民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)研究

摘 要：飛機導(dǎo)航功能的實現(xiàn)必須以飛機定位為基礎(chǔ)，而飛機定位是利用組合的DME以及VOR所形成的剛角距來實現(xiàn)的。文章首先闡述了民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理，然后對民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成進行了分析，保證了飛行安全。

關(guān)鍵詞：VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)；組合導(dǎo)航；機載設(shè)備

中圖分類號：V249.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0194-02

1 VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)概述

組合VOR-甚高頻全向無線電信標(biāo)以及DME-測距機所形成的導(dǎo)航系統(tǒng)便是VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)。而測量電臺方位以及飛機的測角系統(tǒng)是通過VOR來實現(xiàn)的。VOR作為一種區(qū)域性的導(dǎo)航設(shè)備，可以將不同的方位信息由地面臺傳遞至空中飛機，這樣飛機便很容易對地面臺的位置進行確立。而實現(xiàn)二次雷達(dá)系統(tǒng)的測量是通過測距機實現(xiàn)固定應(yīng)答器與詢問器之間的距離來實現(xiàn)的。因此，飛機定位的實現(xiàn)便應(yīng)用了VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)，可以將等待飛行的飛機引導(dǎo)進場、避開保護的空域，并實現(xiàn)航路與航路之間的間隔等。

2 民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理

從系統(tǒng)的工作原理來看，民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)可以在機載設(shè)備的基礎(chǔ)上對飛機的磁方位進行定位，實現(xiàn)測量信號之間的相位差，并接收由地面VOR臺所發(fā)射的不同信號等。以上磁方位又名VOR或徑向方位，而要想獲取電臺的磁方位，僅需將其反向180°便可獲得，在指示器上，飛機以及電臺的方位均可顯示出來。如果將VOR地面臺比作一個燈塔，那么光線便可以通過周邊不同的方位進行發(fā)射，并且可以發(fā)射旋轉(zhuǎn)光束等。同時，要想計算出觀察者的磁方位角，只需知道光速的旋轉(zhuǎn)速度以及記錄所發(fā)射的全方位光線轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)光束的間隔時間便可[1]。信號由VOR臺所發(fā)射時是一種低頻的信號，分為相當(dāng)于全方位光線的基本相位信號以及相對于旋轉(zhuǎn)光束的可變相位信號?？勺兿辔恍盘栐赩OR臺四周隨著徑向方位的不同，其相位也不同程度的發(fā)生著變化；而基本相位信號則不同，其在VOR臺四周任一方位上均擁有相同的相位。而飛機的磁方位決定了存在于可變相位信號與基準(zhǔn)之間的相位差。機載設(shè)備利用接收的VOR臺所發(fā)射信號將實現(xiàn)測量信號相位差，至此VOR方位以及飛機的磁方位便因此獲取了。而系統(tǒng)測距機測量工作的開始是利用機載詢問器將詢問脈沖對發(fā)射進程來開展的，地面信標(biāo)臺將會對以上脈沖進行接收，并出現(xiàn)50μs的延遲。以此為基礎(chǔ)，地面信標(biāo)臺將對發(fā)射的脈沖對進行回答，而機載詢問器利用脈沖對接收以及發(fā)射的經(jīng)過時間便可計算地面臺與飛機之間的斜距。最終，系統(tǒng)將利用距離指示器來將計算得出的信息顯示出來當(dāng)做一個常用的參數(shù)，3×108m/s的速度為電波的傳播速度。利用式（1）可以將地面信標(biāo)臺以及飛機間的斜距計算出來。

R=C/2（Tr-Td）-（Tr-Td）/τ（1）

式（1）中：τ-射頻電波的傳播速度為12.359，m/s；C-地面水平距離，m；Td-延遲時間，μs；Tr-脈沖從發(fā)射到接收的時間，μs；R-斜距，nm。

3 民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

3.1 VOR設(shè)備構(gòu)成

機載接收機以及地面全向方位導(dǎo)航臺從結(jié)構(gòu)組成上看構(gòu)成了VOR系統(tǒng)。其中定位誤差因較遠(yuǎn)的系統(tǒng)距離而相對較大，因此便出現(xiàn)了配合使用的DME。

3.1.1 地面設(shè)備

地面全方位導(dǎo)航臺發(fā)射功率高達(dá)50W，在25nm的不同距離中都可接收到，且一共有40個不同的波道，其頻率基本上都在108～111.95Hz中間，又名終端VOR臺。該導(dǎo)航臺相對于其它相同頻率的VOR臺來說，因其發(fā)射技術(shù)為低頻發(fā)射，所以并不會有干擾產(chǎn)生。但VOR的精度將由于密集的機場建筑物布局而受到影響，只可應(yīng)用在短距離的導(dǎo)航中。一般情況下，極坐標(biāo)定位系統(tǒng)的構(gòu)成是由DME以及終端VOR臺共同安裝的。終端VOR臺會與DME一起安裝，從而構(gòu)成極坐標(biāo)定位系統(tǒng)。將其與LOC安裝在一起，終端VOR臺將與跑道中心擁有一致的方位線，可以引導(dǎo)飛機著陸。而航路上的VOR為航路VOR，通常安裝在山頂?shù)葻o障礙物地點，能夠減少其所受干擾。此種設(shè)備的頻率在112～117.95Hz之間，共擁有頻道就120個。而若從工作的范圍出發(fā)，視距限制會影響到系統(tǒng)的工作范圍，VOR工作距離在飛機高達(dá)3萬英尺時要想達(dá)到200nm，那么其決定的因素包含了接受機的靈敏度、飛機高度以及發(fā)射功率等等。

3.1.2 機載設(shè)備

VOR機載設(shè)備如果從結(jié)構(gòu)組成出發(fā)，其構(gòu)成成分有天線、甚高頻接收機、指示儀表以及控制盒等，其方位處理措施各式各樣，設(shè)備的型號也豐富多彩，但卻擁有相似的功能。其中，駕駛員在導(dǎo)航與飛機定位時，將依據(jù)展示在指示器上的由接收機所供給的導(dǎo)航信息來確認(rèn)；而臺識別以及語音信息、向/背臺信號和方位信號等不同種信號便是由接收機來提供的，其接收并處理地面發(fā)射的方位信息；VOR的控制顯示由控制器來進行控制，其功能也不盡相同，包含了音量的控制、頻率的選擇以及按鈕的試驗等等?？刂坪性诂F(xiàn)代的飛機上共同使用了ILS、DME以及VOR系統(tǒng)。另外，為了避免機身將電波阻擋，一般會在垂直安定面或機身上進行安裝天線，此天線也是由LOC以及VOR所共用的天線。全向水平極化的方向圖在現(xiàn)實的應(yīng)用中出現(xiàn)在天線中，目的是為了在工作范圍內(nèi)接收更高頻率的信號。

3.2 DME設(shè)備構(gòu)成

DME系統(tǒng)二次雷達(dá)系統(tǒng)其構(gòu)成也包含了地面信標(biāo)以及機載設(shè)備等，其工作頻率在962～1213Hz之間，波道就有252個，間隔相鄰的波道的距離有1Hz。

3.2.1 土地面設(shè)備

DME地面信標(biāo)設(shè)備的類型豐富多彩，其中包括了控制單元、監(jiān)視器、電鍵盤、應(yīng)答器以及機內(nèi)測試設(shè)備等等。而由視頻信號處理、發(fā)射以及接收機的電路所構(gòu)成的應(yīng)答器是其中的主要設(shè)備。而接收、譯碼以及放大詢問信號的工作是由運行在DME中的接收器來完成的，發(fā)送、放大并產(chǎn)生脈沖對的進程則是由工作在DME中的發(fā)射機實現(xiàn)的。機載設(shè)備和地面設(shè)備在頻率的收發(fā)上一一對應(yīng)，與詢問頻率相比，測距信標(biāo)臺所發(fā)射的頻率以63Hz為標(biāo)準(zhǔn)，或高或低。而在民用DME中有52個不用波道，分別為60～69X、Y以及1～16X。地面DME在設(shè)計時便可在同一時間服務(wù)于不同的近百架飛機。

3.2.2 機載設(shè)備

距離指示器、控制盒、詢問器以及天線等設(shè)備從結(jié)構(gòu)組成出發(fā)便構(gòu)成了機載DME設(shè)備。其中的控制盒可以轉(zhuǎn)換電路以及控制發(fā)信機，其與VOR使用了一個相同的控制盒。收發(fā)信機構(gòu)成了詢問器，而脈沖對之間的接收、放大、譯碼、發(fā)射以及產(chǎn)生等均可在其中實現(xiàn)。而飛機到地面信標(biāo)臺斜距的計算以及回答脈沖的有效性均等是由詢問器中的距離計算電路來進行確保[2]。指示斜距的是距離指示器，其能顯示時間以及地速，而單個L波段天線的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)唯有在飛機沿著徑向線時才可獲取，其能接收以及發(fā)射信號，其工作頻率與VOR地面臺相配套存在。調(diào)定DME頻率的基礎(chǔ)是調(diào)諧好ILS頻率以及VOR，而DME設(shè)備將在工作時不間斷地對地面信標(biāo)臺進行詢問。

4 結(jié)束語

綜上所述，國內(nèi)民機利用現(xiàn)有的技術(shù)平臺以及技術(shù)進一步設(shè)計了適于民用飛機的導(dǎo)航系統(tǒng)，目的是為了更加安全地保障運行中的民用飛機，而為了飛行安全，在飛機的引導(dǎo)以及定位上可應(yīng)用VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)。所以，通過文章的探討，相信可為未來相關(guān)的工作者帶來啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊 銀.基于DVOR和DME區(qū)域?qū)Ш降姆抡嫜芯考靶阅芊治鯷D].南昌：南昌大學(xué)，2015.

[2]沈笑云，褚世超，焦衛(wèi)東，等.DME/DME區(qū)域?qū)Ш降膶?dǎo)航臺優(yōu)選算法[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2014，32（03）：31～36.

收稿日期：2018-8-12

作者簡介：劉永順（1989-），男，山東青島人，本科，從事航務(wù)技術(shù)保障工作。