,導(dǎo)航原理與系統(tǒng),navigation principles and systems,倪育德,中國(guó)民航大學(xué),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,一、adf-ndb的發(fā)展歷史,20世紀(jì)20年代用于航空導(dǎo)航，是航空使用的最早導(dǎo)航系統(tǒng)；,目前世界上仍有大量的ndb；,最先進(jìn)的飛機(jī)仍加裝adf；,ndb的裝備量在世界范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì)。,adf-ndb是近程振幅測(cè)角導(dǎo)航系統(tǒng)，只能用于輔助導(dǎo)航。,第2章 自動(dòng)定向機(jī),2.1 概述,2.2 環(huán)形天線特性分析,2.4 無(wú)方向信標(biāo),2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,navigation principles and systems,2.3 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)特征及其形成,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,二、adf的特點(diǎn),體積小，重量輕，價(jià)格便宜，使用方便；,可以使用無(wú)方向信標(biāo)（ndb）、海岸信標(biāo)、民用無(wú)線電調(diào)幅廣播臺(tái)輻射的信號(hào)；,受天波干擾大，測(cè)角誤差大（5）。,adf-ndb只能用于輔助導(dǎo)航,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,三、adf-ndb的發(fā)展趨勢(shì),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,四、adf-ndb在導(dǎo)航中的應(yīng)用（1）,1. 定位,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,四、adf-ndb在導(dǎo)航中的應(yīng)用（2）,2. 導(dǎo)航,能連續(xù)自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)地面導(dǎo)航臺(tái)，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，使飛機(jī)沿給定的航路飛行；,作為ils的“引進(jìn)系統(tǒng)”，將飛機(jī)引至ils提供的下滑線。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,五、振幅測(cè)向系統(tǒng)的一般特性（1）,1. 振幅測(cè)向系統(tǒng)的定義,振幅測(cè)向系統(tǒng)是指將電信號(hào)的振幅（或調(diào)制度）與方位信息建立依從關(guān)系，從而完成對(duì)方位角測(cè)量的一種導(dǎo)航系統(tǒng)。,2. 振幅測(cè)向系統(tǒng)的分類(lèi),e型：e(t)=em()(1+mcost)cosct,m型：e(t)=em 1+ m()costcosct,不論是電信號(hào)的振幅em還是其調(diào)制度m ，它們與方位信息建立依從關(guān)系是靠方向性天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,五、振幅測(cè)向系統(tǒng)的一般特性（2）,3. 振幅測(cè)向系統(tǒng)測(cè)角的方法（1）,最大值法,抗干擾性好；,不靈敏區(qū)大（n大）；,導(dǎo)航臺(tái)偏離的方向不可知。,2.1 概 述,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,五、振幅測(cè)向系統(tǒng)的一般特性（3）,3. 振幅測(cè)向系統(tǒng)測(cè)角的方法（2）,最小值法,抗干擾性較差；,不靈敏區(qū)小（n?。?導(dǎo)航臺(tái)偏離的方向可知。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.1 概 述,五、振幅測(cè)向系統(tǒng)的一般特性（4）,3. 振幅測(cè)向系統(tǒng)測(cè)角的方法（3）,等信號(hào)法（比較信號(hào)法）,抗干擾性較好；,不靈敏區(qū)較?。╪較小）；,導(dǎo)航臺(tái)偏離的方向可知。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.2 環(huán)形天線特性分析,一、天線的感應(yīng)信號(hào)（1）,天線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：(t)=ab(t)+cd(t),設(shè)o點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為：e0(t)=em0sinct,行程差：,相位差：,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.2 環(huán)形天線特性分析,一、天線的感應(yīng)信號(hào)（2）, (t)=ab(t)+cd(t),=,=,天線在水平面的方向性函數(shù),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.2 環(huán)形天線特性分析,一、天線的感應(yīng)信號(hào)（3）,e0(t)=em0sinct,天線在水平面具有方向性；,e0(t)與(t)存在90相位差。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.2 環(huán)形天線特性分析,二、天線的方向性圖（1）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.2 環(huán)形天線特性分析,二、天線的方向性圖（2）,環(huán)形天線在水平面具有“8”字形方向性圖，而在垂直面則沒(méi)有方向性；,在水平面的90、 270 方向具有最小值（0）， 0 、 180方向具有最大值。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.3 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)特征及其形成,一、e型測(cè)向信號(hào)的特征及其形成,e(t)=em()(1+mcost)cosct,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.3 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)特征及其形成,二、m型測(cè)向信號(hào)的特征及其形成（1）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.3 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)特征及其形成,二、m型測(cè)向信號(hào)的特征及其形成（2）,e(t)=em1+m()costcosct=emcosct+emm()costcosct,e1(t)=em1cosct,e2(t)=em2f()costcosct,信標(biāo),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.3 振幅導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)特征及其形成,二、m型測(cè)向信號(hào)的特征及其形成（3）,e(t)=um1+m()costcosct=umcosct+umm()costcosct,adf,ndb的輻射場(chǎng)：e(t)=emcosct,u1(t)=um1cosct,u2(t)=um2f()sinct,u3(t)=um3f()costcosct,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),一、ndb的一般特性（1）,ndb是專(zhuān)為adf提供導(dǎo)航信號(hào)的導(dǎo)航臺(tái)；,工作種類(lèi)有：,調(diào)幅報(bào),等幅報(bào),調(diào)幅話(huà),輻射功率與作用距離,航路ndb：p=100w， r=200nm；,終端ndb：p=50w， r=25nm；,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),一、ndb的一般特性（2）,工作頻段與波道,f =190.00535.00khz，f =1khz，共345個(gè)頻道。,波的傳播與極化方式,地波傳播；,垂直極化。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),一、ndb的一般特性（3）,天線,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),二、莫爾斯（morse）識(shí)別碼（1）,每個(gè)ndb臺(tái)都必須輻射臺(tái)站識(shí)別碼，否則其輻射的場(chǎng)無(wú)效；,一個(gè)ndb臺(tái)的臺(tái)站識(shí)別碼一般是本地地名的23個(gè)英文字母縮寫(xiě)的morse電報(bào)碼；,icao規(guī)定：,“點(diǎn)”的持續(xù)時(shí)間為0.10.160 s ，“劃”的持續(xù)時(shí)間為“點(diǎn)”的3倍，即0.30.480s ；,一個(gè)碼字的“傳號(hào)”之間的間隔為“點(diǎn)”的持續(xù)時(shí)間，碼字與碼字之間的間隔為“劃”的持續(xù)時(shí)間 。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),二、莫爾斯（morse）識(shí)別碼（2）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),二、莫爾斯（morse）識(shí)別碼（3）,第1次輻射識(shí)別碼到第2次輻射識(shí)別碼的時(shí)間t為識(shí)別碼的輻射周期；,f=1/t，f為識(shí)別碼的重復(fù)率；,識(shí)別音頻的頻率為1020hz50hz,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),三、ndb的工作過(guò)程（1）,ndb應(yīng)完成的任務(wù)：,輻射導(dǎo)航信號(hào)，供adf定向；,輻射臺(tái)站識(shí)別信號(hào)；,輻射話(huà)音信號(hào)（中國(guó)民航不使用話(huà)音功能）。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),三、ndb的工作過(guò)程（2）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),三、ndb的工作過(guò)程（3）,等幅報(bào),發(fā)射效率較高，作用距離較遠(yuǎn)；,在“空號(hào)”期間ndb無(wú)信號(hào)輻射，會(huì)造成方位指示器抖動(dòng)；,航路ndb可以工作在“等幅報(bào)”狀態(tài)。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),三、ndb的工作過(guò)程（4）,調(diào)幅報(bào),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.4 無(wú)方向信標(biāo),三、ndb的工作過(guò)程（5）,調(diào)幅報(bào),發(fā)射效率較低，作用距離較近；,在“空號(hào)”期間及不輻射識(shí)別碼期間，ndb發(fā)射等幅載波，在“傳號(hào)”期間，發(fā)射調(diào)幅波；,終端ndb必須工作在“調(diào)幅報(bào)”狀態(tài)。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,一、adf的一般特性（1）,工作頻段與波道,f =190.00535.00khz，f =1khz，共345個(gè)頻道。,波的傳播與極化方式,地波傳播；,垂直極化。,工作體制,m型最小值測(cè)向系統(tǒng),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,一、adf的一般特性（2）,所測(cè)角度,adf形成的m型信號(hào)中，調(diào)制度m()蘊(yùn)含了相對(duì)方位角信息。,1：飛機(jī)（磁）方位（角）,2：電臺(tái)（磁）方位（角）,3：電臺(tái)（磁）航向（角）/相對(duì)方位角,4：飛機(jī)（磁）航向（角）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,二、adf的組成與功用（1）,天線系統(tǒng)：包括垂直天線、環(huán)型天線與測(cè)角器。,接收機(jī)：超外差式；形成m型調(diào)幅信號(hào)，并將rf調(diào)幅信號(hào)處理成低頻信號(hào)。,控制盒：控制工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，選頻，調(diào)諧。,方位指示器：電磁指示器（rmi）/電距離磁指示器（rdmi），能指示出飛機(jī)方位、電臺(tái)方位、飛機(jī)航向及相對(duì)方位角。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,二、adf的組成與功用（2）,700型自動(dòng)定向機(jī)系統(tǒng)的組成：1.adf-7oo接收機(jī)；2.控制盒fp-7o2； 3.指示器rdmi-743；4.組合式環(huán)形垂直天線dfa-701。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,三、adf在飛機(jī)上的安裝,天線與接收機(jī)連接及布線的比較 (a)以前的；(b)現(xiàn)在的。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（1）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,1. 方向性天線的旋轉(zhuǎn),四、adf的工作過(guò)程（2）,m型測(cè)向系統(tǒng)的信號(hào)格式：u(t)=um1+m()costcosct,m() 與f()具有相同的方向性，也即只要旋轉(zhuǎn)f()，就達(dá)到了旋轉(zhuǎn)m()的目的，從而利用旋轉(zhuǎn)m()確定ndb臺(tái)的方位。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,2. 測(cè)角器（1）,四、adf的工作過(guò)程（2）,三個(gè)組成部分：,第1部分：兩個(gè)相互垂直的環(huán)形天線,第2部分：兩個(gè)相互垂直的裝在一個(gè)共用軸上的固定線圈,第3部分：搜索線圈（可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,2. 測(cè)角器（2）,四、adf的工作過(guò)程（2）,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,2. 測(cè)角器（3）,四、adf的工作過(guò)程（2）,環(huán)形天線結(jié)構(gòu),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（3）,2. 測(cè)角器（4）,設(shè)ndb的輻射場(chǎng)傳至o處為：,e0(t)=em0sint,天線a-a1的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：,ua(t)=umcoscost,天線b-b1的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： ub(t)=umsincost,流過(guò)線圈a-a1的電流： ia(t)=imcoscost,流過(guò)線圈b-b1的電流： ib(t)=imsincost,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（4）,2. 測(cè)角器（5）,ia(t)產(chǎn)生的磁場(chǎng)：,ha=hmcoscost0,ib(t)產(chǎn)生的磁場(chǎng)：,hb=hmsincost90,h=ha+hb=hmcost,h1=hmsin()cost=hmsin()cost,搜索線圈c-c1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：,uc(t)=umcsin()cost,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,搜索線圈c-c1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：,uc(t)=umcsin()cost,四、adf的工作過(guò)程（5）,2. 測(cè)角器（6）,令uc()=umcsin(),搜索線圈c-c1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即作為“測(cè)角器”的輸出，該“誤差信號(hào)”將使“伺服電機(jī)”帶動(dòng)搜索線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，一直到最小值方向?qū)?zhǔn)導(dǎo)航臺(tái)為止。,當(dāng)uc(t)=0，即=（uc()的最小值方向?qū)?zhǔn)了ndb臺(tái)）時(shí)，搜索線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,搜索線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)電磁指示器（rmi）的“同步發(fā)送器”，使rmi的指針與搜索線圈同步轉(zhuǎn)動(dòng)。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（6）,3. rmi的組成及對(duì)方位的指示（1）,三個(gè)組成部分：,第1部分：，固定不動(dòng)，與機(jī)頭方向一致,第2部分：指針，總是指向ndb/vor臺(tái),第3部分：羅牌，隨地磁而轉(zhuǎn)動(dòng),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（7）,3. rmi的組成及對(duì)方位的指示（2）,ndb,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（8）,3. rmi的組成及對(duì)方位的指示（3）,指針尾部所指的為飛機(jī)的磁方位角1,指針頭部所指的為ndb臺(tái)的磁方位角2,對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為飛機(jī)的磁航向4,與指針頭部之間的順時(shí)針夾角為相對(duì)方位角3,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（8）,4. rdmi的組成及對(duì)方位的指示,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（8）,5. adf的方位信息在efis上的顯示畫(huà)面,efis:電子飛行儀表系統(tǒng),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,6. 接收機(jī)的工作過(guò)程（1）,四、adf的工作過(guò)程（9）,u1(t)=um1sin()cost,u2(t)=um2sin()sint,u3(t)=um3cost,u4(t)=um4sin()costsint,u5(t)=um5sint,m型測(cè)向信號(hào),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（10）,6. 接收機(jī)的工作過(guò)程（2）,u7(t)=um71+ksin()cost,u8(t)=um8sin()cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2),中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（10）,7. 搜索線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)（1）,u3(t)=um3cost加到伺服電機(jī)的激磁線圈,u9(t)=um9sin()cos(t/2)加到伺服電機(jī)的控制線圈,ndb臺(tái)在飛機(jī)右側(cè),u3(t)=um3cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2),=/2，ud(t)=1，電機(jī)帶動(dòng)搜索線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到最小值對(duì)準(zhǔn)了ndb臺(tái)。,中國(guó)民航大學(xué) cauc,2.5 自動(dòng)定向機(jī)工作原理,四、adf的工作過(guò)程（10）,7. 搜索線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)（2）,ndb臺(tái)在飛機(jī)左側(cè),u3(t)=um3cost,u9(t)=um9sin()cos(t/2) =um9sin()cos(t