第3章_自动定向机

1、3.1 概述 无线电罗盘（radio compass）是一种最小值测量来波方向的振幅式测角无线电导航设备，又称无线电自动侧向仪(ADFADF-automatic direction finder)，配套地面设备是无方向信标（NDBNDB-Non-direction beacon）。 ADF接收机使用来自地面站的调幅（AM）信号来计算ADF地面站相对于飞机纵轴的方位。ADF系统也接收标准调幅无线电广播 无线电信标台一般安装在机场附近，使飞机能够沿精确的航线向信标台飞行，然后执行向跑道的非精密进场。 在第一次世界大战期间，开始使用该系统引导船只的出航与归航，后来很快发展到航空导航。 无线电罗盘有半

2、自动和全自动之分，采用前者测向时，必须人工旋转环状天线或搜索线圈，采用后者时，无论是测向还是归航，都完全由罗盘本身自动完成。3.1 概述3.1 3.1 概概 述述 20世纪世纪20年代用于航空导航，是航空使用的年代用于航空导航，是航空使用的最早最早导航系统；导航系统； 目前世界上仍有大量的目前世界上仍有大量的NDB； 最先进的飞机仍加装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。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，只能是近程振幅测角导航系统，只能用于辅助导航。用于辅助导航。 （1）20世纪四五十年代采用电子管电路，对地面无线电台频率采用

3、机械软轴进行调谐，定向天线为的旋转式环形天线，其典型设备为R5/ARN7； （2）20世纪六七十年代采用晶体管电路，频率选择采用粗、细同步器调谐，定向天线采用两个的旋转式或固定式环形天线，如APK11，WL76A型定向机等 （3）20世纪80年代左右，采用集成电路，数字选频，采用来代替环形天线的旋转。3.1 3.1 概概 述述 无线电罗盘指示的角度是以飞机纵轴为基准顺时针转向飞机到导航台连线的夹角。 若要得到飞机相对于导航台的方位，必须知道飞机的航向，所以需要与磁罗盘或其他航向测量设备相结合。 飞机上通常把磁罗盘和自动测向仪的指示部分结合在一起，构成无线电磁指示器（RMI, Radio Mag

4、netic Indicator）。3.1 3.1 概概 述述 体积小，重量轻，价格便宜，使用方便；体积小，重量轻，价格便宜，使用方便； 可以使用无方向信标（可以使用无方向信标（NDB）、）、海岸信标、民用无线海岸信标、民用无线电调幅广播台辐射的信号；电调幅广播台辐射的信号； 可与无线电高度表，航向信标系统等设备配可与无线电高度表，航向信标系统等设备配合引导飞机进行着陆。合引导飞机进行着陆。ADF-NDB只能用于辅助导航只能用于辅助导航3.1 3.1 概概 述述 受天波干扰大，测角误差大（受天波干扰大，测角误差大（ 5 ）。）。1). 测量电台相对方位角测量电台相对方位角3.1 3.1 概概 述

5、述2). 定位定位NNNDB-ANDB-B B AMLALB3.1 3.1 概概 述述3). 判断飞机越台时间判断飞机越台时间3.1 3.1 概概 述述方位指示由0 转向180 的瞬间即为飞越导航台的时间4).沿预定航线飞行沿预定航线飞行 能连续自动地对准地面导航台，对飞机进行导航，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；利用方位指示保持沿预定使飞机沿给定的航路飞行；利用方位指示保持沿预定航路飞行，即向航路飞行，即向/背台飞行。背台飞行。 作为作为ILS的的“引进系统引进系统”，将飞机引至，将飞机引至ILS提供的提供的下滑线。下滑线。3.1 3.1 概概 述述5).

6、 接收民用广播接收民用广播系统的工作频率在系统的工作频率在190kHz190kHz1750kHz1750kHz范围内，属范围内，属中中长波波段长波波段，因此主要依靠地波或直达波传播。，因此主要依靠地波或直达波传播。由于工作于中长波段，由于工作于中长波段，可接收民用广播信号可接收民用广播信号，并可，并可用于定向。用于定向。还可收听还可收听500千赫的遇险信号，并确定遇险方位。千赫的遇险信号，并确定遇险方位。3.1 3.1 概概 述述频率：频率： 1901750 kHz；频率间隔：；频率间隔：0.5kHz;作用距离作用距离： 300km定向摆动：定向摆动：小于小于 设备精度：设备精度：2度度3.1

7、 3.1 概概 述述1。3.2 3.2 无方向信标无方向信标(NDB) NDB是专为是专为ADF提供导航信号的导航台；提供导航信号的导航台； 工作种类有：工作种类有： 调幅报调幅报 等幅报等幅报 调幅话调幅话 辐射功率与作用距离辐射功率与作用距离 航路航路NDB：P=100W， R=200nm； 终端终端NDB：P=50W， R=25nm；3.2 3.2 无方向信标无方向信标 工作频段与波道工作频段与波道 f =190.00550.00kHz， f =1kHz，共共345个频道。个频道。 波的传播与极化方式波的传播与极化方式 地波传播地波传播； 垂直极化。垂直极化。3.2 3.2 无方向信标无

8、方向信标 每个每个NDB台都必须辐射台站识别码，台都必须辐射台站识别码，否则其辐射的否则其辐射的场无效场无效； 一个一个NDB台的台站识别码一般是本地地名的台的台站识别码一般是本地地名的23个个英文字母缩写的英文字母缩写的Morse电报码；电报码； ICAO规定：规定： “点点”的持续时间为的持续时间为0.10.160 s ，“划划”的持续时的持续时间为间为“点点”的的3倍，倍，即即0.30.480s ； 一个码字的一个码字的“传号传号”之间的间隔为之间的间隔为“点点”的持续时的持续时间，码字与码字之间的间隔为间，码字与码字之间的间隔为“划划”的持续时间的持续时间 。3.2 3.2 无方向信标

9、无方向信标 字母字母Morse码码字母字母Morse码码字母字母Morse码码A点划点划J点划划划点划划划S点点点点点点B划点点点划点点点K划点划划点划T划划C划点划划点划L点划点点点划点点U点点划点点划D划点点划点点M划划划划V点点点划点点点划E点点N划点划点W点划划点划划F点点划点点点划点O划划划划划划X划点点划划点点划G划划点划划点P点划划点点划划点Y划点划划划点划划H点点点点点点点点Q划划点划划划点划Z划划点点划划点点I点点点点R点划点点划点3.2 3.2 无方向信标无方向信标 第第1次辐射识别码到第次辐射识别码到第2次辐射识别码的时间次辐射识别码的时间T为识别为识别码的辐射周期；码的

10、辐射周期；. . .0.10.16sT0.30.48s0.30.48s0.10.16s F=1/T，F为识别码的重复率；为识别码的重复率； 识别音频的频率为识别音频的频率为1020Hz 50Hz3.2 3.2 无方向信标无方向信标 NDB应完成的任务：应完成的任务： 辐射导航信号，供辐射导航信号，供ADF定向；定向； 辐射台站识别信号；辐射台站识别信号； 辐射话音信号（辐射话音信号（中国民航不使用话音功能中国民航不使用话音功能）。）。3.2 3.2 无方向信标无方向信标 AB发发射射机机工工作作方方式式控控制制模模拟拟开开关关Morse码码发发生生器器1020Hz正正弦弦信信号号产产生生器器放

11、放大大器器.Ce(t)3.2 3.2 无方向信标无方向信标 等幅报等幅报 发射效率较高，作用距离较远；发射效率较高，作用距离较远； 航路航路NDB可以工作在可以工作在“等幅报等幅报”状态状态。Ae(t)3.2 3.2 无方向信标无方向信标 调幅报调幅报Ae(t)BC3.2 3.2 无方向信标无方向信标 调幅报调幅报 发射效率较低，作用距离较近；发射效率较低，作用距离较近； 在在“空号空号”期间及不辐射识别码期间，期间及不辐射识别码期间，NDB发射等发射等幅载波，在幅载波，在“传号传号”期间，发射调幅波；期间，发射调幅波； 终端终端NDB必须工作在必须工作在“调幅报调幅报”状态状态。e(t)=E

12、mcos ctNDB3.2 3.2 无方向信标无方向信标 3.3 3.3 系统组成系统组成 地面发射台地面发射台 地面电台有两种：地面电台有两种： NDB（或称为归航台），（或称为归航台），190550 kHz 标准中波广播电台，标准中波广播电台，5501750 kHz 机载设备机载设备定向接收机、控制盒、方位指示器、环形大线和垂定向接收机、控制盒、方位指示器、环形大线和垂直天线。直天线。 选用中长波的原因选用中长波的原因 ADF定向主要使用地面波（天波，由于电离层变定向主要使用地面波（天波，由于电离层变化，不稳定），中长波地波衰减少。化，不稳定），中长波地波衰减少。2022年1月11日导航系

13、统26NDB地面台地面台按用途分，地面导航台分为两种：按用途分，地面导航台分为两种：1.航线导航台：装在航路上某些检查点上，供飞机在航线导航台：装在航路上某些检查点上，供飞机在航线上定向和定位用。航线上定向和定位用。 发射功率大：发射功率大：400W1000W 工作距离远：工作距离远： 150Km2.双归航台着陆系统：装在跑道中心延长线上，供飞双归航台着陆系统：装在跑道中心延长线上，供飞机进近着陆用。（因需两个导航台，故称双归航台）机进近着陆用。（因需两个导航台，故称双归航台） 通常，与外指点信标台安装在一起的，叫远台，一通常，与外指点信标台安装在一起的，叫远台，一般兼做航线导航台用，发射功率

14、大；般兼做航线导航台用，发射功率大； 与中指点信标台安装在一起的，叫近台。发射功率与中指点信标台安装在一起的，叫近台。发射功率约约100W，工作距离约，工作距离约50Km。2022年1月11日导航系统27 NDB地面台发射信号的方向性图：地面台发射信号的方向性图： 全向发射，故叫无方向信标（全向发射，故叫无方向信标（NDB） 电波极化方向：垂直极化波电波极化方向：垂直极化波 台识别码发射：台识别码发射： 莫尔斯电码，由莫尔斯电码，由23个字母组成，发射速率个字母组成，发射速率2030个字母个字母/分；分； 等幅报发射：键控等幅信号，莫尔斯电码点或划期间发射等幅等幅报发射：键控等幅信号，莫尔斯电

15、码点或划期间发射等幅载波。载波。 调幅报发射：载波连续发射，莫尔斯电码点或划期间键控调幅报发射：载波连续发射，莫尔斯电码点或划期间键控1020Hz调幅。调幅。 一般归航台以调幅方式发射识别码，防止载波中断引起一般归航台以调幅方式发射识别码，防止载波中断引起ADF指指针摆动。针摆动。NDB地面台 天线系统：包括垂直天线、环型天线与天线系统：包括垂直天线、环型天线与测角器测角器。 接收机：超外差式；形成接收机：超外差式；形成M型调幅信号，并将型调幅信号，并将RF调幅信号处理成低频信号。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。控制盒：控制工作状态的转换，选频，调谐。 方位指

16、示器：电磁指示器（方位指示器：电磁指示器（RMI）/电距离磁指示电距离磁指示器（器（RDMI），能指示出飞机方位、电台方位、飞机），能指示出飞机方位、电台方位、飞机航向及相对方位角。航向及相对方位角。3.3 3.3 系统组成系统组成 3.3 3.3 系统组成系统组成 ADF机载设备2022年1月11日导航系统30ADF机载设备安装位置3.3 3.3 系统组成系统组成 2022年1月11日导航系统31ADF控制面板3.3 3.3 系统组成系统组成 所测角度所测角度 ADF测量的测量的相对方位角相对方位角 信息。信息。NN电台电台 1 2 3 4相对方位线相对方位线 1：飞机（磁）方位（角）飞机（

17、磁）方位（角） 2：电台（磁）方位（角）电台（磁）方位（角） 3：电台（磁）航向（角）电台（磁）航向（角）/相对方位角相对方位角 4：飞机（磁）航向（角）飞机（磁）航向（角）3.3 3.3 系统组成系统组成 RMI的组成及对方位的指示的组成及对方位的指示指针尾部所指的为飞机的磁方位角指针尾部所指的为飞机的磁方位角 1指针头部所指的为指针头部所指的为NDB台的磁方位角台的磁方位角 2 对应的读数为飞机的磁航向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与指针头部之间的顺时针夹角为相对方位角 33.3 3.3 系统组成系统组成 2022年1月11日导航系统34自动定向机的调

18、谐和显示自动定向机的调谐和显示NmQDM210MH170HDGNDB导航台QDM2103.3 3.3 系统组成系统组成 2022年1月11日导航系统35RMI的指示有两部接收机的指示细针对应第一部接收机粗针对应第二部接收机正上方指示飞机的MH粗细针都是针尖指示QDM，针尾指示QDR可指示地面NDB台和VOR台的方位，通过仪表上的按钮选择信号源3.3 3.3 系统组成系统组成 2022年1月11日导航系统36EHSI的指示3.3 3.3 系统组成系统组成 RDMI的组成及对方位的指示的组成及对方位的指示3.3 3.3 系统组成系统组成 3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 简单矩

19、形环形天线简单矩形环形天线不同来波方向时产生的合成感应电势不同来波方向时产生的合成感应电势 3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 环形天线的方向性图环形天线的方向性图 3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 环形天线的方向性环形天线的方向性2022年1月11日导航系统42垂直天线产生圆形方向性图3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 2022年1月11日导航系统43 单值定向 两部天线联合接收，得到“心”形方向性图，只有一个最小值。3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 天线方向图转

20、动 测向过程中，ADF需要随时转动环状天线的8字形方向图，使其最小值(零值点)对准被测的地面导航台。为使方向性图能够旋转，一种方法是用电机直接拖动环状天线转动，另一种方法是天线固定不动，通过测角器来实现方向图转动。3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 两个环状天线正交安装（分别与飞机的纵轴垂直和平行），并固定不动，两个天线的线圈分别接到测角器的两个励磁线圈(固定线圈)上。 测角器中形成一个合成磁场，测角器的转子线圈(活动线圈)，在合成磁场作用下产生的感应电势，感应电势振幅随来波方向按余弦规律（即“8”字形）变化。 转子线圈的转动取代环状天线的转动，达到了方向性图旋转的目的。3.

21、4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 3.4 3.4 自动定向机工作原理自动定向机工作原理 电波传播误差电波传播误差静电干扰夜间效应山区效应 电波的绕射 电波的反射海岸效应折射无声锥影响3.5 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 夜间效应夜间效应 自动定向机工作在中波波段，电离层对电波的吸收白天比夜间强，因此白天接收机只能接收到地波信号。 夜晚由于电波受电离层损耗小，接收机可同时接收到地波和天波信号，这会形成电波衰落；同时反射的天波将使垂直极化波变为椭圆极化波，这些都会造成定向误差。 由夜间效应引起的定向误差一般为1015左右。减小夜间效应的根本方法是避免接收天波信号。3.5

22、 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 山区效应山区效应电波绕射电波绕射3.5 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 山区效应山区效应电波反射电波反射3.5 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 山区效应山区效应 电波的波长越长，绕射能力越强，对中长波定向影响较大。 电波的波长越短，反射能力越强。 为避免和减小山区效应的影响，应尽可能利用熟悉的地形在目视条件下飞行，或在干扰范围之外测定方位，并适当的提高飞行高度和选择合适的地面导航台。3.5 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 海岸效应海岸效应电波折射引起的误差电波折射引起的误差3.5 3.5 系统的干扰和误差系统的干扰和误差 象限误差象限误差 也叫罗差，主要是环形天线附近金属导体的干扰误差。 当地面电台辐射的无线电波到达飞机机身等金属物体上时，将在金属物体上产生交变的感应电流，该电流又在机身等金属物体周围产生辐射电波，这种现象称为二次辐射。 二次辐射电波与原电波叠加后，合成电波作用到环形天线的方向与原电波传播方向相差一个角度，从而改变了定向方向，造成了定向误差，该角度称为象限误差或罗差。3.5 3