第3章_自動定向機

1、3.1 概述 無線電羅盤（radio compass）是一種最小值測量來波方向的振幅式測角無線電導航設(shè)備，又稱無線電自動側(cè)向儀(ADFADF-automatic direction finder)，配套地面設(shè)備是無方向信標（NDBNDB-Non-direction beacon）。 ADF接收機使用來自地面站的調(diào)幅（AM）信號來計算ADF地面站相對于飛機縱軸的方位。ADF系統(tǒng)也接收標準調(diào)幅無線電廣播 無線電信標臺一般安裝在機場附近，使飛機能夠沿精確的航線向信標臺飛行，然后執(zhí)行向跑道的非精密進場。 在第一次世界大戰(zhàn)期間，開始使用該系統(tǒng)引導船只的出航與歸航，后來很快發(fā)展到航空導航。 無線電羅盤有半

2、自動和全自動之分，采用前者測向時，必須人工旋轉(zhuǎn)環(huán)狀天線或搜索線圈，采用后者時，無論是測向還是歸航，都完全由羅盤本身自動完成。3.1 概述3.1 3.1 概概 述述 20世紀世紀20年代用于航空導航，是航空使用的年代用于航空導航，是航空使用的最早最早導航系統(tǒng)；導航系統(tǒng)； 目前世界上仍有大量的目前世界上仍有大量的NDB； 最先進的飛機仍加裝最先進的飛機仍加裝ADF； NDB的裝備量在世界范圍內(nèi)呈下降趨勢。的裝備量在世界范圍內(nèi)呈下降趨勢。 ADF-NDB是近程振幅測角導航系統(tǒng)，只能是近程振幅測角導航系統(tǒng)，只能用于輔助導航。用于輔助導航。 （1）20世紀四五十年代采用電子管電路，對地面無線電臺頻率采用

3、機械軟軸進行調(diào)諧，定向天線為的旋轉(zhuǎn)式環(huán)形天線，其典型設(shè)備為R5/ARN7； （2）20世紀六七十年代采用晶體管電路，頻率選擇采用粗、細同步器調(diào)諧，定向天線采用兩個的旋轉(zhuǎn)式或固定式環(huán)形天線，如APK11，WL76A型定向機等 （3）20世紀80年代左右，采用集成電路，數(shù)字選頻，采用來代替環(huán)形天線的旋轉(zhuǎn)。3.1 3.1 概概 述述 無線電羅盤指示的角度是以飛機縱軸為基準順時針轉(zhuǎn)向飛機到導航臺連線的夾角。 若要得到飛機相對于導航臺的方位，必須知道飛機的航向，所以需要與磁羅盤或其他航向測量設(shè)備相結(jié)合。 飛機上通常把磁羅盤和自動測向儀的指示部分結(jié)合在一起，構(gòu)成無線電磁指示器（RMI, Radio Mag

4、netic Indicator）。3.1 3.1 概概 述述 體積小，重量輕，價格便宜，使用方便；體積小，重量輕，價格便宜，使用方便； 可以使用無方向信標（可以使用無方向信標（NDB）、）、海岸信標、民用無線海岸信標、民用無線電調(diào)幅廣播臺輻射的信號；電調(diào)幅廣播臺輻射的信號； 可與無線電高度表，航向信標系統(tǒng)等設(shè)備配可與無線電高度表，航向信標系統(tǒng)等設(shè)備配合引導飛機進行著陸。合引導飛機進行著陸。ADF-NDB只能用于輔助導航只能用于輔助導航3.1 3.1 概概 述述 受天波干擾大，測角誤差大（受天波干擾大，測角誤差大（ 5 ）。）。1). 測量電臺相對方位角測量電臺相對方位角3.1 3.1 概概 述

5、述2). 定位定位NNNDB-ANDB-B B AMLALB3.1 3.1 概概 述述3). 判斷飛機越臺時間判斷飛機越臺時間3.1 3.1 概概 述述方位指示由0 轉(zhuǎn)向180 的瞬間即為飛越導航臺的時間4).沿預定航線飛行沿預定航線飛行 能連續(xù)自動地對準地面導航臺，對飛機進行導航，能連續(xù)自動地對準地面導航臺，對飛機進行導航，使飛機沿給定的航路飛行；利用方位指示保持沿預定使飛機沿給定的航路飛行；利用方位指示保持沿預定航路飛行，即向航路飛行，即向/背臺飛行。背臺飛行。 作為作為ILS的的“引進系統(tǒng)引進系統(tǒng)”，將飛機引至，將飛機引至ILS提供的提供的下滑線。下滑線。3.1 3.1 概概 述述5).

6、 接收民用廣播接收民用廣播系統(tǒng)的工作頻率在系統(tǒng)的工作頻率在190kHz190kHz1750kHz1750kHz范圍內(nèi)，屬范圍內(nèi)，屬中中長波波段長波波段，因此主要依靠地波或直達波傳播。，因此主要依靠地波或直達波傳播。由于工作于中長波段，由于工作于中長波段，可接收民用廣播信號可接收民用廣播信號，并可，并可用于定向。用于定向。還可收聽還可收聽500千赫的遇險信號，并確定遇險方位。千赫的遇險信號，并確定遇險方位。3.1 3.1 概概 述述頻率：頻率： 1901750 kHz；頻率間隔：；頻率間隔：0.5kHz;作用距離作用距離： 300km定向擺動：定向擺動：小于小于 設(shè)備精度：設(shè)備精度：2度度3.1

7、 3.1 概概 述述1。3.2 3.2 無方向信標無方向信標(NDB) NDB是專為是專為ADF提供導航信號的導航臺；提供導航信號的導航臺； 工作種類有：工作種類有： 調(diào)幅報調(diào)幅報 等幅報等幅報 調(diào)幅話調(diào)幅話 輻射功率與作用距離輻射功率與作用距離 航路航路NDB：P=100W， R=200nm； 終端終端NDB：P=50W， R=25nm；3.2 3.2 無方向信標無方向信標 工作頻段與波道工作頻段與波道 f =190.00550.00kHz， f =1kHz，共共345個頻道。個頻道。 波的傳播與極化方式波的傳播與極化方式 地波傳播地波傳播； 垂直極化。垂直極化。3.2 3.2 無方向信標無

8、方向信標 每個每個NDB臺都必須輻射臺站識別碼，臺都必須輻射臺站識別碼，否則其輻射的否則其輻射的場無效場無效； 一個一個NDB臺的臺站識別碼一般是本地地名的臺的臺站識別碼一般是本地地名的23個個英文字母縮寫的英文字母縮寫的Morse電報碼；電報碼； ICAO規(guī)定：規(guī)定： “點點”的持續(xù)時間為的持續(xù)時間為0.10.160 s ，“劃劃”的持續(xù)時的持續(xù)時間為間為“點點”的的3倍，倍，即即0.30.480s ； 一個碼字的一個碼字的“傳號傳號”之間的間隔為之間的間隔為“點點”的持續(xù)時的持續(xù)時間，碼字與碼字之間的間隔為間，碼字與碼字之間的間隔為“劃劃”的持續(xù)時間的持續(xù)時間 。3.2 3.2 無方向信標

9、無方向信標 字母字母Morse碼碼字母字母Morse碼碼字母字母Morse碼碼A點劃點劃J點劃劃劃點劃劃劃S點點點點點點B劃點點點劃點點點K劃點劃劃點劃T劃劃C劃點劃劃點劃L點劃點點點劃點點U點點劃點點劃D劃點點劃點點M劃劃劃劃V點點點劃點點點劃E點點N劃點劃點W點劃劃點劃劃F點點劃點點點劃點O劃劃劃劃劃劃X劃點點劃劃點點劃G劃劃點劃劃點P點劃劃點點劃劃點Y劃點劃劃劃點劃劃H點點點點點點點點Q劃劃點劃劃劃點劃Z劃劃點點劃劃點點I點點點點R點劃點點劃點3.2 3.2 無方向信標無方向信標 第第1次輻射識別碼到第次輻射識別碼到第2次輻射識別碼的時間次輻射識別碼的時間T為識別為識別碼的輻射周期；碼的

10、輻射周期；. . .0.10.16sT0.30.48s0.30.48s0.10.16s F=1/T，F(xiàn)為識別碼的重復率；為識別碼的重復率； 識別音頻的頻率為識別音頻的頻率為1020Hz 50Hz3.2 3.2 無方向信標無方向信標 NDB應(yīng)完成的任務(wù)：應(yīng)完成的任務(wù)： 輻射導航信號，供輻射導航信號，供ADF定向；定向； 輻射臺站識別信號；輻射臺站識別信號； 輻射話音信號（輻射話音信號（中國民航不使用話音功能中國民航不使用話音功能）。）。3.2 3.2 無方向信標無方向信標 AB發(fā)發(fā)射射機機工工作作方方式式控控制制模模擬擬開開關(guān)關(guān)Morse碼碼發(fā)發(fā)生生器器1020Hz正正弦弦信信號號產(chǎn)產(chǎn)生生器器放

11、放大大器器.Ce(t)3.2 3.2 無方向信標無方向信標 等幅報等幅報 發(fā)射效率較高，作用距離較遠；發(fā)射效率較高，作用距離較遠； 航路航路NDB可以工作在可以工作在“等幅報等幅報”狀態(tài)狀態(tài)。Ae(t)3.2 3.2 無方向信標無方向信標 調(diào)幅報調(diào)幅報Ae(t)BC3.2 3.2 無方向信標無方向信標 調(diào)幅報調(diào)幅報 發(fā)射效率較低，作用距離較近；發(fā)射效率較低，作用距離較近； 在在“空號空號”期間及不輻射識別碼期間，期間及不輻射識別碼期間，NDB發(fā)射等發(fā)射等幅載波，在幅載波，在“傳號傳號”期間，發(fā)射調(diào)幅波；期間，發(fā)射調(diào)幅波； 終端終端NDB必須工作在必須工作在“調(diào)幅報調(diào)幅報”狀態(tài)狀態(tài)。e(t)=E

12、mcos ctNDB3.2 3.2 無方向信標無方向信標 3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 地面發(fā)射臺地面發(fā)射臺 地面電臺有兩種：地面電臺有兩種： NDB（或稱為歸航臺），（或稱為歸航臺），190550 kHz 標準中波廣播電臺，標準中波廣播電臺，5501750 kHz 機載設(shè)備機載設(shè)備定向接收機、控制盒、方位指示器、環(huán)形大線和垂定向接收機、控制盒、方位指示器、環(huán)形大線和垂直天線。直天線。 選用中長波的原因選用中長波的原因 ADF定向主要使用地面波（天波，由于電離層變定向主要使用地面波（天波，由于電離層變化，不穩(wěn)定），中長波地波衰減少?；?，不穩(wěn)定），中長波地波衰減少。2022年4月14日導航系

13、統(tǒng)26NDB地面臺地面臺按用途分，地面導航臺分為兩種：按用途分，地面導航臺分為兩種：q航線導航臺：裝在航路上某些檢查點上，供飛機在航線導航臺：裝在航路上某些檢查點上，供飛機在航線上定向和定位用。航線上定向和定位用。 發(fā)射功率大：發(fā)射功率大：400W1000W 工作距離遠：工作距離遠： 150Kmq雙歸航臺著陸系統(tǒng)：裝在跑道中心延長線上，供飛雙歸航臺著陸系統(tǒng)：裝在跑道中心延長線上，供飛機進近著陸用。（因需兩個導航臺，故稱雙歸航臺）機進近著陸用。（因需兩個導航臺，故稱雙歸航臺） 通常，與外指點信標臺安裝在一起的，叫遠臺，一通常，與外指點信標臺安裝在一起的，叫遠臺，一般兼做航線導航臺用，發(fā)射功率大；

14、般兼做航線導航臺用，發(fā)射功率大； 與中指點信標臺安裝在一起的，叫近臺。發(fā)射功率與中指點信標臺安裝在一起的，叫近臺。發(fā)射功率約約100W，工作距離約，工作距離約50Km。2022年4月14日導航系統(tǒng)27 NDB地面臺發(fā)射信號的方向性圖：地面臺發(fā)射信號的方向性圖： 全向發(fā)射，故叫無方向信標（全向發(fā)射，故叫無方向信標（NDB） 電波極化方向：垂直極化波電波極化方向：垂直極化波 臺識別碼發(fā)射：臺識別碼發(fā)射： 莫爾斯電碼，由莫爾斯電碼，由23個字母組成，發(fā)射速率個字母組成，發(fā)射速率2030個字母個字母/分；分； 等幅報發(fā)射：鍵控等幅信號，莫爾斯電碼點或劃期間發(fā)射等幅等幅報發(fā)射：鍵控等幅信號，莫爾斯電碼點

15、或劃期間發(fā)射等幅載波。載波。 調(diào)幅報發(fā)射：載波連續(xù)發(fā)射，莫爾斯電碼點或劃期間鍵控調(diào)幅報發(fā)射：載波連續(xù)發(fā)射，莫爾斯電碼點或劃期間鍵控1020Hz調(diào)幅。調(diào)幅。 一般歸航臺以調(diào)幅方式發(fā)射識別碼，防止載波中斷引起一般歸航臺以調(diào)幅方式發(fā)射識別碼，防止載波中斷引起ADF指指針擺動。針擺動。NDB地面臺 天線系統(tǒng)：包括垂直天線、環(huán)型天線與天線系統(tǒng)：包括垂直天線、環(huán)型天線與測角器測角器。 接收機：超外差式；形成接收機：超外差式；形成M型調(diào)幅信號，并將型調(diào)幅信號，并將RF調(diào)幅信號處理成低頻信號。調(diào)幅信號處理成低頻信號。 控制盒：控制工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，選頻，調(diào)諧。控制盒：控制工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，選頻，調(diào)諧。 方位指示器

16、：電磁指示器（方位指示器：電磁指示器（RMI）/電距離磁指示電距離磁指示器（器（RDMI），能指示出飛機方位、電臺方位、飛機），能指示出飛機方位、電臺方位、飛機航向及相對方位角。航向及相對方位角。3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 ADF機載設(shè)備2022年4月14日導航系統(tǒng)30ADF機載設(shè)備安裝位置3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2022年4月14日導航系統(tǒng)31ADF控制面板3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 所測角度所測角度 ADF測量的測量的相對方位角相對方位角 信息。信息。NN電臺電臺 1 2 3 4相對方位線相對方位線 1：飛機（磁）方位（角）飛機（磁）

17、方位（角） 2：電臺（磁）方位（角）電臺（磁）方位（角） 3：電臺（磁）航向（角）電臺（磁）航向（角）/相對方位角相對方位角 4：飛機（磁）航向（角）飛機（磁）航向（角）3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 RMI的組成及對方位的指示的組成及對方位的指示指針尾部所指的為飛機的磁方位角指針尾部所指的為飛機的磁方位角 1指針頭部所指的為指針頭部所指的為NDB臺的磁方位角臺的磁方位角 2 對應(yīng)的讀數(shù)為飛機的磁航向?qū)?yīng)的讀數(shù)為飛機的磁航向 4 與指針頭部之間的順時針夾角為相對方位角與指針頭部之間的順時針夾角為相對方位角 33.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2022年4月14日導航系統(tǒng)34自動定向機的調(diào)諧和

18、顯示自動定向機的調(diào)諧和顯示NmQDM210MH170HDGNDB導航臺QDM2103.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2022年4月14日導航系統(tǒng)35RMI的指示有兩部接收機的指示細針對應(yīng)第一部接收機粗針對應(yīng)第二部接收機正上方指示飛機的MH粗細針都是針尖指示QDM，針尾指示QDR可指示地面NDB臺和VOR臺的方位，通過儀表上的按鈕選擇信號源3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2022年4月14日導航系統(tǒng)36EHSI的指示3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 RDMI的組成及對方位的指示的組成及對方位的指示3.3 3.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 簡單矩形環(huán)

19、形天線簡單矩形環(huán)形天線不同來波方向時產(chǎn)生的合成感應(yīng)電勢不同來波方向時產(chǎn)生的合成感應(yīng)電勢 3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 環(huán)形天線的方向性圖環(huán)形天線的方向性圖 3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 環(huán)形天線的方向性環(huán)形天線的方向性2022年4月14日導航系統(tǒng)42垂直天線產(chǎn)生圓形方向性圖3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 2022年4月14日導航系統(tǒng)43 單值定向 兩部天線聯(lián)合接收，得到“心”形方向性圖，只有一個最小值。3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 天線方向圖轉(zhuǎn)動

20、測向過程中，ADF需要隨時轉(zhuǎn)動環(huán)狀天線的8字形方向圖，使其最小值(零值點)對準被測的地面導航臺。為使方向性圖能夠旋轉(zhuǎn)，一種方法是用電機直接拖動環(huán)狀天線轉(zhuǎn)動，另一種方法是天線固定不動，通過測角器來實現(xiàn)方向圖轉(zhuǎn)動。3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 兩個環(huán)狀天線正交安裝（分別與飛機的縱軸垂直和平行），并固定不動，兩個天線的線圈分別接到測角器的兩個勵磁線圈(固定線圈)上。 測角器中形成一個合成磁場，測角器的轉(zhuǎn)子線圈(活動線圈)，在合成磁場作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢振幅隨來波方向按余弦規(guī)律（即“8”字形）變化。 轉(zhuǎn)子線圈的轉(zhuǎn)動取代環(huán)狀天線的轉(zhuǎn)動，達到了方向性圖旋轉(zhuǎn)的目的。3.4

21、3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 3.4 3.4 自動定向機工作原理自動定向機工作原理 電波傳播誤差電波傳播誤差靜電干擾夜間效應(yīng)山區(qū)效應(yīng) 電波的繞射 電波的反射海岸效應(yīng)折射無聲錐影響3.5 3.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 夜間效應(yīng)夜間效應(yīng) 自動定向機工作在中波波段，電離層對電波的吸收白天比夜間強，因此白天接收機只能接收到地波信號。 夜晚由于電波受電離層損耗小，接收機可同時接收到地波和天波信號，這會形成電波衰落；同時反射的天波將使垂直極化波變?yōu)闄E圓極化波，這些都會造成定向誤差。 由夜間效應(yīng)引起的定向誤差一般為1015左右。減小夜間效應(yīng)的根本方法是避免接收天波信號。3.5 3

22、.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 山區(qū)效應(yīng)山區(qū)效應(yīng)電波繞射電波繞射3.5 3.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 山區(qū)效應(yīng)山區(qū)效應(yīng)電波反射電波反射3.5 3.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 山區(qū)效應(yīng)山區(qū)效應(yīng) 電波的波長越長，繞射能力越強，對中長波定向影響較大。 電波的波長越短，反射能力越強。 為避免和減小山區(qū)效應(yīng)的影響，應(yīng)盡可能利用熟悉的地形在目視條件下飛行，或在干擾范圍之外測定方位，并適當?shù)奶岣唢w行高度和選擇合適的地面導航臺。3.5 3.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 海岸效應(yīng)海岸效應(yīng)電波折射引起的誤差電波折射引起的誤差3.5 3.5 系統(tǒng)的干擾和誤差系統(tǒng)的干擾和誤差 象限誤差象限誤差 也叫羅差，主要是環(huán)形天線附近金屬導體的干擾誤差。 當?shù)孛骐娕_輻射的無線電波到達飛機機身等金屬物體上時，將在金屬物體上產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，該電流又在機身等金屬物體周圍產(chǎn)生輻射電波，這種現(xiàn)象稱為二次輻射。 二次輻射電波與原電波疊加后，合成電波作用到環(huán)形天線的方向與原電波傳播方向相差一個角度，從而改變了定向方向，造成了定向誤差，該角度稱為象限誤差或羅差。3.5 3