关于民用航空VOR/DME导航系统的研究

2016-03-12中国民用航空大连空中交通管理站刘恕川

电子世界 2016年18期

中国民用航空大连空中交通管理站　刘恕川

中国民用航空大连空中交通管理站刘恕川

将VOR台和DME组合起来，则可以通过测角距实现飞机定位，所以能够实现飞机导航功能。而在民用航空领域应用该种导航系统，则能够为民用飞机飞行提供更多的安全保障。基于这种认识，本文对民用航空VOR/DME导航系统展开了研究，以期为关注这一话题的人们提供参考。

民用航空；VOR/DME导航系统；组合导航

1　引言

作为飞行员，必须要掌握无线电导航这种最基本的导航方式。就目前来看，VOR/DME导航凭借成本低和航线多的优势，成为了民用飞机的重要无线电导航方式，可以引导飞机沿着预定的航线安全飞行。因此，每个合格的飞行员还应该加强VOR/DME导航系统和设备的使用方法的研究和应用，以便为飞机的飞行安全提供最基本的保障。

2　VOR/DME导航系统概述

所谓的VOR/DME导航系统，其实就是测距机DME和甚高频全向无线电信标VOR组成的导航系统。利用VOR，则能够完成飞机与电台方位测角系统位的测量。作为区域性导航设备，VOR能够从地面台向空中飞机发送方位信息，可以帮助飞机确定相对于地面台的方位。利用测距机，则能够完成由询问器到固定应答器距离的二次雷达系统的测量。所以，使用VOR/DME导航系统，可以实现飞机定位。在等待飞机飞行的过程中，可以利用该系统引导飞机进场，并且实现航路间隔和避开保护空域。

3　民用航空VOR/DME导航系统的工作原理

从系统工作原理上来看，民用航空VOR/DME导航系统能够利用机载设备完成地面VOR台发射的两种信号的接收，同时完成信号相位差的测量，从而获得飞机的磁方位。该方位又被称之为径向方位或VOR方位，将其反向180°，则能够获得电台磁方位，而这两个方位将都在指示器上显示出来。将VOR地面台当成是一个灯塔，其将向四周进行全方位光线的发射，并且完成自磁北方向进行顺时针旋转的光束的发射。此时，如果能够完成从全方位光线到旋转光束发射的时间间隔的记录，同时知晓光束旋转速度，就能够完成观察者磁方位角的计算。而VOR台发射的信号为低频信号，分别为可变相位信号和基本相位信号。其中，前者相当于旋转光束，后者相当于全方位光线。在VOR台周围，基本相位信号在各方位上的相位相同，而可变相位信号的相位将随着径向方位变化而变化。基准和可变相位信号间的相位差，由飞机磁方位决定。完成VOR台发射信号接收后，机载设备将完成信号相位差的测量，从而获得飞机磁方位和VOR方位［1］。而系统测距机则是从机载询问器发送询问脉冲对开始测量工作，这些脉冲对会被地面信标台接收，并产生50μs的延迟。在此基础上，地面信标台会进行回答脉冲对的发射，根据脉冲对发射和接收经过的时间，机载询问器就能够完成飞机到地面台的斜距的计算。最后，系统会将计算得到的信息利用距离指示器显示出来。作为一个常数，电波传播速度为3*108m/s，飞机与地面信标台斜距可以利用R=C/2（Tr-Td）=（Tr-Td）/τ计算。式中，R为斜距，C为地面水平距离，Tr为脉冲对发射到接收的时间，Td为延迟时间，τ=12.359，为射频电波传输速度。

4　民用航空VOR/DME导航系统的设备构成

4.1VOR设备构成

从结构组成上来看，VOR系统将由地面全向方位导航台和机载接收机构成。在系统距离较远的情况下，拥有较大的定位误差，所以需要与DME配合使用。

4.1.1地面设备

地面全向方位导航台又被称之为终端VOR台，拥有40个波道，频率在108.00-111.95MHz之间，拥有50W发射功率，距离能够达到25NM。由于该导航台采取的是低功率发射技术，所以不会对相同频率的其他VOR台产生干扰。但是，由于机场的建筑物较为密集，因此VOR精度会受多路径干扰，只能在短距离导航中得到应用。通常的情况下，终端VOR台会与DME一起安装，从而构成极坐标定位系统。将其与LOC安装在一起，终端VOR台将与跑道中心拥有一致的方位线，可以引导飞机着陆。而航路上的VOR为航路VOR，通常安装在山顶等无障碍物地点，能够减少其所受干扰。该设备拥有120个波道，频率在112.00-117.95MHz之间。从工作范围上来看，系统工作范围会受到视距限制，具体由发射功率、飞机高度和接收机灵敏度决定。在飞机高度达30000ft的情况下，VOR工作距才能够达到200NM。

4.1.2机载设备

从结构组成上来看，VOR机载设备由甚高频接收机、控制盒、指示仪表和天线构成，设备型号较多，拥有不同的方位信息处理方法，但功能大致相同。其中，接收机能够提供方位信号、向/背台信号、语音和台识别信号等多种信号，能够完成地面发射的方位信息的接收和处理。指示器可以将接收机提供的导航信息在驾驶员面前展示，从而帮助驾驶员进行飞机定位和导航。控制器可以进行VOR控制显示，拥有频率选择、音量控制和试验按钮等功能。在现代飞机上，控制盒往往由VOR、DME和ILS等系统共同使用。此外，天线为VOR和LOC的共用天线，在机身上部或垂直安定面上安装，可以避免电波受到机身的阻挡［2］。在实际应用的过程中，天线拥有全向水平极化的方向图，能够完成工作范围内甚高频信号的接收。

4.2DME设备构成

作为二次雷达系统，DME系统也由机载设备和地面信标设备构成。系统拥有252个波道，工作频率在962-1213MHz之间，与相邻波道之间拥有1MHz的间隔。

4.2.1地面设备

DME地面信标设备有较多类型，具体包含监视器、机内测试设备、应答器、电键器和控制单元等。其中应答器为主要设备，由发射机、接收机和视频信号处理电路构成。在DME工作的过程中，发射机将完成脉冲对的产生、放大和发送，接收器则能够完成询问信号的接收、放大和译码。在收发频率上，地面设备与机载设备相对应。相较于询问频率，测距信标台发射频率将高或低63MHz。而民用DME的不用波道有52个，具体为1-16X、Y和60-69X、Y。在设计上，地面DME台能够同时为100架飞机提供服务。

4.2.2机载设备

从结构组成上来看，机载DME设备由控制盒、天线、询问器和距离指示器构成。而控制盒是与VOR共用的控制盒，可以进行发信机的控制和电路转换。询问器由收发信机构成，能够实现询问脉冲对的产生、放大、发射、译码和接收。在询问器中，存在有距离计算电路，可以确保回答脉冲对的有效性，同时完成飞机到地面信标台斜距的计算［3］。距离指示器负责进行斜距指示，能够进行地速

和时间的显示，但是只有在飞机沿着径向线时才能得到准确数据。DME的天线为单个L波段天线，能够进行信号的发射和接收，与VOR地面台拥有配套的工作频率。在VOR或ILS频率得到较好的调谐后，则能够完成DME频率调定。在工作的过程中，DME设备将持续询问地面信标台，直至地面信标台完成飞出系统作用距离的选择。