[科普中国]-半自动飞行检验

简介

用于评定陆基导航设备的信息质量的专用系统。装有这种系统的航空器，当其沿着选定的航路自动飞行时，同时接收到航路上和其他附近的导航设备的数据之后，可立即估算出粗略误差并记录下来，便于其后在装有计算机的地面站中进行处理和详细分析。

陆基导航设备概述陆基导航设备是民航空管部门的重要工具，是民航组织与实施飞行，进行安全生产和经营管理的基础系统。导航的最基本任务是获得导航参数，从而确定航行体的位置。

陆基导航系统定位精度比较差，但其信号发射功率大,不易受干扰，数据更新率较高等卫星导航系统所不具备的优点。目前，陆基导航系统仍然是国际通用的民航导航系统，特别是VOR-DME系统在民用航空中使用的尤为普遍，我国民航导航系统主要是VOR-DME系统，在此领域有很好的基础。塔康导航系统是一种组合陆基导航手段，同时也是我军未来主要的发展方向。一个塔康台相当于一个VOR-DME组合台，能够在用户飞行高度已知的条件下完成定位。塔康信标台主要配置在野战机场、临时航路点及机场较密集地区导航点，可同时为空中100架飞机提供导航方位信息、距离信息和识别信息。1

陆基导航系统主要有测角和测距两种定位手段，分别由VOR和DME两种导航系统来实现，VOR测量飞机相对台站的磁方位角，DME测量飞机与地面DME台间的斜距。单一的陆基导航台站无法实现对飞行器的定位，但通过VOR-DME组合或DME-DME组合的方式共同观测可以实现飞行器的定位。

陆基导航设备工作原理陆基导航系统定位精度比较差，但其信号发射功率大,不易受干扰，数据更新率较高等卫星导航系统所不具备的优点。目前，陆基导航系统仍然是国际通用的民航导航系统，特别是VOR-DME系统在民用航空中使用的尤为普遍，我国民航导航系统主要是VOR-DME系统，在此领域有很好的基础。塔康导航系统是一种组合陆基导航手段，同时也是我军未来主要的发展方向。一个塔康台相当于一个VOR-DME组合台，能够在用户飞行高度已知的条件下完成定位。塔康信标台主要配置在野战机场、临时航路点及机场较密集地区导航点，可同时为空中100架飞机提供导航方位信息、距离信息和识别信息。

陆基导航系统主要有测角和测距两种定位手段，分别由VOR和DME两种导航系统来实现，VOR测量飞机相对台站的磁方位角，DME测量飞机与地面DME台间的斜距。单一的陆基导航台站无法实现对飞行器的定位，但通过VOR-DME组合或DME-DME组合的方式共同观测可以实现飞行器的定位。

VOR系统工作原理VOR是甚高频全向信标( very high frequency omni directional range ,VOR)的缩写，又称作伏尔系统，由美国从20世纪20年的“旋转信标”发展而来，1946年作为美国航空标准导航系统，1949年被ICAO采纳为国际标准民用导航系统，VOR的装备量在世界范围内呈上升趋势，早已在国内外机场普遍使用。它是一种近程的无线电相位测角系统，由地面发射台和机载接收设备组成，地面台发射信号，记载设备只接收信号，为飞机提供相对于地面台的磁北方位角。这种系统为飞机提供相对地面信标台的方位。工作频率为108-117.95MHz，作用距离数百公里，测角精度优于1.4°。伏尔导航系统的缺点是发射电波受视线限制和测向精度受场地影响较大。2

VOR系统可以向飞机提供导航所需的相对方位信息，VOR系统的原理是根据可变相信号与基准相位信号的相位差来导航。导航台发射以30转/秒旋转的心脏线方向图，在机载接收机输出端产生30Hz的正弦波，其相位随飞机相对导航台的位置而变化，成为可变相位信号。与此同时，导航台还发射一个以固定30Hz参考频率调制的全向信号。在机载接收机输出端又得到一个不变相位的30Hz正弦波，成为基准相位信号。在接收端，外来信号经放大、调幅检波后分成三路：一路经副载频滤波、限幅、鉴频和30Hz滤波后输入比相器，这是固定相位信号；一路经30HZ滤波直接至比相器，这是可变相位信号；再一路是莫尔斯识别码和话音输出。比相器对两个相位信号比相，得出飞机对伏尔地面台的磁方位角。基准相位信号的相位在发射台的各个方位上相同；可变相位信号的相位随发射台的径向方位而变化。飞机磁方位决定于基准相位信号与可变相位信号之间的相位差。可变相与基准相信号同步发射,磁北极两者相位相差0°，随着飞行器相对于地面台水平面方位的不同，两者的相位差从0°~360°变化。机载设备接收来自地面台的发射信号，并测量出这两个信号的相位差，就可得到飞机相对地面的磁方位角，再加180°就是方位角。由于两个信号安排的在地面台磁北方向上同相，所以接收机测到的是飞机相对地面台的磁方位角。

测量的基本原理是测量地面台发射的基准相位30Hz信号和可变相位30Hz信号的相位差,接收台的径向方位变化正比于这两个30Hz信号的相位差变化，提取二者的相位差是VOR系统信号处理的关键所在。

DME系统工作原理DME(Distance Measurement Equipment)直译为距离测量设备或测距器，用于测量载体到某固定点的直线距离，由于采用询问—应答的工作方式来测量距离，也称为应答/测距系统。1959年，成为ICAO批准的标准测距系统。它由机载DME机（也是询问器）和地面DME台（应答器）组成，形成极坐标近程定位导航系统。DME的工作波段为962~1213MHz，每隔1MHz安排一个工作频段，机载DME询问器的载频安排在1025~1150MHz范围内，共有126个询问频率；地面应答器的载波频率安排在962~1213MHz范围内，共有252个应答频率。按ICAO的规定，DME的系统精度为±370m（95%）。3

由于电磁波具有恒速直线传播的特点，因此距离的测量可以通过测定电磁波发射点到接收点的传播时间来确定。在飞机导航中，询问器通常安装在载体上，应答器安装在地面固定点，即DME台站。其基本工作原理为：机载设备发出成对的询问脉冲，地面台应答器接收到之后，经过一定的时延（一般为50µs）发出成对应答脉冲。应答信号被机载设备接收到后，将发出询问和收到应答信号之间所经过的时间减去地面台的时延，便可算出飞机和地面台的距离。DME记载设备和地面台之所以发射的都是脉冲对，是为了减少由其他脉冲系统所造成的干扰。

无线电导航测距系统的位置线是一个圆周，它由地面导航台等距的圆球位置面与飞机所在高度的地心球面相交而成。利用测距系统可引导飞机在航空港作等待飞行，或由两条圆位置线的交点确定飞机的位置。定位的双值性（有两个交点）可用第三条圆位置线来消除。测距系统可以是脉冲式的、相位式的或频率式的。

陆基导航系统误差VOR-DME的测量误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类。对于VOR-DME来说，系统误差指的是由于系统各部分性能原因对测距或测角产生的误差。系统误差可在校准时补偿掉，但实际上很难补偿，故一般给出允许的系统误差范围。随机误差指由于某种偶然因素引起的误差，又称偶然误差，随机误差一般不能补偿。

对于DME系统，由于大气层分布不均匀，而且其参数诸如密度、湿度、温度等均随时间、地点而随机变化，导致电磁波在大气中的传播速率不是常值，而是一个随机变量。

而且由于大气的气压、温度、湿度以及介电常数实际上是随高度而变化的，因此电磁波传播速率随高度增大而变快，使电磁波传播轨迹向下倾斜，而发生折射。这两种因素都会引起测距误差。此外由于测距系统内部原因，会产生测量误差。需要注意的是，测距系统的测距误差，会随着距离的增大而增大，在实际应用中应加以考虑。

对于VOR系统来说，也会因为台站及接收机等系统原因，加上电磁波在大气中的传播误差等原因造成测角误差。

根据对上述对误差来源的分析，可以归纳为两类，一是随机误差，具有短的相关时间，可将其模型建立为白噪声。二是系统误差，具有长的相关时间，而且系统误差不能被完全补偿掉，所以可将其模型建立为随机偏置。这两类误差分量的均值事实上都等于零。

VOR、DME除了都受台站标校和接收机性能影响外还各有不同的特点，总体来说VOR误差随距离而线性增加，能够连续提供角度信息，对反射多路径比较敏感；而DME误差与距离无关，因而在10nm以外其精度要比VOR高，但不能提供连续的斜距信息，存在饱和现象。