1、第3章 多普勒甚高頻全向信標3.1 概述3.2 VOR的一般特性3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 3.5 DVOR信標的工作原理 3.6 VRB-51D多普勒全向信標 Navigation Principles and Systems3.7 VOR機載系統(tǒng)3.3 VOR在導航中的應用中國民航大學 CAUC3.1 概 述一、VOR的發(fā)展歷史 由美國從20世紀20年代的“旋轉信標”發(fā)展而來； 1946年作為美國航空標準導航系統(tǒng)； 1949年被ICAO采納為國際標準導航系統(tǒng)； 20世紀60年代，聯(lián)邦德國研制出DVOR； VOR的裝備量在世界范圍內呈上升趨勢。VOR是高精度的近程相位測角導航系統(tǒng)

2、中國民航大學 CAUC3.1 概 述 1964年：首次引進4套THOMSON的電子管式CVOR ，安裝在大王莊、無錫、昆明和英德 ； 1973年：引進10套THOMSON的全晶體管化CVOR ； 1987年：引進13套RACAL的全固態(tài)DVOR ； 1988年：引進12套THOMSON的DVOR ； 1993年開始：引進AWA的DVOR 150多套； 1998年開始：引進ALCATEL/THALES的DVOR 多套；截止2009年：建設DVOR 233套，DME 臺337 二、中國民航使用VOR的情況中國民航大學 CAUC3.1 概 述三、VOR的發(fā)展趨勢中國民航大學 CAUC一、工作頻段與頻

3、道分配（1）3.2 VOR的一般特性1. 工作頻段 f =108.00117.95MHz，f =0.05MHz，共200個頻道，VOR只用其中的160個頻道。2. 頻道分配（1）200個頻道(108.oo117.95MHz)VOR：160個頻道(108.00117.95MHz)LOC：40個頻道(108.10111.95MHz)航路VOR：120個頻道(112.00117.95MHz)終端VOR：40個頻道(108.00111.85MHz) ICAO建議，對于航路VOR，應優(yōu)先選用112117.95MHz范圍內小數點后第一位為奇數的頻率，然后考慮該頻率范圍內小數點后第一位為偶數的頻率。 中國民

4、航大學 CAUC3.2 VOR的一般特性一、工作頻段與頻道分配（2）2. 頻道分配（2） 在108.00111.95MHz之間的80個頻道，40個分配給LOC，40個給終端區(qū)VOR。 LOC只用在108.00111.95MHz中的以MHz為單位的小數點后第一位是奇數的頻率點 ； 終端VOR只用在108.00111.95MHz中的以MHz為單位的小數點后第一位是偶數的頻率點（其中108.00MHz只用于機載VOR接收機的自檢RF） ；中國民航大學 CAUC3.2 VOR的一般特性二、波的傳播、極化形式及覆蓋范圍 視距傳播 ； 水平極化 ； VOR 信標提供的信號必須在40仰角以下，使機載VOR接

5、收機在飛行區(qū)域所要求的高度和距離上滿意地工作。 三、輻射功率與作用距離 航路VOR：P=100W， R=200nm； 終端VOR：P=50W， R=25nm。中國民航大學 CAUC3.2 VOR的一般特性中國民航大學 CAUC四、分類與精度3.2 VOR的一般特性 常規(guī)VOR（CVOR）：2 多普勒VOR（DVOR）：1 精密VOR（PVOR）：0.25 中國民航大學 CAUC3.3 VOR在導航中的應用一、定位NMLALBVOR/DMENNVOR-AVOR-BBAMLALB 定位 定位中國民航大學 CAUC二、沿選定航路導航3.3 VOR在導航中的應用NNVOR-AVOR-B609030中國

6、民航大學 CAUC三、利用VOR/VOR或VOR/DME實行區(qū)域導航3.3 VOR在導航中的應用中國民航大學 CAUC3.3 VOR在導航中的應用三、利用VOR/DME實施近進中國民航大學 CAUCVOR系統(tǒng)的基本原理中國民航大學 CAUCVOR系統(tǒng)的基本原理VOR信標輻射信號可變相位信號基準相位信號識別信號話音信號中國民航大學 CAUC基準相位信號的發(fā)射先用30Hz對9960Hz副載波調頻，然后調頻副載波再對載波調幅。而30Hz調頻信號的相位在 VOR臺周圍 360方位上是相同的。CVOR中國民航大學 CAUC基準相位信號波形CVOR中國民航大學 CAUC可變相位信號的發(fā)射CVOR+中國民航

7、大學 CAUC合成輻射場為旋轉的心形方向性圖中國民航大學 CAUCVOR空間合成信號波形圖e(t)=Em1+m Bg0(t)+mCgm(t)+mAcos(t- )+mfcos st+kfsintcost 話音信號 鍵控1020Hz識別音頻信號 中國民航大學 CAUCCVOR中國民航大學 CAUC基準和可變30HZ的相位關系設當心形方向性圖的最大值在磁北時，9960HZ副載波的頻率為10440HZ。北 10440HZ東 9960HZ南 9480HZ西 9960HZ中國民航大學 CAUC一、多普勒效應（1） 當發(fā)射天線與接收天線之間存在相對運動時，接收天線感應的電動勢的頻率就不再等于發(fā)射天線饋電的

8、頻率，這種現象就稱作多普勒效應。 fd = fTfR 3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 fR fT vT R 中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 一、多普勒效應（2） 1.接收天線不動，發(fā)射天線向著接收天線在同一直線上運動 fR fT vT R fd與運動速度v成正比中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 一、多普勒效應（3） 2.接收天線不動，發(fā)射天線遠離接收天線在同一直線上運動 fR fT vT R fd與運動速度v成正比中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 一、多普勒效應（4） 3.接收天線不動，發(fā)射天線繞圓周

9、運動（1） fdfdmfdmtA B C D AR中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 一、多普勒效應（5） 3.接收天線不動，發(fā)射天線繞圓周運動（2）vR1=vRsintfdm為多普勒頻率的最大值在磁北方向在方向相位中含有方位信息中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 一、多普勒效應（6） 3.接收天線不動，發(fā)射天線繞圓周運動（3）NfdtfdtfdtfdtooooESW中國民航大學 CAUC二、30Hz可變相位信號的產生（1）3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 在方向接收信號的頻率fR= fT fd= fT fdmsin(t+)在方向接收的

10、信號為調頻波，其中調制信號為sin(t+)在DVOR中，稱為30Hz可變相位信號（30Hz FM）中國民航大學 CAUC3.4 DVOR系統(tǒng)可變相位信號的產生 二、30Hz可變相位信號的產生（2）fR= fT fd= fT fdmsin(t+) 設發(fā)射天線的饋電為i(t)= Im cosTt , T = 2fT,在方位上接收的信號為e(t)= Emcos(t)，則 （FM波）中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 中國民航大學 CAUC一、DVOR信標的輻射場（1）3.5 DVOR信標的工作原理 30Hz基準相位信號（30Hz AM） 30Hz AM信號與30Hz FM信號同頻3

11、0Hz AM信號的相位與無關在N方向，30Hz AM信號與30Hz FM信號同相30Hz基準相位信號：sint 中國民航大學 CAUC一、DVOR信標的輻射場（2）3.5 DVOR信標的工作原理 30Hz基準相位信號（30Hz AM）： sint 30Hz AM信號與30Hz FM信號相位之間的關系在N方向，30Hz AM信號與30Hz FM信號同相30Hz可變相位信號（30Hz FM）： sin(t +)在非N方向，30Hz FM信號的相位總是超前30Hz AM信號的相位。 30Hz AM信號與30Hz FM信號之間的相位差代表飛機的磁方位（或稱為VOR徑向角）中國民航大學 CAUC3.5

12、DVOR信標的工作原理 一、DVOR信標的輻射場（3）DVORN30Hz AM tt30Hz FM =0tttttto o o 30Hz AM o =9030Hz AM 30Hz FM 30Hz FM =180o o 30Hz AM 30Hz FM o o =270中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 一、DVOR信標的輻射場（4）e (t)= Em1+m Asint+mfcosst+kfcos(t+)cost 調頻副載波e(t)=Em1+m Bg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos st+kfcos( t+)cost 話音信號 鍵控1020Hz識別音頻信號 中國

13、民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 一、DVOR信標的輻射場（5）載波頻率：f =108.00117.95MHz 副載波頻率:FS=9960Hz1% 30Hz AM、30Hz FM信號頻率：F=30Hz1%（=2F） 調頻指數：kf=2R/=161（即最大頻偏Fm=480Hz30Hz） mA=30%2%，mf=30%2%，m B最大不超過30% ， m C盡量接近（但不超過）10% e(t)=Em1+m Bg0(t)+mCgm(t)+mAsint+mfcos st+kfcos( t+)cost 話音信號 鍵控1020Hz識別音頻信號 識別音頻頻率：1020Hz50Hz 中國民航不

14、使用DVOR的話音功能 中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 一、DVOR信標的輻射場（6） DVOR的RF輻射場（不包括話音和識別）調頻副載波中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 DVOR輻射場的幅度譜 （不包括話音）一、DVOR信標的輻射場（7）中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（1）調幅電路功放載波發(fā)生器N模擬開關1020Hz音頻信號發(fā)生器Morse碼發(fā)生器30Hz AM信號發(fā)生器上邊帶振蕩器f+9960Hz下邊帶振蕩器f-9960Hz功放功放開關網絡12523242627234748RcostoUSBLSBg

15、m(t)sintiL(t)iU(t)USBLSB取樣載波載波發(fā)射機邊帶發(fā)射機中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（2） 1.天線系統(tǒng)（1）載波天線： 1個邊帶天線： 48個，50個，52個監(jiān)視天線： 1個或2個（折疊式偶極子天線 ）阿爾福特（Alford）天線 水平面垂直面頂空盲區(qū)中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（3） 1.天線系統(tǒng)（2）（直徑約30.5m） 相鄰的兩個邊帶天線相距7.5 中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（4） 1.天線系統(tǒng)（3）中國民航大

16、學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（5） 1.天線系統(tǒng)（4）天線直徑布設邊帶天線的圓周直徑的計算 取VOR工作頻率范圍的中間值fT=113MHz，則= 2.65m 。 Kf 取其標稱值16。 D=13.5m中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（4） 1.天線系統(tǒng)（5）地網地網直徑一般在30.5米左右中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（4） 1.天線系統(tǒng)（5）地網中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（6）e0(t)=Em01mA

17、sintmf1gm(t)cost 鍵控1020Hz識別音頻 2.輻射場的形成（1） 1）載波天線的輻射場調幅電路功放載波發(fā)生器N模擬開關1020Hz音頻信號發(fā)生器Morse碼發(fā)生器30Hz AM信號發(fā)生器12523242627234748RcostoUSBLSBgm(t)sint載波發(fā)射機2.輻射場的形成（1）載波天線的輻射場中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（7）N上邊帶振蕩器f+9960Hz下邊帶振蕩器f-9960Hz功放功放開關網絡12523242627234748RoUSBLSBiL(t)iU(t)USBLSB邊帶發(fā)射機2.輻射場的形成（2

18、）iU(t)=Im cos(+s)t 以旋轉iL(t)=Im cos(s)t 以旋轉邊帶天線的輻射場中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 2.輻射場的形成（3）邊帶天線的輻射場二、DVOR信標的工作過程（8）同步旋轉USB、LSB信號在方向的輻射場便為eUL(t) UL中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 2.輻射場的形成（4）二、DVOR信標的工作過程（9）DVOR信標在方向的輻射場e(t)=e0(t)+eUL(t) = Em01+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost 中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工

19、作原理 3.邊帶天線的饋電 （1）二、DVOR信標的工作過程（10）奇混合函數： fo(t)=sin21440t 偶混合函數： fe(t)=cos21440t fo(t)+ fe(t) =1 中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（11）3.邊帶天線的饋電 （2）A1B1C1D1A2B2C2D2調幅電路LSB振蕩器f9960Hz功放USB振蕩器f+9960Hz功放調幅電路奇、偶混合函數產生器奇、偶混合函數奇、偶混合函數取樣載波奇LSB偶LSB奇USB偶USB1232628224252722中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVO

20、R信標的工作過程（12）3.邊帶天線的饋電 （3）間隔1/720 S依次接通中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（12）3.邊帶天線的饋電 （3）間隔1/1440S后2天線接通，間隔1/720S依次接通中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（12）3.邊帶天線的饋電 （3）中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（12）3.邊帶天線的饋電 （3）中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 二、DVOR信標的工作過程（12）3.邊帶天線的饋電 （3）中國民航大學

21、 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （1）二、DVOR信標的工作過程（14） DVOR信標在方向的輻射場e(t)=Em01+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cost sint，gm(t) 對載波的調幅是在機內實現的；cosst+kf cos( t+)對載波的調幅是在空間疊加實現的，是由輻射的USB、LSB及載波三者在空間疊加而成的。N12523242627234748oUSBLSBf中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （2）二、DVOR信標的工作過程（15）

22、 調幅波的性質調制信號u(t)=Ucos(t+) ，載波uc(t)=Uccos(ct+c) u(t)=Uc1+macos(t+)cos(ct+c) =Uccos(ct+c)+0.5maUccos(c+)t+(c+) +0.5maUccos(c)t+(c) 中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （3）二、DVOR信標的工作過程（16） 調幅波的性質u(t)=Uccos(ct+c)+0.5maUccos(c+)t+(c+) +0.5maUccos(c)t+(c) 幅度關系：上、下兩個邊帶信號的幅度相等，且ma=2Us/Uc1，Us為邊帶信號的幅度

23、。頻率關系：調幅信號有3個頻率分量，即載波c ，上邊頻c+和下邊頻c 。相位關系：1=t+， 2=t ，2=1，即USB超前（滯后）載波的相位等于LSB滯后（超前）載波的相位。中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （4）二、DVOR信標的工作過程（17） 調幅波的矢量圖表示0.5maUc0.5maUcOACBUcRcOA表示載波矢量OB表示USB矢量OC表示LSB矢量OA+OB=R中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （5）二、DVOR信標的工作過程（18） DVOR信標中，三個頻率分量之間

24、的關系輻射的USB： uU(t)=UUmcos(c+s) t+U 輻射的LSB： uL(t)=ULmcos(c-s) t - L 輻射的載波： uc(t)=Ucmcosct sUUmULOACBUcmRcsULm要使： uU(t) + uL(t) + uc(t) = AM，則要求：三個頻率分量： c，c+s ，c-s幅度關系：UUm=ULm=Um相位關系：U = L中國民航大學 CAUC3.5 DVOR信標的工作原理 4.載波、上邊帶與下邊帶之間的關系 （6）二、DVOR信標的工作過程（19） 如何判斷U = L ？調幅接收機示波器DVOR監(jiān)控天線調幅接收機的輸出送至示波器，作為判斷U 是否與

25、 L相等的監(jiān)視信號；sUUmULOACBUcmRcsULmR，180C，R，=OB+OC ，R=OB+OC將LSB矢量OC滯后180，得矢量OC ，； 若U=L ，則R，OA，此時示波器顯示的為直流信號。若示波器顯示的為直流信號，說明U=L ；若示波器顯示的不為直流信號，則調整U ，一直到示波器顯示為直流信號；去除對LSB矢量的180滯后，恢復OC。中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)一、VOR機載系統(tǒng)應完成的任務給出預選航道； 保證飛機沿預選的航道飛行； 自動測定相應角度（方位）。 中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)二、VOR航道（1）有方向的并且方向可以互易的VOR徑向線

26、 VOR航道可用OBS來定義，或用OBS定義預選航道。 NVOROBSNVOROBS中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)二、VOR航道（2）NNVOR-AVOR-B609030OBS= 6090中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（1）1.框圖 中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（2）2.關鍵點信號 u1(t)=Um11+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos( t+)cos2t 第二中頻，典型值為168.5kHz u2(t)=Um21+mAsint+mf1gm(t)+ mf cosst+kf cos(

27、 t+)u3(t)=Um3sintu4(t)=Um4cosst+kf cos( t+)u5(t)=Um5sin( t+)u6(t)=Um6sin( t+OBS)u7(t)=Um7sin( t+OBS/2)中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（3）3.航道偏離指示（1） u3(t)=Um3sintu6(t)=Um6sin( t+OBS)u1d(t)=K1dsin(OBS)驅動水平狀態(tài)指示器（HSI）的航道偏離桿 中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（4）3.航道偏離指示（2） 中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（5）3.航道偏離指示（3） 中國民航大學 CAUC3.6 VOR機載系統(tǒng)三、VOR機載接收機（6）3.航道偏離指示（4） NDVOROBS= A