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1、,导航原理与系统,Navigation Principles and Systems,倪育德,中国民航大学,第2章 自动定向机,2.1 概述,2.2 环形天线特性分析,2.4 无方向信标,2.5 自动定向机工作原理,Navigation Principles and Systems,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,一、ADF-NDB的发展历史,20世纪20年代用于航空导航，是航空使用的最早导航系统；,目前世界上仍有大量的NDB；,最先进的飞机仍加装ADF；,NDB的装备量在世界范围内呈下降趋势。,ADF-NDB是近程振幅测角导航系统，只能用于辅助
2、导航。,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,二、ADF的特点,体积小，重量轻，价格便宜，使用方便；,可以使用无方向信标（NDB）、海岸信标、民用无线电调幅广播台辐射的信号；,受天波干扰大，测角误差大（5）。,ADF-NDB只能用于辅助导航,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,三、ADF-NDB的发展趋势,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,四、ADF-NDB在导航中的应用（1）,1.定位,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,四、ADF-NDB在导航中的应用（2）,2.导航,能连续自动地对准地面导航台，对飞机进行导航，使飞机沿给定的航路飞行；,作为ILS的“引进系统”，将飞机引至
3、ILS提供的下滑线。,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（1）,1.振幅测向系统的定义,振幅测向系统是指将电信号的振幅（或调制度）与方位信息建立依从关系，从而完成对方位角测量的一种导航系统。,2.振幅测向系统的分类,E型：e(t)=Em()(1+mcost)cosct,M型：e(t)=Em 1+m()costcosct,不论是电信号的振幅Em还是其调制度m，它们与方位信息建立依从关系是靠方向性天线来实现的。,中国民航大学 CAUC,五、振幅测向系统的一般特性（2）,3.振幅测向系统测角的方法（1）,最大值法,抗干扰性好；,不灵敏区大（N大）；,导航台偏离的方向不
4、可知。,2.1 概 述,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（3）,3.振幅测向系统测角的方法（2）,最小值法,抗干扰性较差；,不灵敏区小（N小）；,导航台偏离的方向可知。,中国民航大学 CAUC,2.1 概 述,五、振幅测向系统的一般特性（4）,3.振幅测向系统测角的方法（3）,等信号法（比较信号法）,抗干扰性较好；,不灵敏区较小（N较小）；,导航台偏离的方向可知。,中国民航大学 CAUC,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（1）,天线的感应电动势：(t)=AB(t)+CD(t),设O点的电场强度为：e0(t)=Em0sinct,行程差：,相位差：,中
5、国民航大学 CAUC,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（2）,(t)=AB(t)+CD(t),=,=,天线在水平面的方向性函数,中国民航大学 CAUC,2.2 环形天线特性分析,一、天线的感应信号（3）,e0(t)=Em0sinct,天线在水平面具有方向性；,e0(t)与(t)存在90相位差。,中国民航大学 CAUC,2.2 环形天线特性分析,二、天线的方向性图（1）,中国民航大学 CAUC,2.2 环形天线特性分析,二、天线的方向性图（2）,环形天线在水平面具有“8”字形方向性图，而在垂直面则没有方向性；,在水平面的90、270 方向具有最小值（0），0、180方向具有最大值。,
6、中国民航大学 CAUC,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,一、E型测向信号的特征及其形成,e(t)=Em()(1+mcost)cosct,中国民航大学 CAUC,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、M型测向信号的特征及其形成（1）,中国民航大学 CAUC,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、M型测向信号的特征及其形成（2）,e(t)=Em1+m()costcosct=Emcosct+Emm()costcosct,e1(t)=Em1cosct,e2(t)=Em2F()costcosct,信标,中国民航大学 CAUC,2.3 振幅导航系统的信号特征及其形成,二、M型测向信号的
7、特征及其形成（3）,e(t)=Um1+m()costcosct=Umcosct+Umm()costcosct,ADF,NDB的辐射场：e(t)=Emcosct,u1(t)=Um1cosct,u2(t)=Um2F()sinct,u3(t)=Um3F()costcosct,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,一、NDB的一般特性（1）,NDB是专为ADF提供导航信号的导航台；,工作种类有：,调幅报,等幅报,调幅话,辐射功率与作用距离,航路NDB：P=100W，R=200nm；,终端NDB：P=50W，R=25nm；,中国民航大学 CAUC,2.4
8、 无方向信标,一、NDB的一般特性（2）,工作频段与波道,f=190.00535.00kHz，f=1kHz，共345个频道。,波的传播与极化方式,地波传播；,垂直极化。,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,一、NDB的一般特性（3）,天线,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（Morse）识别码（1）,每个NDB台都必须辐射台站识别码，否则其辐射的场无效；,一个NDB台的台站识别码一般是本地地名的23个英文字母缩写的Morse电报码；,ICAO规定：,“点”的持续时间为0.10.160 s，“划”的持续时间为“点”的3倍，即0.30.480s；,一个码字的“传号”之间
9、的间隔为“点”的持续时间，码字与码字之间的间隔为“划”的持续时间。,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（Morse）识别码（2）,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,二、莫尔斯（Morse）识别码（3）,第1次辐射识别码到第2次辐射识别码的时间T为识别码的辐射周期；,F=1/T，F为识别码的重复率；,识别音频的频率为1020Hz50Hz,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,三、NDB的工作过程（1）,NDB应完成的任务：,辐射导航信号，供ADF定向；,辐射台站识别信号；,辐射话音信号（中国民航不使用话音功能）。,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,三
10、、NDB的工作过程（2）,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,三、NDB的工作过程（3）,等幅报,发射效率较高，作用距离较远；,在“空号”期间NDB无信号辐射，会造成方位指示器抖动；,航路NDB可以工作在“等幅报”状态。,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,三、NDB的工作过程（4）,调幅报,中国民航大学 CAUC,2.4 无方向信标,三、NDB的工作过程（5）,调幅报,发射效率较低，作用距离较近；,在“空号”期间及不辐射识别码期间，NDB发射等幅载波，在“传号”期间，发射调幅波；,终端NDB必须工作在“调幅报”状态。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,一、A
11、DF的一般特性（1）,工作频段与波道,f=190.00535.00kHz，f=1kHz，共345个频道。,波的传播与极化方式,地波传播；,垂直极化。,工作体制,M型最小值测向系统,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,一、ADF的一般特性（2）,所测角度,ADF形成的M型信号中，调制度m()蕴含了相对方位角信息。,1：飞机（磁）方位（角）,2：电台（磁）方位（角）,3：电台（磁）航向（角）/相对方位角,4：飞机（磁）航向（角）,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,二、ADF的组成与功用（1）,天线系统：包括垂直天线、环型天线与测角器。,接收机：超外差式；形成M型调
12、幅信号，并将RF调幅信号处理成低频信号。,控制盒：控制工作状态的转换，选频，调谐。,方位指示器：电磁指示器（RMI）/电距离磁指示器（RDMI），能指示出飞机方位、电台方位、飞机航向及相对方位角。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,二、ADF的组成与功用（2）,700型自动定向机系统的组成：1.ADF-7OO接收机；2.控制盒FP-7O2；3.指示器RDMI-743；4.组合式环形垂直天线DFA-701。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,三、ADF在飞机上的安装,天线与接收机连接及布线的比较(a)以前的；(b)现在的。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动
13、定向机工作原理,四、ADF的工作过程（1）,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,1.方向性天线的旋转,四、ADF的工作过程（2）,M型测向系统的信号格式：u(t)=Um1+m()costcosct,m()与F()具有相同的方向性，也即只要旋转F()，就达到了旋转m()的目的，从而利用旋转m()确定NDB台的方位。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,2.测角器（1）,四、ADF的工作过程（2）,三个组成部分：,第1部分：两个相互垂直的环形天线,第2部分：两个相互垂直的装在一个共用轴上的固定线圈,第3部分：搜索线圈（可绕轴转动）,中国民航大学 CAUC,2.5 自
14、动定向机工作原理,2.测角器（2）,四、ADF的工作过程（2）,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,2.测角器（3）,四、ADF的工作过程（2）,环形天线结构,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（3）,2.测角器（4）,设NDB的辐射场传至O处为：,e0(t)=Em0sint,天线A-A1的感应电动势：,ua(t)=Umcoscost,天线B-B1的感应电动势：ub(t)=Umsincost,流过线圈A-A1的电流：ia(t)=Imcoscost,流过线圈B-B1的电流：ib(t)=Imsincost,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定
15、向机工作原理,四、ADF的工作过程（4）,2.测角器（5）,ia(t)产生的磁场：,Ha=Hmcoscost0,ib(t)产生的磁场：,Hb=Hmsincost90,H=Ha+Hb=Hmcost,H1=Hmsin()cost=Hmsin()cost,搜索线圈C-C1产生的感应电动势：,uc(t)=Umcsin()cost,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,搜索线圈C-C1产生的感应电动势：,uc(t)=Umcsin()cost,四、ADF的工作过程（5）,2.测角器（6）,令Uc()=Umcsin(),搜索线圈C-C1产生的感应电动势即作为“测角器”的输出，该“误差信号”将使
16、“伺服电机”带动搜索线圈转动，一直到最小值方向对准导航台为止。,当uc(t)=0，即=（Uc()的最小值方向对准了NDB台）时，搜索线圈停止转动。,搜索线圈的转动通过电磁指示器（RMI）的“同步发送器”，使RMI的指针与搜索线圈同步转动。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（6）,3.RMI的组成及对方位的指示（1）,三个组成部分：,第1部分：，固定不动，与机头方向一致,第2部分：指针，总是指向NDB/VOR台,第3部分：罗牌，随地磁而转动,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（7）,3.RMI的组成及对方位的指示（2）
17、,NDB,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（8）,3.RMI的组成及对方位的指示（3）,指针尾部所指的为飞机的磁方位角1,指针头部所指的为NDB台的磁方位角2,对应的读数为飞机的磁航向4,与指针头部之间的顺时针夹角为相对方位角3,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（8）,4.RDMI的组成及对方位的指示,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（8）,5.ADF的方位信息在EFIS上的显示画面,EFIS:电子飞行仪表系统,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,6.接收机的
18、工作过程（1）,四、ADF的工作过程（9）,u1(t)=Um1sin()cost,u2(t)=Um2sin()sint,u3(t)=Um3cost,u4(t)=Um4sin()costsint,u5(t)=Um5sint,M型测向信号,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（10）,6.接收机的工作过程（2）,u7(t)=Um71+ksin()cost,u8(t)=Um8sin()cost,u9(t)=Um9sin()cos(t/2),中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（10）,7.搜索线圈的转动（1）,u3(t)=Um3
19、cost加到伺服电机的激磁线圈,u9(t)=Um9sin()cos(t/2)加到伺服电机的控制线圈,NDB台在飞机右侧,u3(t)=Um3cost,u9(t)=Um9sin()cos(t/2),=/2，ud(t)=1，电机带动搜索线圈顺时针转动，直到最小值对准了NDB台。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（10）,7.搜索线圈的转动（2）,NDB台在飞机左侧,u3(t)=Um3cost,u9(t)=Um9sin()cos(t/2)=Um9sin()cos(t+/2),=/2，ud(t)=1，电机带动搜索线圈逆时针转动，直到最小值对准了NDB台。,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（11）,7.搜索线圈的转动（3）,零值点已对准了NDB台,u3(t)=Um3cost,u9(t)=Um9sin()cos(t/2)0,电机停止转动,中国民航大学 CAUC,2.5 自动定向机工作原理,四、ADF的工作过程（12）,8.单值定向的保证,若非稳定零值点对准了NDB台，则随着飞机的飞行，搜索线圈又将输出误差信号u1(t)=Um1sin()cost，就将使稳定零值点对准NDB台。,安装时，稳定零值点一定朝向机头方向。,
