无线电导航基本原理(1-2)第2章.ppt

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1、第二章 无线电导航基本原理 2.1 角测量原理 2.2 距离测量原理 2.3 定位原理 2.4 时间同步 2.5 无线电导航系统工作区 无线电导航 通过测量电磁波在空间传播时的电信号参量（如电波的幅度、频率及相位等）进行。构建机制 使得实际中测量的无线电电参量与几何上的角度（电台方位角、载体姿态角）、距离（距离、距离差、和）等几何参量建立对应关系，这些参量称为导航几何参量。常用的导航几何参量 角度 距离 导航通常是相对于某一具体目的地而言的，因此用空间极坐标（角度和距离）是方便和合理的，也是便于无线电测量的。主要介绍上述两类基本几何参量的电测量原理及导航定位方法。2.1 角测量原理 导航中的角

2、参量可以分为两类：一类是用于描述载体与导航台站之间的相对角度关系的，如电台方位，跑道方位等；另一类用于描述载体的飞行状态，如航向、俯仰、横滚等。角度测量两种方法：振幅法和相位法 振幅法主要用于第一类角的测量 相位法根据系统构制不同可以进行两类角的测量。、振幅法 利用天线的方向性图实现振辐与导引角的对应关系，有两种实现体制。站台主动式 导航站台采用方向性天线发射信号，用户采用无方向性天线接收；用户主动式 导航台站采用无方向性天线发射信号，用户端采用方向性天线接收一、站台主动式 注意：1、基准线的方向可以是地理北向，也可以是某一特定方向（如飞机的跑道方向）。2、仅仅依靠上面测量的角度是无法单独完成

3、载体的出航和归航的，必须结合载体上的航向测量设备进行角度的比对。二、用户主动式 载体的测向器可以利用载波信号的振幅变化或者载波信号的调制深度的变化来测定角参量 前者称之为E 型工作方式，后者称之为M 型工作方式。利用具有方向性函数的接收天线，对地面导航台的无方向性调幅波信号进行接收，接收到的信号为：可见，在E 型工作方式中，调制深度保持不变，载波信号的幅度E 与导航角参量建立一定的映射关系 E 型测向器M 型测向器 要获得一个调制深度与角参量发生对应关系的电波信号，需要用一个方向性天线和一个无方向性天线（如垂直天线）共同来完成。假定导航台发射的是等幅非调制波，垂直天线上收到的信号相当于载波分量

4、，环状天线的接收信号相当于傍频分量，二者在迭加器中合成为一个调幅波：利用方向性图测导引角，有三种方法：1、最大值法 用户的接收天线采用针状方向性图的接收天线。当转动接收天线使得接收信号最强时，天线转过的角度即为导航台站相对于机轴的方位。缺点：实际的测量过程中，方向性图的最大值在某个角度范围内无法觉察出方向的偏离，称为不灵敏区 为减小不灵敏区，要求天线的方向性图足够尖锐2、最小值法 将接收天线的最小值对准来波方向，天线中心所转过的角度也就是导航台站相对于机轴方向的方位。零值点附近也存在一个不灵敏区。与最大值法相比，一般最小值法的不灵敏区较小，故其测角灵敏度要比最大值法高。3、比较信号法 如果将构

5、成天线方向性图的两个波束，部分的重叠起来，则可以获得一条等讯号线，如图所示。转动天线到两个波束的接收讯号强度相等的方向，即可确定出被测导航台的方位。灵敏度介于最大值法和最小值法之间。三、常用天线 天线是振幅式无线电导航系统的关键部件之一，正是依靠它才建立起接收信号幅度与导航角参量之间的对应关系。天线需要有一定特性的方向性图。常用天线？1、垂直天线 垂直天线是最简单的一类天线，也就是我们常说的线状天线。假设天线的长度为l,电波的磁场方向始终在水平面内，则由图可以容易得到接受天线所感应的电动势为：2、环状天线 矩形环状天线ABCD 如图所示 天线高度为h，宽为b 处于正常极化的电磁场内，假定电波磁

6、场方向在水平面内3、分集天线 如图所示，分集天线由两个垂直天线构成 可以把天线A,B 看作环状天线的两个垂直边，水平面方向性图仍是8 字型。分集天线比环状天线省去了水平边，对消除极化误差很有利。一、方位测量 无线电波传播时，相位与方位角之间没有直接的对应关系。一般多采用旋转天线方向性图和旋转无方向性天线两种方法。、相位法1、旋转天线方向性图 假若发射心型方向性图，在水平面内顺时针旋转；空间任意一点接收到的场强将是包络调制信号。包络相位与接收点的方位相关，称为可变相位信号。在方向性图最大值为某一事先确定的方位（航路VOR 通常采用地磁北向方位，终端VOR 通常采用跑道方位）时通过全向天线辐射基准

7、相位信号。通过测出包络相位和基准相位之间的相位差就可得到载体相对于基准方向的方位角。2、旋转无方向性天线 无方向性天线在辐射或接收电磁波时，本身是不含角坐标信息的。如果在一个平面内以一个固定的角频率旋转，则无论发射台（信标）还是接收台（测向器），其辐射或接收信号的相位，都将被天线的转动所调制。所调制的相位与观测点的角坐标有着一一对应的关系，这就是旋转无方向性天线进行测角的依据（DVOR）。在O 点设置一等幅发射机，同时将高频信号馈送到在水平面内沿半径为R 的圆周运动的无方向性天线A。3、基线方式 如图，沿确定的基准方向AB 并以一定的距离D 放置两个无方向性天线A、B，它们发射同相的电磁波。用

8、户处于远场U 点，通过接收A、B 的信号并比较它们的相位，则可得到SU 相对于基准轴AB 的角度，其关系如下：1、相位法并不要求天线有尖锐的方向性，用无方向性天线即可。2、相位差的范围则可能超过360 度（D），存在测相的模糊性（多值性）当D时，则不存在多值问题二、姿态测量 与基线方式相反，如果将基线固定在载体上，那么就可以实现姿态的测量。由于 姿态的三个角度：航向（yaw、）、俯仰(pitch、p)、横滚(roll、r)是互相独立的，因此为了阐述的方便，以航向和俯仰为主介绍其测量方法。2.2 距离测量原理 无论是距离，还是距离差、距离和的测量，它们的都是利用电磁波在均匀介质空间中传播式的直线性和等速性。距离主要有相位、频率和脉冲（时间）三种测量方法。