第四讲-无线电振幅导航系统

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1、上海海事大学上海海事大学应士君应士君2022年年5月月30日星期一日星期一2022-5-30第四讲第四讲2022-5-30 一战时，被用于引导船只的一战时，被用于引导船只的归航和出航归航和出航，并很快，并很快发展到对发展到对飞机的导航飞机的导航。 振幅导航系统的缺点：测向（测角）精度不高振幅导航系统的缺点：测向（测角）精度不高 振幅导航系统的发展：振幅系统还会振幅导航系统的发展：振幅系统还会继续使用继续使用，但未来的发展将更多地采取但未来的发展将更多地采取组合方式组合方式，如与，如与GPS卫星定位系统结合；仪表着陆系统和微波着陆系卫星定位系统结合；仪表着陆系统和微波着陆系统、卫星着陆系统等组成

2、的多模式接收机（统、卫星着陆系统等组成的多模式接收机（MMR）。）。2022-5-30 一般概念一般概念 无线电振幅导航系统：信号振幅无线电振幅导航系统：信号振幅导航参导航参数（一般是数（一般是角坐标角坐标）。）。 振幅导航系统振幅导航系统一般用于一般用于运载体的运载体的测向测向，通过，通过自动测向仪引导飞机、船只朝向或离开导航自动测向仪引导飞机、船只朝向或离开导航台，并可利用两个或两个以上的导航台台，并可利用两个或两个以上的导航台实现实现定位定位；或者通过仪表着陆系统实现飞机的；或者通过仪表着陆系统实现飞机的下下滑着陆功能。滑着陆功能。 2022-5-30无线电振幅导航系统无线电振幅导航系统

3、地面导航台地面导航台（信标台、航向（下滑）台）（信标台、航向（下滑）台）运载体上的测向器运载体上的测向器（无线电罗盘或定向接收机）（无线电罗盘或定向接收机）工作波段为长波、中波或短波，覆盖范围可达几百千米工作波段为长波、中波或短波，覆盖范围可达几百千米发射有一发射有一定方向或定方向或全向无线全向无线电信号电信号接收信号和接收信号和实施定向实施定向2022-5-30 运载体需要事先知道信标台的准确的地理坐运载体需要事先知道信标台的准确的地理坐标、发射频率、发射形式、台站识别码、工标、发射频率、发射形式、台站识别码、工作时间等参数作时间等参数导航台站的发射信号导航台站的发射信号识别信号识别信号工作

4、信号工作信号辅助信号辅助信号识别地面导航台识别地面导航台测量导航参量测量导航参量传送某些辅助信息传送某些辅助信息角度测量的精度为角度测量的精度为 1 1 5 5 。2022-5-30利用载波信号振幅的调制深度变化进行测向利用载波信号振幅的调制深度变化进行测向利用载波信号振幅本身的变化来实现测向利用载波信号振幅本身的变化来实现测向测角方法测角方法最大值法最大值法最小值法最小值法等信号比较法等信号比较法获取角参获取角参量的方式量的方式E E型型M M型型2022-5-30方位方位的无线电测量法的无线电测量法 在在E型方式中，无线电信号的调制深度保持型方式中，无线电信号的调制深度保持不变，载波信号的

5、幅度不变，载波信号的幅度E与导航角参量与导航角参量建立建立起起EE（）的依从关系；而的依从关系；而M型工作方式型工作方式则在其工作区内保持载波信号幅度大于规定则在其工作区内保持载波信号幅度大于规定的数值，用信号的调制深度的数值，用信号的调制深度m和和建立起建立起mm（）的关系。的关系。 2022-5-30一、最大值法一、最大值法 方向性图的最大值处有一个机载测向器无法分辨的幅值范方向性图的最大值处有一个机载测向器无法分辨的幅值范围围U，所对应的角度区域称为不灵敏区，要求天线的方，所对应的角度区域称为不灵敏区，要求天线的方向性图足够尖锐，并且输入信噪比尽可能高。向性图足够尖锐，并且输入信噪比尽可

6、能高。 2022-5-30二、最小值法二、最小值法 最小值法在零值点附近也存在不灵敏区最小值法在零值点附近也存在不灵敏区N，但该法的不灵敏，但该法的不灵敏区相对较小，其测向精度也比最大值法要高。另外当天线方区相对较小，其测向精度也比最大值法要高。另外当天线方向性图的两个波束采用不同的调制频率时，可以比较容易地向性图的两个波束采用不同的调制频率时，可以比较容易地判断出导航台偏离最小值点轴线的方向。判断出导航台偏离最小值点轴线的方向。 2022-5-30三、等信号法（比较信号）三、等信号法（比较信号） 采用部分重合的双针状方向性图天线，当两个波束的接收信号相等时，即采用部分重合的双针状方向性图天线

7、，当两个波束的接收信号相等时，即可获得一条等信号线的方向。转动天线，使天线两个波束的接收信号强度可获得一条等信号线的方向。转动天线，使天线两个波束的接收信号强度相等，即可确定出导航台的方位。其不灵敏区相等，即可确定出导航台的方位。其不灵敏区N和测向精度均介于最大和测向精度均介于最大值法和最小值法之间，并且也能判断出被测导航台偏离等信号线的方向。值法和最小值法之间，并且也能判断出被测导航台偏离等信号线的方向。2022-5-30 最小值法最小值法测量灵敏度和精度较高测量灵敏度和精度较高 最大值法最大值法信噪比最大，而天线制作的难信噪比最大，而天线制作的难易程度是最大值法较难易程度是最大值法较难 等

8、信号法等信号法性能表现都是居中性能表现都是居中 由于由于最小值法最小值法不灵敏区较小，在高频、超高不灵敏区较小，在高频、超高频、甚高频以及微波频段，均可获得所要求频、甚高频以及微波频段，均可获得所要求的方向性图，因此的方向性图，因此应用场合较多应用场合较多。2022-5-30振幅导航系统的天线特性和信号特征振幅导航系统的天线特性和信号特征 一、环形天线的特性分析一、环形天线的特性分析 二、对方向性天线的要求二、对方向性天线的要求在工作过程中方向性图的形状稳定；在工作过程中方向性图的形状稳定；灵敏度要高，不灵敏区间要小；灵敏度要高，不灵敏区间要小；天线的方向性图在信号测量处的幅度变化率有天线的方

9、向性图在信号测量处的幅度变化率有要求；要求； 最后制作要简单。最后制作要简单。2022-5-30 设原点设原点O处的电场强度为处的电场强度为E=E0sint。 整个环形天线的感应电动势等整个环形天线的感应电动势等于于AB和和CD边内的感应电动势边内的感应电动势之和，即之和，即e=eAB+eCD 而而eAB=E0hsin(t+bcos/) eCD=-E0hsin(t-bcos/) 所以所以e=2E0hsin(bcos)/cost 设沿地球表面传播的电波方向设沿地球表面传播的电波方向S Sk k与环形天线平面的夹角为与环形天线平面的夹角为 ，根据电磁场理论，与根据电磁场理论，与S Sk k垂直的是

10、电场垂直的是电场E E与磁场与磁场H H。2022-5-30e=2E0hsin (bcos)/ cost 令令Em=2E0hsin (bcos)/ 则则eEmcost 若若b/1Em=2E0 h(b/) cos，令，令Em max(2bh/) E0，是个固定常数是个固定常数 所以所以 Em= Em maxcos。 该式反映了环形天线平面和电波传播方向之间的夹角该式反映了环形天线平面和电波传播方向之间的夹角与感与感应电动势的关系。应电动势的关系。 矩形环形天线的感应电动势（矩形环形天线的感应电动势（eEmcost）超前于电场）超前于电场（E=E0sint）90 ，并且当，并且当在在-90 +90

11、 之间时，感应电之间时，感应电动势为正值；动势为正值；在在90 270 时，电动势为负值。时，电动势为负值。 2022-5-30 环形天线的环形天线的“8”字形方向性图有最小值，可采用最小值法测字形方向性图有最小值，可采用最小值法测向，并且结构简单、容易制作、体积小、质量轻，适宜于在向，并且结构简单、容易制作、体积小、质量轻，适宜于在运载体上安放，一般工作于中、短波段的测向系统中。分集运载体上安放，一般工作于中、短波段的测向系统中。分集天线的方向性图与环形天线基本一致。天线的方向性图与环形天线基本一致。 2022-5-30E型测向信号的形成及其特征型测向信号的形成及其特征 设地面导航信标台设地