中國(guó)民用航空大連空中交通管理站　劉恕川

關(guān)于民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的研究

中國(guó)民用航空大連空中交通管理站劉恕川

將VOR臺(tái)和DME組合起來(lái)，則可以通過(guò)測(cè)角距實(shí)現(xiàn)飛機(jī)定位，所以能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)航功能。而在民用航空領(lǐng)域應(yīng)用該種導(dǎo)航系統(tǒng)，則能夠?yàn)槊裼蔑w機(jī)飛行提供更多的安全保障?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)展開(kāi)了研究，以期為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

民用航空；VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)；組合導(dǎo)航

1　引言

作為飛行員，必須要掌握無(wú)線電導(dǎo)航這種最基本的導(dǎo)航方式。就目前來(lái)看，VOR/DME導(dǎo)航憑借成本低和航線多的優(yōu)勢(shì)，成為了民用飛機(jī)的重要無(wú)線電導(dǎo)航方式，可以引導(dǎo)飛機(jī)沿著預(yù)定的航線安全飛行。因此，每個(gè)合格的飛行員還應(yīng)該加強(qiáng)VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的使用方法的研究和應(yīng)用，以便為飛機(jī)的飛行安全提供最基本的保障。

2　VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)概述

所謂的VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)，其實(shí)就是測(cè)距機(jī)DME和甚高頻全向無(wú)線電信標(biāo)VOR組成的導(dǎo)航系統(tǒng)。利用VOR，則能夠完成飛機(jī)與電臺(tái)方位測(cè)角系統(tǒng)位的測(cè)量。作為區(qū)域性導(dǎo)航設(shè)備，VOR能夠從地面臺(tái)向空中飛機(jī)發(fā)送方位信息，可以幫助飛機(jī)確定相對(duì)于地面臺(tái)的方位。利用測(cè)距機(jī)，則能夠完成由詢問(wèn)器到固定應(yīng)答器距離的二次雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量。所以，使用VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)定位。在等待飛機(jī)飛行的過(guò)程中，可以利用該系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)，并且實(shí)現(xiàn)航路間隔和避開(kāi)保護(hù)空域。

3　民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理

從系統(tǒng)工作原理上來(lái)看，民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)能夠利用機(jī)載設(shè)備完成地面VOR臺(tái)發(fā)射的兩種信號(hào)的接收，同時(shí)完成信號(hào)相位差的測(cè)量，從而獲得飛機(jī)的磁方位。該方位又被稱之為徑向方位或VOR方位，將其反向180°，則能夠獲得電臺(tái)磁方位，而這兩個(gè)方位將都在指示器上顯示出來(lái)。將VOR地面臺(tái)當(dāng)成是一個(gè)燈塔，其將向四周進(jìn)行全方位光線的發(fā)射，并且完成自磁北方向進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的光束的發(fā)射。此時(shí)，如果能夠完成從全方位光線到旋轉(zhuǎn)光束發(fā)射的時(shí)間間隔的記錄，同時(shí)知曉光束旋轉(zhuǎn)速度，就能夠完成觀察者磁方位角的計(jì)算。而VOR臺(tái)發(fā)射的信號(hào)為低頻信號(hào)，分別為可變相位信號(hào)和基本相位信號(hào)。其中，前者相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)光束，后者相當(dāng)于全方位光線。在VOR臺(tái)周圍，基本相位信號(hào)在各方位上的相位相同，而可變相位信號(hào)的相位將隨著徑向方位變化而變化?；鶞?zhǔn)和可變相位信號(hào)間的相位差，由飛機(jī)磁方位決定。完成VOR臺(tái)發(fā)射信號(hào)接收后，機(jī)載設(shè)備將完成信號(hào)相位差的測(cè)量，從而獲得飛機(jī)磁方位和VOR方位［1］。而系統(tǒng)測(cè)距機(jī)則是從機(jī)載詢問(wèn)器發(fā)送詢問(wèn)脈沖對(duì)開(kāi)始測(cè)量工作，這些脈沖對(duì)會(huì)被地面信標(biāo)臺(tái)接收，并產(chǎn)生50μs的延遲。在此基礎(chǔ)上，地面信標(biāo)臺(tái)會(huì)進(jìn)行回答脈沖對(duì)的發(fā)射，根據(jù)脈沖對(duì)發(fā)射和接收經(jīng)過(guò)的時(shí)間，機(jī)載詢問(wèn)器就能夠完成飛機(jī)到地面臺(tái)的斜距的計(jì)算。最后，系統(tǒng)會(huì)將計(jì)算得到的信息利用距離指示器顯示出來(lái)。作為一個(gè)常數(shù)，電波傳播速度為3*108m/s，飛機(jī)與地面信標(biāo)臺(tái)斜距可以利用R=C/2（Tr-Td）=（Tr-Td）/τ計(jì)算。式中，R為斜距，C為地面水平距離，Tr為脈沖對(duì)發(fā)射到接收的時(shí)間，Td為延遲時(shí)間，τ=12.359，為射頻電波傳輸速度。

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

4.1VOR設(shè)備構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)組成上來(lái)看，VOR系統(tǒng)將由地面全向方位導(dǎo)航臺(tái)和機(jī)載接收機(jī)構(gòu)成。在系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)的情況下，擁有較大的定位誤差，所以需要與DME配合使用。

4.1.1地面設(shè)備

地面全向方位導(dǎo)航臺(tái)又被稱之為終端VOR臺(tái)，擁有40個(gè)波道，頻率在108.00-111.95MHz之間，擁有50W發(fā)射功率，距離能夠達(dá)到25NM。由于該導(dǎo)航臺(tái)采取的是低功率發(fā)射技術(shù)，所以不會(huì)對(duì)相同頻率的其他VOR臺(tái)產(chǎn)生干擾。但是，由于機(jī)場(chǎng)的建筑物較為密集，因此VOR精度會(huì)受多路徑干擾，只能在短距離導(dǎo)航中得到應(yīng)用。通常的情況下，終端VOR臺(tái)會(huì)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(tái)將與跑道中心擁有一致的方位線，可以引導(dǎo)飛機(jī)著陸。而航路上的VOR為航路VOR，通常安裝在山頂?shù)葻o(wú)障礙物地點(diǎn)，能夠減少其所受干擾。該設(shè)備擁有120個(gè)波道，頻率在112.00-117.95MHz之間。從工作范圍上來(lái)看，系統(tǒng)工作范圍會(huì)受到視距限制，具體由發(fā)射功率、飛機(jī)高度和接收機(jī)靈敏度決定。在飛機(jī)高度達(dá)30000ft的情況下，VOR工作距才能夠達(dá)到200NM。

4.1.2機(jī)載設(shè)備

從結(jié)構(gòu)組成上來(lái)看，VOR機(jī)載設(shè)備由甚高頻接收機(jī)、控制盒、指示儀表和天線構(gòu)成，設(shè)備型號(hào)較多，擁有不同的方位信息處理方法，但功能大致相同。其中，接收機(jī)能夠提供方位信號(hào)、向/背臺(tái)信號(hào)、語(yǔ)音和臺(tái)識(shí)別信號(hào)等多種信號(hào)，能夠完成地面發(fā)射的方位信息的接收和處理。指示器可以將接收機(jī)提供的導(dǎo)航信息在駕駛員面前展示，從而幫助駕駛員進(jìn)行飛機(jī)定位和導(dǎo)航。控制器可以進(jìn)行VOR控制顯示，擁有頻率選擇、音量控制和試驗(yàn)按鈕等功能。在現(xiàn)代飛機(jī)上，控制盒往往由VOR、DME和ILS等系統(tǒng)共同使用。此外，天線為VOR和LOC的共用天線，在機(jī)身上部或垂直安定面上安裝，可以避免電波受到機(jī)身的阻擋［2］。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，天線擁有全向水平極化的方向圖，能夠完成工作范圍內(nèi)甚高頻信號(hào)的接收。

4.2DME設(shè)備構(gòu)成

作為二次雷達(dá)系統(tǒng)，DME系統(tǒng)也由機(jī)載設(shè)備和地面信標(biāo)設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)擁有252個(gè)波道，工作頻率在962-1213MHz之間，與相鄰波道之間擁有1MHz的間隔。

4.2.1地面設(shè)備

DME地面信標(biāo)設(shè)備有較多類型，具體包含監(jiān)視器、機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備、應(yīng)答器、電鍵器和控制單元等。其中應(yīng)答器為主要設(shè)備，由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和視頻信號(hào)處理電路構(gòu)成。在DME工作的過(guò)程中，發(fā)射機(jī)將完成脈沖對(duì)的產(chǎn)生、放大和發(fā)送，接收器則能夠完成詢問(wèn)信號(hào)的接收、放大和譯碼。在收發(fā)頻率上，地面設(shè)備與機(jī)載設(shè)備相對(duì)應(yīng)。相較于詢問(wèn)頻率，測(cè)距信標(biāo)臺(tái)發(fā)射頻率將高或低63MHz。而民用DME的不用波道有52個(gè)，具體為1-16X、Y和60-69X、Y。在設(shè)計(jì)上，地面DME臺(tái)能夠同時(shí)為100架飛機(jī)提供服務(wù)。

4.2.2機(jī)載設(shè)備

從結(jié)構(gòu)組成上來(lái)看，機(jī)載DME設(shè)備由控制盒、天線、詢問(wèn)器和距離指示器構(gòu)成。而控制盒是與VOR共用的控制盒，可以進(jìn)行發(fā)信機(jī)的控制和電路轉(zhuǎn)換。詢問(wèn)器由收發(fā)信機(jī)構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)詢問(wèn)脈沖對(duì)的產(chǎn)生、放大、發(fā)射、譯碼和接收。在詢問(wèn)器中，存在有距離計(jì)算電路，可以確?；卮鹈}沖對(duì)的有效性，同時(shí)完成飛機(jī)到地面信標(biāo)臺(tái)斜距的計(jì)算［3］。距離指示器負(fù)責(zé)進(jìn)行斜距指示，能夠進(jìn)行地速

和時(shí)間的顯示，但是只有在飛機(jī)沿著徑向線時(shí)才能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。DME的天線為單個(gè)L波段天線，能夠進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射和接收，與VOR地面臺(tái)擁有配套的工作頻率。在VOR或ILS頻率得到較好的調(diào)諧后，則能夠完成DME頻率調(diào)定。在工作的過(guò)程中，DME設(shè)備將持續(xù)詢問(wèn)地面信標(biāo)臺(tái)，直至地面信標(biāo)臺(tái)完成飛出系統(tǒng)作用距離的選擇。

5　結(jié)論

利用現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)民機(jī)技術(shù)和技術(shù)平臺(tái)，從而完成適合民用飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則能夠?yàn)槊裼蔑w機(jī)的安全運(yùn)行提供更多的保障。而VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)可以在飛機(jī)定位和引導(dǎo)進(jìn)場(chǎng)等方面得到應(yīng)用，能夠確保飛行安全。因此，相信本文對(duì)民用航空VOR/DME導(dǎo)航系統(tǒng)展開(kāi)的研究，可以為相關(guān)工作的開(kāi)展帶來(lái)啟示。

［1］康永，許哲，王大中.民用航空導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析［J］.現(xiàn)代導(dǎo)航，2012，06：428-432.

［2］孟繁棟，胡應(yīng)東.民用飛機(jī)中IRS/VOR/DME組合導(dǎo)航技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，14：41-42+47.

［3］阮先麗，孫康寧，茍思羽.基于DME/VOR的區(qū)域?qū)Ш叫阅茴A(yù)測(cè)算法［J］.現(xiàn)代導(dǎo)航，2014，01：16-20.

劉恕川（1988—），男，遼寧大連人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：航路導(dǎo)航。