无线电导航基本原理(1-2)第2章

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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

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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。

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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。

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2.1 角测量原理 导航中的角参量可以分为两类：– 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。

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2.1.1、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

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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 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。

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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。

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E型测向器 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

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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，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 ：

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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

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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。

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3、比较信号法 如果将构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。

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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？?

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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：

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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， – 假定电波磁场方向在 水平面内

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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。

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2.1.2、相位法 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。

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