算？二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理 机载询问器发射询问信号 地面应答器-接收询问信号、延时、处理 地面应答器-发射应答信号 机载询问器-接收应答信号 机载询问器-处理、计算、输出1.机载测距机的询问发射机载测距机的询问发射 机载测距机在接通电源后即可正常工作机载测距机在接通电源后即可正常工作。但是，只有当飞机进入进入了系统的有效作用范围有效作用范围，在测距机接收到足够数量的测距信标台所发射的射频脉冲对信号的情况下，测距机才会产生脉冲对询问信号发射，以使测距信标台产生相应的应答信号。 测距机所产生的询问脉冲信号的重复频率是变化的。当测距机处于跟踪状态时，询问脉冲信号的平均重复频率较低

11、，通常在每秒1030次之间；当测距机处于搜索状态时，询问重复频率较高，一般为40150对/秒。典型测距机在跟踪状态的平均询问率为22.5对/秒；在搜索状态为90对/秒。二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理2. 测距信标台的应答测距信标台的应答 询问应答 测距信标台在接收到询问信号后，经过 50 s的延迟，便产生相应的应答信号发射，以供机载测距机计算距离，这就是询问应答信号。应答信号和询问信号一样，也是射频脉冲对信号 断续发射 在测距信标台中采取用接收机噪声来触发发射机产生脉冲对信号发射的方法，使测距台发射机在询问飞机很少的情况下也维持规定的发射重复频率，以使测距机系统正常发挥其功能。由于

12、噪声所触发的脉冲信号是断续的，可以把测距信标台的这种发射脉冲称为断续发射脉冲，或者称为噪声填充脉冲，以区别于前面所说的在询问信号触发下所产生的应答发射脉冲。 二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理 应答抑制 所谓抑制，是指测距信标台在接收到一次询问脉冲对后，使信标接收机抑制一段时间，抑制的时间一般为60 s，特殊情况下可达150 s。 在抑制的寂静期中，信标台不能接收询问脉冲。采取这一措施的目的是防止因多径反射信号而触发应答。 测距信标台的识别信号 为了便于机组判别正在测距的测距信标台是否是所选定的测距信标台，各信标台以莫尔斯电码发射三个字母的识别信号。二、二、DME系统的工作原理系统的工

13、作原理 总之 ，测距信标台所发射的射频脉冲信号可以分为三类三类： 一类一类是由询问信号触发产生的应答脉冲对应答脉冲对，这类应答脉冲对的数量取决于发出询问的机载测距机的多少； 另一类另一类是由测距信标台接收机噪声所触发的断续发射脉冲对断续发射脉冲对； 第三类第三类是固定的识别信号脉冲对识别信号脉冲对。第一、二类信号都是随机间隔的脉冲对，而识别信号则是等间隔的脉冲对。 二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理3. 测距机的接收测距机的接收 机载测距机在每发射一对询问脉冲后即转入接收状态。所接收的信号中，既可能有测距信标台对本机询问的应答信号，也包括信标台对众多的其他飞机测距机的应答脉冲，此外还包

14、括信标台的断续发射脉冲信号及识别发射信号。 需要说明的是，即使飞机处于测距系统的覆盖范围之内，也并不是所有的询问都能得到应答的。这是因为，在众多飞机询问的情况下 测距信标台每接收到一次询问信号，均会使它的接收机进入 60 s的抑制期，从而使在后续的60 s期间内到达的询问信号得不到应答。除此之外，本架飞机上的ATC应答机在回答地面二次雷达询问的发射期间，以及在TCAS和另一套测距机的询问期间均会对本套测距机抑制约30 s；在测距信标台发射识别信号的点、划期间，也会使询问信号得不到应答。二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理4.距离计算原理距离计算原

15、理 19250rtcR29359.1250rtR（二）、闪频效应 为了获得距离信息，测距机首先必须解决的一个基本问题是如何从测距台的众多的应答信号中识别出对本机询问的应答信号来。应用闪频原理可以达到这一目的。所谓闪频，就是在测距机中设法使询问脉冲对信号的重复频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。这样，同时工作的多台测距机的询问脉冲重复频率就会各不相同，为对所接收的应答信号进行同步识别提供了基础。询问的重复频率是由重复频率控制电路控制的。 二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理 定时脉冲 颤抖脉冲 距离波门 视频脉冲 同步应答脉冲（三）、距离测量

16、与状态转换二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理 机载测距机在接通电源后即可正常工作，即工作于自动等待状态。 一、自动等待 抑制发射，只接收 当所接收到的脉冲对数超过450对每秒时，表示飞机已进入了有效测距范围，测距机由自动等待状态转为搜索状态。 二、搜索 询问信号的平均重复频率较高，如满足7/15准则，测距机即可结束搜索，转入预跟踪状态。 三、预跟踪 进入预跟踪状态后，测距机继续进行上述询问-接收识别过程。询问仍然维持较高的询问率 90对/秒。二、二、DME系统的工作原理系统的工作原理 四、跟踪 在经历4秒钟的预跟踪状态后，测距机进入正常的跟踪状

17、态。询问率从搜索状态的 90对每秒降为22.5对每秒，或者从40对每秒降为12对每秒。 五、记忆 若在跟踪状态由于某种原因使上述“715”准则得不到满足，则测距机将转为记忆状态。此时距离显示器所显示的距离读数继续更新。 一旦信号重新获得，返回跟踪状态 如果记忆状态持续412 s（典型时间为11.4 s）仍不能重新获得有效的应答信号，则测距机将转为搜索状态，脉冲询问率重又增加到90对每秒1.机载设备组成与控制显示功能三、机载设备 天线 测距机 控制板 显示系统三、机载设备DMEDME系统系统 询问器询问器 DME询问器调谐到252个频道并在DME范围内计算所有频道的距离信息。有200个DME频道

18、用于甚高频导航频率。其它52个频道用于军用TACAN功能。DME接收频率高于或低于发射频率63MHz。 以下是DME询问器的功能： 询问DME地面站 接收该地面站回复 接收音频标识符 计算斜距距离。 导航控制面板向下列导航无线电系统提供频率输入和检测指令： DME ILS VOR 音频控制面板（ACP）允许机组收听DME地面站标识信号，该标识信号为1350Hz。 EFIS控制面板上的模式选择电门选择显示DME距离的导航显示模式。 显示DMEDME系统系统 功能描述小结功能描述小结输入输入 导航控制面板是调谐输入的正常来源。飞行管理计算机（FMC）向导航控制面板发送多达四个频道的自动调谐信号。导

19、航控制面板增加一路人工频道，并将这五路调谐频道发送到DME询问器。 如果导航控制面板有故障，FMC直接向DME发送自动信号 工作 CPU使用调谐输入来调谐频率合成器。CPU向发射机提供一个信号来发射询问脉冲。发射脉冲经过一个循环器然后到达天线。 发射机向抑制电路发送一个信号。在发射过程中，DME1询问器内的抑制电路向下列组件发送抑制脉冲： DME2询问器 ATC1和2应答机（XPNDR） TCAS计算机。 接收接收 接收机将自天线接收来的接收机将自天线接收来的RFRF脉冲对传送到脉冲对传送到CPUCPU。CPUCPU计算斜距。它使用发射脉冲对并从地面站得到回计算斜距。它使用发射脉冲对并从地面站

20、得到回复所花费的时间。当其它复所花费的时间。当其它L L波段系统发射时，一个禁波段系统发射时，一个禁止脉冲阻止该接收机工作。止脉冲阻止该接收机工作。询问器输出询问器输出 CPUCPU计算斜距后，计算斜距后，CPUCPU将它发送到两个将它发送到两个ARINC429ARINC429发发射机。一个射机。一个ARINC 429ARINC 429将范围数据发送到将范围数据发送到DEUDEU用于驾用于驾驶舱显示和其它系统。第二个驶舱显示和其它系统。第二个ARINC 429ARINC 429发射机将范发射机将范围数据发送到飞行操纵计算机。围数据发送到飞行操纵计算机。CPUCPU将脉冲对发送到将脉冲对发送到脉

21、冲对解码器。解码器向脉冲对解码器。解码器向REUREU发送发送DMEDME音频。音频。 2. 系统方框图三、机载设备举例：DME-700的使用及维护v在飞机导航中的使用方案在飞机导航中的使用方案vDME-700的工作方式的工作方式vDME-700与其它机载电子设备的关系与其它机载电子设备的关系vDME-700维护实践维护实践vDME在飞机导航中的使用方案斜距信息在导航中的多种用途1. 定位2. 航路间隔3. 进近到机场4. 避开保护空域5. 在指定位置等待6. 计算地速和到台时间 DME的使用方案的使用方案1.用作航线导航设备DME/DME使用方案DME/VOR/DVOR使用方案VOR/TAC

22、AN使用方案2.用作机场导航设备DME/ILS使用方案DME/TVOR/DVOR使用方案DME/DME使用方案3.用作区域导航设备用作区域导航设备 RNAV的基本概念：能够在广阔的区域内，而非限制在定点之间，提供导航能力的导航系统。 现代飞机已普遍使用以VOR/DME为基础的RNAV导航系统。 RNAV的基本原理：通过连续测得飞机到VOR/DME地面信标台的方位和距离信息，从而获得飞往某个确定的航路点的航向和距离。-连续求解 RNAV三角形问题。RNAV三角形典型的RNAV系统导航导航数据数据库库VOR接收机接收机大气数据大气数据计算机计算机DME询问器询问器导航计算机导航计算机自动驾驶自动驾驶测滚通道测滚通道EHSI控制显控制显示单元示单元VOR方位方位斜距斜距高度高度导航信息导航信息飞行计划装入飞行计划装入航线偏差航线偏差横向操纵指令横向操纵指令vDME-700的工作方式方式方式工作说明工作说明RDDMI显示显示等待等待发送机抑制，接收机工作发送机抑制，接收机工作4短划短划搜索搜索接收接收650对对/秒，发送机工秒，发送机工作，并用高作，并用高PRF工作工作4短划短划跟踪跟踪满足满足3/5准则准则斜距斜距扫描扫描多台调谐多台调谐无效无效记忆记忆回答脉冲丢失回答脉冲丢失2秒，计算距离秒，计算距离10+-2秒秒斜距斜距故障故障系统故障系统故障空白显示空白显示自