王寶勤 13821 字 3個月前

◎第五章

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"": "無線電導航係統

利用無線電技術對飛機、船舶或其他運動載體進行導航和定位的係統。無線電導航技術的基本要素是測角和測距,因此可以組成測角-測角、測距-測距、測角-測距、測距差(雙曲線)等多種形式的係統。無線電信號Esin(wt+嫓)中振幅E、角頻率w、相位嫓和時間t,都可作為導航參量使用。賦予無線電波以導航信息的方法很多,但都是利用無線電波傳播的直線性及其恒定的傳播速度兩種特性。無線電導航的基準點可以設在地麵、空間或衛星上。

通過測定無線波來向以確定運動載體與一條基準線(常用磁北基準線)的夾角的係統。無線電測角係統一般都使用定向天線。根據使用場合不同,地麵可用測向天線對飛機或船舶發射的信號測向,更多的情況是飛機和船舶利用測向天線對地麵信號測向。簡單的地麵信標發射無方向信號,專用的地麵信標本身發射含有方向信息的信號。

測角係統主要是測量振幅或相位參量。振幅測角係統可使用最大值測角法、最小值測角法和等強信號測角法三種方法。

最大值測角法:天線輻射單波瓣方向性圖。轉動方向性圖使接收設備輸出的信號具有幅度變化,以最大輸出信號強度作為角度位置。機場監視雷達對目標方位的測定就采用這種方法。此法的信噪比較高,並可兼用於通信信息的傳輸,但測角靈敏度較低,即對最大值的判別不敏銳。

最小值測角法:旋轉用戶接收設備的環狀天線至收到信號為最微弱處,或發射端輻射兩個彼此相切的波瓣,轉動波瓣使接收設備輸出最小。無線電羅盤使用前一種方法,靈敏度高,信噪比低。

等強信號測角法:天線輻射兩個互相交疊的波瓣,轉動方向性圖;或方向性圖固定不動,由載體運動使接收機輸出的兩波瓣信號強度相等來確定目標的角位置。此法兼有前兩種方法的優點。

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相位測角係統利用測量信號的相位獲得載體的角位置。這類設備的方向性圖的旋轉速度比振幅係統快得多,一般可達每秒幾十轉。旋轉頻率成為載頻的振幅調製頻率,調製信號的相位決定於運動載體所在的空間方位。借助某一同頻率的相乾振蕩進行比相,從相位讀數取得載體所在的空間位置。伏爾導航係統(甚高頻全向信標係統)即屬於這類相位測角係統。

采用乾涉儀原理也可進行相位測角。這種係統采用兩個相距D的地麵天線陣元組成。用戶詢問信號的平麵波前到達天線陣元時,由於入射角θ不同,到達兩個陣元的時間也不同(存在行程差x=Dsinθ)。此行程差在兩陣元

圖0

接收到的射頻信號中產生的相位差為圖0

圖0式中λ為工作波長;θ為入射波與天線陣元

連線的法線之間夾角。測出相位差墹嫓即可確定用戶相對天線基線法線的角位置θ,並由地麵發回機上。

測距係統

利用測量用戶至地麵台間距離實現導航定位的係統。測距係統有轉發、反射和測偽距三種方式。

轉發方式

由用戶發射詢問信號,地麵台收到詢問信號後發出應答信號。用戶計算詢問信號與應答信號之間電磁波傳播

圖1

時間的時延,即得圖1

圖1。式中rAB為用戶至地麵台之間的距離;c為電磁波傳播速度。轉發方式有脈衝方

式與連續波相位方式兩種工作方式。采用脈衝方式時,詢問信號和應答信號均以脈衝形式出現,測量的是脈衝之間的時間間隔。地美依導航係統就是這種測距係統。在連續波相位測距係統中,用戶和地麵台須發射相乾連續波振蕩信號。地麵台對用戶信號進行頻率變換(倍頻和分頻)後向用戶轉發;用戶再將

圖2

其轉換為原發射頻率,與原信號比相:圖2

圖2。式中嫓AB為相位差;rAB為傳播距離;λ為波

長。在脈衝測距係統中,不同詢問器的詢問脈衝多次同時出現的可能性很小,所以一個地麵應答器可應答多個詢問。相位測距係統采用連續波工作方式,工作容量遠比脈衝係統為小。

式方射反

頻射輻與率頻其,號信射反的備設收接回返而射反麵射反經。統係的號信頻調射輻戶用是統係距測率頻。類一這於屬都達雷航領種各和表度高電線無式衝脈,台麵地去省可距測式射反。種兩式率頻和式衝脈有統係距測式射反的用常。離距的間麵射反至戶用定確,較比延時行進號信發原和號信的來回射反)麵地為常通(麵射反用利

3圖

3圖即,f值數的例比成離距間其與個一差相率

傳波電為c;率頻製調為mf;偏頻大最為f墹中式3圖

。小為統係距測式發轉比離距用作的統係距測式射反。統係類這於屬即表度高電線無頻調載機與達雷頻調。度速播

式方距偽測

應相τ墹差時的間之鐘時密精兩與及以,r離距實真的間站台航導與戶用有含中ρ距偽。τc=ρ距偽到得而從,τ延時播傳定確鐘時的己自據根,後號信到收戶用。號信射輻間時的定確格嚴按並,鐘時密精備配都站台航導與戶用

4圖

4圖即,τ墹c差誤離距的

傳波電為c;標坐置位的站台航導為0z、0y、0x中式4圖

。標坐置位的戶用得即程方解。程方上以個4或個4的同相程方述上與立建,距偽的上以個4或個4出測,站台的步同互相鐘時上以個4或個4用利。標坐置位戶用的求待為z、y、x;度速播

。性值雙除消以可台航導個三用。性值雙有但,置位間空戶用定確可點交的線置位周圓個兩用,台航導個兩用利。行飛待等作港空航沿機飛導引可台航導個一用利,樣這。線置位距測為作周圓的出割交麵球圓置位與麵度高等將可,下件條的度高知預在。麵球圓的心圓為站台航導以是麵置位的備設距測

衝脈分統係差距測。鏈台成組可台麵地個多。成完台麵地上以個三用要需,點叉交的線置位條兩用位定。台麵地個兩用使要需線置位線曲雙條一測。統係線曲雙即,統係航導的差之離距台麵地個兩到戶用量測統係差距測


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