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航空无线电领航

[拼音]:hangkong wuxiandian linghang

[外文]:radio air navigation

测定无线电发射台的方位、距离或距离差,以确定飞机位置线,借以引导飞机航行,是航空领航的方法之一。航空无线电领航是由船舶无线电导航发展而来的。

航空无线电领航按飞机的飞行阶段可分为航线导航和航站区域着陆引导,不同的无线电领航使用不同性能的无线电导航设施。

航线导航

引导飞机在航线上的飞行。航线导航主要使用下列无线电导航设施。

导航台

工作频率在 200~1750千赫范围内的无线电发射台(电台)。由机上自动定向机(无线电罗盘)测量导航台的方位线。两个以上导航台方位线的交点为飞机的位置。一条导航台方位线可用于飞机对正电台飞行,这种飞行叫做归航。如果在航线所经过的主要地点设置导航台,则可利用导航台方位线归航的方法使飞机沿预定的方位线从一个电台飞至另一个电台,直至目的地。

全向信标

又称伏尔(VOR),是甚高频近程导航系统,在108.0~118.0兆赫频段工作。它利用两个每秒30周的调制信号的相位差来确定方位。这两个调制信号叠加在甚高频载波上,一个是基准信号,在发射台0°~360°各个方位上相位相同;另一个是可变信号,其相位随方位而变化。这两个调制信号在全向信标台的磁北方位上相位一致(相位差为0°),在其他方位上可变信号与基准信号之间的相位差等于飞机对全向信标台的方位。机上全向信标接收机接收来自地面全向信标台的基准信号和可变信号,比较其相位差别并转换成方位指示,即为电台至飞机的径向方位,同时驾驶员可以在航道罗盘上选定预计的径向方位,根据实测方位与预选方位的相位差指示飞机偏离预选方位的程度,操纵飞机沿预选方位飞行。

测距机

国际标准测距系统,在960~1215兆赫频段工作,包括飞机询问器和地面测距台的应答器两部分。飞机询问器向地面测距台发射询问脉冲,脉冲重复率任意变化,地面测距台收到飞机的询问脉冲后,经一定的时间延迟,在同飞机发射频率间隔63兆赫的频率发射相应的回答脉冲。飞机在收到地面所有的回答脉冲中按照询问脉冲任意变化的脉冲重复率辨别相应的回答脉冲,而后与它自己的询问脉冲比较,其间的时间延迟减去固定延迟后按每海里 12.36微秒换算成距离(海里数)。按照国际民用航空组织的规定,测距系统的准确度为±0.5海里或所测距离的3%,要求达到的测量范围为200海里,飞行高度为 22900米。测距台一般和全向信标台装在同一地点,叫作全向信标/测距台。这是国际民用航空组织采用的标准近程导航系统。在航路上设置的全向信标/测距台,能同时为航路飞行的飞机提供航迹引导和飞机至测距台的距离,从而可使飞机按方位距离确定自己的位置。

全向信标/测距台

用于区域导航时,飞机上全向信标/测距接收机必须与计算机结合组成区域导航系统。在各个全向信标/测距台的有效距离内选择航路点,确定区域导航航线。航路点的坐标为相对于航线侧方的全向信标/测距台的方位和距离。在飞行中,区域导航系统的计算机使所有航路点成为假想的全向信标/测距台。飞行前,驾驶员将各个航路点的坐标输入计算机,飞行中全向信标/测距接收机仍然调谐到实际全向信标/测距台,计算机根据接收的实际方位和距离与预先输入的方位和距离进行比较,在航道罗盘上订入飞向航路点的预选方位后,计算机立即输出信号用以指示相对预选方位(区域导航航线)的偏航情况,使驾驶员操纵飞机沿预选方位飞向航路点,同时计算机还提供至航路点的距离。

塔康和伏塔克

塔康(TACAN)是军用的特高频(UHF)近程导航系统,工作频率 960~1215兆赫,在同一波道向飞机提供方位和距离信息。其测距部分与上述测距机相同,方位部分采用“粗测”和“精测”系统,以提高方位的精度和减少地面台址的影响。塔康地面台发射15赫和135赫两个叠加的调幅信号,当每个调幅信号的最大值通过磁东方位时,分别发出一组基准脉冲和辅助基准脉冲。机上接收机接收15赫调幅信号与基准脉冲的相位差,得到塔康台至飞机的方位,相位差1°相当于1°方位角。方位的精测是用 135赫调幅信号与辅助基准脉冲相比,由于135赫调幅信号的相位变化360°相当于方位角40°,因此相位测量的误差1°只影响方位角1°/9,即方位准确度比全向信标提高 9倍。塔康为美国和北大西洋公约国家军用的标准近程导航系统。为便于空中交通管制使军用和民用飞机纳入相同的航路飞行,在全向信标航路上各个全向信标台的位置装设塔康台,称为伏塔克 (VORTAC)。民用飞机可用全向信标/测距台接收设备接收全向信标台的方位和塔康测距部分的距离信息;军用飞机可用机上塔康接收机接收塔康台的方位和距离信息。

罗兰

远程导航系统。第二次世界大战中设置的罗兰(LORAN)为罗兰-A,其罗兰链一般由一个主台和两个副台组成,主、副台之间的距离约200海里。主台发射脉冲信号,经过一个固定延迟后副台也发射脉冲信号。主、副台的脉冲重复率相同。飞机接收主、副台脉冲信号,测量这两个信号到达飞机的时间差,从而得到飞机至主台和副台的距离差,可确定一条以主、副台地理位置为焦点的双曲线(罗兰位置线)。在一个罗兰链内可测得主台和两个副台的时间差,得到两条罗兰位置线,其交点即为飞机的位置。罗兰-A的工作频率在1750~1950千赫中频范围,严重地限制了它的有效作用距离,白天为700海里,夜间为1400海里,因此罗兰-A已于1980年全部由罗兰-C代替。

罗兰-C的发射台使用统一的发射频率100千赫,在这个频率发射的电磁波有效作用距离超过1000海里,因此主、副台的间隔可达800海里。罗兰-C由一个主台和2~4个副台组成台链,每一个台链的主台发射9个脉冲组成的脉冲组,重复率为每秒10~25个脉冲组。在主台发射一个脉冲组以后经一段时间延迟,副台发射由 8个脉冲组成的脉冲组,再经一段时间延迟,另一个副台发射同样的脉冲组。主台和副台脉冲组中每个脉冲的载波相位按同相或反相编码,以便识别电台。飞机的罗兰-C接收机搜索主台脉冲信号,按照脉冲重复率和相位编码识别电台,而后锁定跟踪主台和副台信号进行比相,确定主台和副台信号到达飞机的时间差,得到两条以上的罗兰位置线。先进的罗兰-C接收机自动搜索、锁定和跟踪信号,比相所得的时间差读数直接输入数字计算机进行计算,为驾驶员提供飞机位置、左/右驾驶指示及沿航迹飞行的距离。罗兰-C的有效距离,陆上为1200海里,海面为2000海里。

奥米加

在全世界范围内为飞机、船舶设置的远程导航设施。在甚低频的10~14千赫频段工作,电波在电离层与地球表面之间以波导方式传播,信号传播衰减小,作用距离很远,两台之间的距离可达6000海里。只要有8个发射台,输出功率为10千瓦,即可覆盖全球。这8个发射台的命名和位置是:A──挪威,B──利比里亚,C──夏威夷,D──北达科他,E──留尼汪岛,F──阿根廷,G──澳大利亚,H──日本(图1)

奥米加地面台发射断续等幅波信号,每个电台按时间顺序依次发射 10.2、13.6、11.33和11.05千赫4个基本信号,以10秒为信号周期,每个信号段发射0.9~1.2秒,信号段之间休止0.2秒,这样在任何给定时间在一个特定的频率只有一个电台发射,各个电台发射的时间顺序用铯原子频率标准保持同步。

飞机的接收机与计算机结合,测算工作完全自动,由驾驶员输入飞机的起始位置、日期、世界时后,可根据信号强度和奥米加台地理位置自动选择最佳的 3个电台,计算飞机位置,并能按日期、世界时、位置对电波传播的日变化和地形传导性进行必要的修正。在世界各地定位精度可达1~2海里。

此外,用于航线飞行的无线电导航设施还有台卡、康索尔和卫星导航系统等。

航站区域着陆引导

引导飞机由航线进入航站区并进行着陆。使用的主要无线电导航设施有仪表着陆系统和雷达。

仪表着陆系统

精密仪表进近系统。它为利用仪表着陆系统进入着陆的飞机提供准确的方向引导和下滑坡度引导。仪表着陆系统包括航向台、下滑台、指点标和进近灯4部分。标准仪表着陆系统布置如图2所示。

(1)航向台:为飞机对正跑道中线下降提供方向引导,工作频带为108.10~111.95兆赫。航向台发射天线设置在离跑道上风端约300米的跑道中线延长线上,向两侧发射两个有一定重叠的音频调幅波,在着陆方向的左侧为90赫,右侧为150赫。这两个调幅波在跑道中线延长线上形成一条等信号带即为着陆航道。航道宽度为飞机上航向接收机的航道偏离指示器指示向左和向右满刻度偏移之间的角度,一般是5°,跑道长度在3000米以上时为4°。航向台的有效距离为45公里。

(2)下滑台:为飞机以准确的下滑角下降高度提供引导,工作频带为328.6~335.4兆赫。下滑台发射天线设置在跑道入口以内约300米,偏于跑道中线一侧约150米,向下降着陆的飞机发射上下两个调幅波(上面为90赫,下面为150赫)。这两个调幅波的重叠部分形成一条与水平面相交一定角度的等信号带即为下滑道。下滑角必须根据进近区内飞越障碍物的安全要求在2.5°~3.5°之间进行调整,一般使�a href=’http://www.baiven.com/baike/224/271348.html’ target=’_blank’ style=’color:#136ec2′>孟禄��°,下滑道的厚度为1.4°,有效距离为18公里。

(3)指点标:垂直向上发射扇形波束,用于标志下滑道上某点的高度与离跑道入口的距离的关系。标准的Ⅰ类仪表着陆系统要求在着陆航迹上设置两个指点标,Ⅱ类仪表着陆系统要求设置第 3个指点标。这些指点标都在75兆赫工作,用不同的音频调制和编码呼号以资识别。

外指点标用于标志飞机在适当的高度进入下滑道的位置,一般位于距跑道入口6.5~11.1公里;中指点标位于离跑道入口1050米±150米,飞机按下滑道下降至中指点标的高度约为60米。Ⅱ类仪表着陆系统另增设一个内指点标,用于标志飞机沿下滑道在中指点标与跑道入口之间下降至决断高度的位置。

(4)进近灯:见目视助航设施。

雷达

利用超短波的反射特性探测目标的电子设备。它不仅能显示目标的影象,测量目标的方位距离,而且通常能表示目标的性质。在领航上,无论是地面雷达或机载雷达都可作为定位的工具,但民航飞机主要利用机载的气象雷达,观测雷雨、飞机、障碍物,以防止误入雷雨区,以及避免与其他飞机和地面障碍物相撞。空中交通管制部门利用地面设置的精密进近雷达系统引导航站区域内的飞机依次对正着陆航迹下降着陆。精密进近雷达系统包括机场监视雷达和精密进近雷达两部分。

(1)机场监视雷达:用于探测60海里范围内空间活动的飞机,雷达荧光屏上显示每架飞机的位置。空中交通管制员可根据飞机的方位距离引导飞机对正跑道中线延长线,而后按仪表飞行的航向和下滑信号下降着陆或由精密进近雷达引导飞机下降着陆。机场监视雷达只能探测飞机的方位和距离,不能显示飞机的高度。

(2)精密进近雷达:用于探测在最后进近阶段直至着陆的飞机,跟踪飞机的航迹。在10000兆赫工作,设置在跑道入口以内915~1200米偏于跑道中线一侧 120~185米的位置上,用两副天线对着陆飞机分别发射方位和高度两条波束,方位波束高1.5°×宽0.6°,在跑道中线两侧各10°的扇面内扫描;高度波束高0.4°×宽3°,在下滑路线的-1°至+6°范围内作垂直扫描。有效距离不小于 9海里。进入着陆的飞机回波影象显示在两个荧光屏上,一个荧光屏显示飞机的方位和距离;另一个荧光屏显示飞机的高度和距离。雷达管制员观测飞机回波影象,指挥飞机沿进近航迹和正确的下滑路线下降着陆。

参考书目
  1. R. F. Hansford, Radio Aids to Civil Aviation,London,1960.

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