民机通信导航与雷达 第十一章甚高频全向信标系统ppt课件

1、123 甚高频全向信标甚高频全向信标(Very high frequency Omnidirectional (Very high frequency Omnidirectional Range)Range)系统，简称系统，简称VOR(VOR(伏尔伏尔) )，它是一种近程无线电导航系统。，它是一种近程无线电导航系统。 VORVOR系统属于他备式导航，或称地面基准式导航系统属于他备式导航，或称地面基准式导航(ground(groundbased navigation)based navigation)。提问：提问：1. 1. 飞机在空中如何确定自身飞机在空中如何确定自身的位置？的位置？ 2. 2

2、. 由什么设备来完成？由什么设备来完成？由地面发射台和机载设备组成。由地面发射台和机载设备组成。地面设备通过天线发射从地面设备通过天线发射从VORVOR台到飞台到飞机的磁方位信息机的磁方位信息( (以磁北为基准以磁北为基准零度零度) )；图图11-1(1) VOR系统系统4v一、有关的角度定义一、有关的角度定义v VORVOR导航系统的功能之一导航系统的功能之一是测量飞机的是测量飞机的VORVOR方位角，而方位角，而VORVOR方位角在无线电磁指示器方位角在无线电磁指示器(RMI)(RMI)上的指示又是通过磁航向上的指示又是通过磁航向加相对方位指示的。加相对方位指示的。v 因而，了解这些角度的

3、定因而，了解这些角度的定义和相互关系，有助于理解义和相互关系，有助于理解VORVOR机载设备的工作原理。机载设备的工作原理。 机载设备接收和处理地面台发射机载设备接收和处理地面台发射的方位信息，并通过有关的指示的方位信息，并通过有关的指示器指示出从器指示出从VORVOR台到飞机或从飞机台到飞机或从飞机到到VORVOR台的磁方位角，如下图。台的磁方位角，如下图。 图图11-1(2) VOR指示器指示器5VORVOR方位角方位角 VORVOR方位角是指从飞机所方位角是指从飞机所在位置的磁北方向顺时针测量在位置的磁北方向顺时针测量到飞机与到飞机与VORVOR台连线之间的夹角。台连线之间的夹角。VOR

4、VOR方位也称电台磁方位。它是方位也称电台磁方位。它是以飞机为基准来观察以飞机为基准来观察VORVOR台在地台在地理上的方位，如右图理上的方位，如右图 飞机磁方位飞机磁方位 从从VORVOR台的磁北方向顺时针测量到台的磁北方向顺时针测量到VORVOR台与飞机连线之间的台与飞机连线之间的夹角，叫飞机磁方位夹角，叫飞机磁方位( (见图）。它是以见图）。它是以VORVOR台为基准来观察飞机相台为基准来观察飞机相对对VORVOR台的磁方位。台的磁方位。 图图11-1(3) 方位角定义方位角定义6磁航向磁航向 磁航向是指飞机所在位置磁航向是指飞机所在位置的磁北方向和飞机纵轴方向的磁北方向和飞机纵轴方向(

5、 (机机头方向头方向) )之间顺时针方向测量的之间顺时针方向测量的夹角，如图夹角，如图 相对方位角相对方位角 飞机纵轴方向和飞机到飞机纵轴方向和飞机到VORVOR台连线之间顺时针方向测量台连线之间顺时针方向测量的夹角，叫相对方位角，或称的夹角，叫相对方位角，或称电台航向，如下图。电台航向，如下图。 图图11-1(4) 方位角定义方位角定义7从上述从上述4 4个角度的定义，可以得到如下的结论：个角度的定义，可以得到如下的结论： VORVOR方位与飞机磁航向无关；只与飞机相对方位与飞机磁航向无关；只与飞机相对VORVOR台地理位置有关，台地理位置有关，如上左图所示。如上左图所示。飞机磁方位和飞机磁

6、方位和VORVOR方位相差方位相差180180，如上左图所示。，如上左图所示。 VORVOR方位等于磁航向加相对方位，如上右图所示。方位等于磁航向加相对方位，如上右图所示。 8v二、二、VORVOR导航系统的用途导航系统的用途v VORVOR系统在航空导航中的基本功能有两个方面。系统在航空导航中的基本功能有两个方面。v1 1定位定位(positionfixing)(positionfixing)v 利用利用VORVOR设备定位有两种方法：设备定位有两种方法：vVORVOR机载设备测出从两个已知的机载设备测出从两个已知的VORVOR台到飞机的磁台到飞机的磁方位角，便可方位角，便可v 得到两条位置

7、线，利用两条位置线的交点便可确定得到两条位置线，利用两条位置线的交点便可确定飞机的地理飞机的地理v 位置。这种定位方法叫测角定位，即位置。这种定位方法叫测角定位，即定位，定位，如下图如下图v （b b所示。所示。 9VORVOR台通常和测距台台通常和测距台(DME)(DME)安装一起安装一起O O点），利用点），利用VORVOR设备测量设备测量飞机磁方位角飞机磁方位角；利用；利用DMEDME测量飞机到测量飞机到VORVORDMEDME台的距离台的距离r r，确定，确定飞机的地理位置。这种方法叫测角飞机的地理位置。这种方法叫测角测距定位，即测距定位，即rr定位定位/ /极极 坐标定位，如下图坐标

8、定位，如下图a a所示。所示。 102 2沿选定的航路导航沿选定的航路导航(navigation along established airways) (navigation along established airways) VOR VOR台能够辐射无限多的方位线或称径向线台能够辐射无限多的方位线或称径向线(radial)(radial)，每条径，每条径向线表示一个磁方位角向线表示一个磁方位角( (磁北为基准零度磁北为基准零度) )。驾驶员通过机上全向。驾驶员通过机上全向方位选择器方位选择器OBS (omni-bearing selector)OBS (omni-bearing selec

9、tor)选择一条要飞的方位线，选择一条要飞的方位线，称预选航道。称预选航道。 全方位选择全方位选择器和预选航器和预选航道指示道指示VOR台方位线台方位线11 飞机沿着预选航道可以飞向飞机沿着预选航道可以飞向(To)(To)或飞离或飞离(From)VOR(From)VOR台，以引导台，以引导飞机沿预选航道飞往目的地。飞机沿预选航道飞往目的地。 （1 1飞机沿飞机沿22502250方位线飞向方位线飞向(To)VOR(To)VOR台台-1-1；（2 2飞机沿飞机沿 900900方位线飞离方位线飞离(From)VOR(From)VOR台台-1-1；（3 3飞机沿飞机沿27002700方位线飞向方位线飞

10、向(To)VOR(To)VOR台台-2-2；（4 4飞机沿飞机沿450450方位线飞离方位线飞离(From) VOR(From) VOR台台-2-2；12飞机沿飞机沿3500预选航道飞向预选航道飞向(To) VOR台；台；航道偏离指示器指出飞机偏离预航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道，应向左边飞行；选航道，应向左边飞行；航道偏离指示器指出飞机偏离预航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道，应向右边飞行；选航道，应向右边飞行；通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向(左边或左边或右边右边)和角度，并指引飞机沿正确航道飞行到达目的地；和角度，并指引飞机沿正

11、确航道飞行到达目的地；VOR方位指示.exe13v三、三、VORVOR工作频率分配工作频率分配v 在现代飞机上，在现代飞机上，VORVOR导航系统的机载设备与仪表导航系统的机载设备与仪表着陆系统着陆系统(ILS)(ILS)的航向信标的航向信标(LOC)(LOC)的机载设备的有些部分的机载设备的有些部分是共用的。是共用的。v VORVORLOCLOC工作频率范围从工作频率范围从108.00117.95MHz108.00117.95MHz，频率间隔频率间隔50kHz50kHz，共有，共有200200个波道。其中个波道。其中108.00108.00111.95MHz111.95MHz之间的频率，之间

12、的频率，VORVORLOCLOC共用，有共用，有4040个波个波道分配给道分配给ILSILS系统的系统的LOCLOC，分配如下：，分配如下： v 108.00108.00用于试验用于试验v 108.05VOR108.05VORv 108.10 108.10奇数奇数100 kHz100 kHz波道及再加波道及再加50kHz50kHz的波道的波道用于用于LOCLOC；v 108.15 108.15 配对下滑信标波道；配对下滑信标波道；v 108.20108.20偶数偶数100kHz100kHz波道及再加波道及再加50kHz50kHz的波道的波道用于用于VORVOR；v 108.25108.25v

13、v 111.90 111.90v 111.95 111.9514 112.00112 112.00112117.95MHz117.95MHz之间间隔为之间间隔为50 KHz50 KHz的所有频率的所有频率 均用于均用于VORVOR波道波道 112.05112.05 117.90 117.90 117.95 117.95 108.00MHz108.00MHz的频率没有分配给导航设备，留作试验用。也有一些的频率没有分配给导航设备，留作试验用。也有一些波道波道( (导航波段的低频率端导航波段的低频率端) )留作留作ILSILS的试验用，而不用于的试验用，而不用于VORVOR。如果如果VORVORLO

14、CLOC接收电路共用的话，试验频率使用接收电路共用的话，试验频率使用117.95MHz117.95MHz。机载接收机能够接收机载接收机能够接收108.00117.95MHz108.00117.95MHz之间的所有波道，包括之间的所有波道，包括这些留作试验的频率。这些留作试验的频率。15v四、地面台的配置四、地面台的配置 v 安装在机场的安装在机场的VORVOR台叫终端台叫终端VORVOR台台(TVOR)(TVOR)，使，使用用1081080000一一11111195MHz95MHz之间的之间的4040个波道。发射功个波道。发射功率约率约50W50W，工作距离，工作距离25n mile25n m

15、ile。TVORTVOR台之所以采用低台之所以采用低功率发射，其一是不干扰在相同频率上工作的其他功率发射，其一是不干扰在相同频率上工作的其他VORVOR台；其二，台；其二，TVORTVOR台位于建筑物密集的机场，多路台位于建筑物密集的机场，多路径干扰严重影响径干扰严重影响VORVOR的精度，因而，只能用于短距离的精度，因而，只能用于短距离导航。导航。v TVORTVOR台通常和台通常和DMEDME或或LOCLOC装在一起，装在一起，VORVORDMEDME台组成极坐标定位系统；台组成极坐标定位系统；VORVORLOCLOC装在一起，装在一起，利用和跑道中心延长线一致的利用和跑道中心延长线一致的

16、TVORTVOR台方位线，可以代台方位线，可以代替替LOCLOC对飞机进行着陆引导。对飞机进行着陆引导。 16 安装在航路上的安装在航路上的VORVOR台叫航路台叫航路VOR(enroute VOR)VOR(enroute VOR)，台址通，台址通常选在无障碍物的地点，如山的顶部。这样，因地形效应引起常选在无障碍物的地点，如山的顶部。这样，因地形效应引起的台址误差和多路径干扰可以大大减小。的台址误差和多路径干扰可以大大减小。 航路航路VORVOR使用使用112112001170011795MHz95MHz之间的之间的120120个波道，发个波道，发射功率射功率200W200W，工作距离，工作距

17、离200 n mile200 n mile。17v五五 VORVOR系统的基本原理系统的基本原理 我们可以把我们可以把VORVOR地面台想象地面台想象为这样的一个灯塔；它向四周为这样的一个灯塔；它向四周发射全方位光线的同时，还发发射全方位光线的同时，还发射一个自磁北方向开始顺时针射一个自磁北方向开始顺时针旋转的光束，如下图。旋转的光束，如下图。观察时间间隔光束旋转周期0360观察者磁北方位角 VOR地面台.exe18 实际上，实际上，VORVOR台发射被两个低频信号调制的射频信号。这两台发射被两个低频信号调制的射频信号。这两个低频信号，一个叫基准相位信号，另一个叫可变相位信号。个低频信号，一个

18、叫基准相位信号，另一个叫可变相位信号。基准相位信号相当于全方位光线，其相位在基准相位信号相当于全方位光线，其相位在VORVOR台周围的各个方台周围的各个方位上相同；位上相同；可变相位信号相当于旋转光束，其相位随可变相位信号相当于旋转光束，其相位随VORVOR台的径向方位而变。台的径向方位而变。飞机磁方位决定于基准和可变相位信号之间的相位差相当于飞机磁方位决定于基准和可变相位信号之间的相位差相当于看到全方位光线和光束之间的时间差）。看到全方位光线和光束之间的时间差）。 19v一、一、 两种信号调制方式两种信号调制方式v VORVOR机载设备的基本工作原理是测量地面台发射机载设备的基本工作原理是测

19、量地面台发射的基准相位的基准相位30Hz30Hz和可变相位和可变相位30Hz30Hz的相位差，两个的相位差，两个30Hz30Hz信号的相位差正比于信号的相位差正比于VORVOR台的径向方位台的径向方位( (以磁北为以磁北为基准零度基准零度) )。为了在接收机中能够分开两个。为了在接收机中能够分开两个30Hz30Hz信号，信号，VORVOR台发射信号采用两种不同的调制方式。台发射信号采用两种不同的调制方式。 可变相位信号：调幅方式，载波可变相位信号：调幅方式，载波幅度随调制信号幅度线性改变。幅度随调制信号幅度线性改变。基准相位信号：调频方式，载波基准相位信号：调频方式，载波频率随调制信号幅度线性

20、改变。频率随调制信号幅度线性改变。20 可变相位信号：用可变相位信号：用30Hz30Hz对载波调幅，相位随对载波调幅，相位随VORVOR台的径向方位而台的径向方位而变化。变化。 基准相位信号：先用基准相位信号：先用30Hz30Hz对对9960Hz9960Hz副载波调频，然后调频副载副载波调频，然后调频副载波再对载波调幅，而波再对载波调幅，而30Hz30Hz调频信号的相位在调频信号的相位在VORVOR台周围台周围360360方位上是方位上是相同的。相同的。图图11-6 VOR11-6 VOR地面台工作原理说明地面台工作原理说明 21v二、基准相位信号二、基准相位信号v 30Hz30Hz产生器产生

21、基准产生器产生基准30Hz30Hz信号信号( )( )，对，对9960Hz9960Hz副载波调频，频偏为副载波调频，频偏为480Hz480Hz调频副载波的表达式调频副载波的表达式为为tcos)coscos()(ttUtUssmcos(cos)msfUtmt= ssfmmU 30Hz角频率 9960Hz角频率 频偏 调频指数 调频信号振幅。 调频副载波再对载波调幅，然后由全向天线发射，其辐射场调频副载波再对载波调幅，然后由全向天线发射，其辐射场为为( )1cos(cos)cosRRmsfUtUmtmttRmU基准相位信号振幅RmmUUm 基准相位信号的调幅度载波信号角频率22 基准相位信号由基准

22、相位信号由VORVOR天线系统中的基准天线发射，在空间形天线系统中的基准天线发射，在空间形成全向水平极化辐射场。成全向水平极化辐射场。 由于调制过程是在发射机由于调制过程是在发射机内完成的，所以在内完成的，所以在VORVOR台周围的台周围的360360方位上，方位上，30 Hz30 Hz调制信号的调制信号的相位相同。基准相位信号产生相位相同。基准相位信号产生的过程如图所示。在进行地的过程如图所示。在进行地空通信时，经音频放大的话音，空通信时，经音频放大的话音，同副载波一起对载波调幅。话同副载波一起对载波调幅。话音频率主要集中在音频率主要集中在3003000Hz3003000Hz范围内，它不会干

23、扰基本的导范围内，它不会干扰基本的导航功能；在接收机电路中可通航功能；在接收机电路中可通过带通滤波器分开。过带通滤波器分开。 23v三、可变相位信号三、可变相位信号 v 可变相位信号在空间形成一个可变相位信号在空间形成一个“8 8字旋转辐射字旋转辐射场。有两种方法可以产生旋转的场。有两种方法可以产生旋转的“8 8字方向图：其一字方向图：其一是旋转具有是旋转具有“8 8字方向图的天线字方向图的天线( (如半波振子、裂缝如半波振子、裂缝天线等天线等) )；其二是天线不动，用电气的方法使；其二是天线不动，用电气的方法使“8 8字字方向图旋转。大多采用后一种方法。方向图旋转。大多采用后一种方法。v 从

24、高频发射机取出一部分功率从高频发射机取出一部分功率( (约约10%)10%)加到调制加到调制抑制器抑制器( (去幅器去幅器) )，去掉调幅部分，并进行功率放大，输，去掉调幅部分，并进行功率放大，输出没有调制的纯载波。它与基准相位信号的载波是同出没有调制的纯载波。它与基准相位信号的载波是同频率、同相位的，然后加到测角器。测角器把载波分频率、同相位的，然后加到测角器。测角器把载波分解成解成30Hz30Hz正弦和余弦调制的调幅边带波，即：正弦和余弦调制的调幅边带波，即： ttcossinttcoscos正弦调制的边带波正弦调制的边带波 余弦调制的边带波余弦调制的边带波24 正弦和余弦调制的边带波分别

25、由正弦和余弦调制的边带波分别由VORVOR天线阵中的可变相位天天线阵中的可变相位天线发射。可变相位天线包括方向性因子分别为线发射。可变相位天线包括方向性因子分别为cos cos 和和sin sin 的的两个分集天线，在水平面内形成两个正交的两个分集天线，在水平面内形成两个正交的“8 8字辐射场，其字辐射场，其数学表达式为：数学表达式为： ttUUvmcossinsin正弦ttUUvmcoscoscos余弦vmU式中式中 可变相位信号的幅度；可变相位信号的幅度； 方位角方位角( (磁北为磁北为0 0) ) ttUtttUtUvmvmvcos)cos(cos)coscoscos(sin)(两个两个

26、“8 8字方向图的空间合成辐射场为：字方向图的空间合成辐射场为： 25 可变相位信号的合成辐射场也是一个可变相位信号的合成辐射场也是一个“8 8字辐射场，两个字辐射场，两个波瓣的相位相反，并按波瓣的相位相反，并按的角频率旋转的角频率旋转(30r(30rs)s)。图给出了在。图给出了在不同方位角不同方位角 时，两个正交的时，两个正交的“8 8字方向图合成一个旋转的字方向图合成一个旋转的“8 8字方向图的示意图，这也就达到了与直接转动天线使方向字方向图的示意图，这也就达到了与直接转动天线使方向性图旋转的相同的目的。性图旋转的相同的目的。 正、余弦边带合成可变场.exe26v四、合成空间辐射场四、合

27、成空间辐射场 v 可变相位信号和基准相位信号虽然是分开发射的，可变相位信号和基准相位信号虽然是分开发射的，而空间某一点而空间某一点( (具体的说是飞机具体的说是飞机) )的接收信号是基准相位的接收信号是基准相位和可变相位信号的合成信号，而空间辐射场等于两者和可变相位信号的合成信号，而空间辐射场等于两者的叠加：的叠加：)()()(tUtUtUvRttmtmtmUttmtmUttUfsARmfsRmvmcos)coscos()cos(1 cos)coscos(1 cos)cos(RmvmAUUm 式中式中 可变相位信号的调幅系数，从上式可可变相位信号的调幅系数，从上式可以看出：以看出：27合成辐射

28、场是一个心形方向性图合成辐射场是一个心形方向性图( (如下图如下图) )，并以，并以30Hz30Hz的角频的角频率旋转，最大值出现的时刻随方位角率旋转，最大值出现的时刻随方位角而变。从物理概念来讲，而变。从物理概念来讲，“8 8字方向图与全向方向图同相的一边，加强了全向方向图，字方向图与全向方向图同相的一边，加强了全向方向图，而反相的一边，减弱了全向方向图，所以合成是一个心形方向而反相的一边，减弱了全向方向图，所以合成是一个心形方向图。图。合成是一个心形方向图.exe28)cos(1 tmA)coscos(tmtmfs合成辐射场包络包括两种成分的信号，一种是合成辐射场包络包括两种成分的信号，一

29、种是 ，它是由心形方向图旋转产生的附加调幅部分，其相位它是由心形方向图旋转产生的附加调幅部分，其相位( (最大值出现最大值出现的时刻的时刻) )随方位角随方位角 而变，这就是可变相位而变，这就是可变相位30Hz30Hz；另一种；另一种是是 ，它是，它是9960Hz9960Hz调频副载波产生的调幅部分，其调频副载波产生的调幅部分，其相位与方位角相位与方位角无关。基准相位无关。基准相位30Hz30Hz隐含在隐含在30Hz30Hz调频的调频的9960Hz9960Hz副副载波中。载波中。基准和可变相位波形.exe29v五、五、 VORVOR信号的产生信号的产生v 9960Hz9960Hz副载波的副载波

30、的30Hz30Hz频率调制是在发射机内完频率调制是在发射机内完成，由全向天线发射。因而，成，由全向天线发射。因而，30Hz30Hz调频信号相位与方调频信号相位与方位角无关，也就是说在位角无关，也就是说在VORVOR台的方位上相位相同。接台的方位上相位相同。接收机首先通过幅度检波器检出收机首先通过幅度检波器检出9960Hz9960Hz调频副载波的包调频副载波的包络信号，并通过一个双向限幅器变成等幅调频信号，络信号，并通过一个双向限幅器变成等幅调频信号，如图波形所示。再由频率检波器检出如图波形所示。再由频率检波器检出30Hz30Hz调频信号，调频信号，即为基准相位即为基准相位30Hz30Hz。 3

31、0 可变相位可变相位30Hz30Hz信号是由心形方向图旋转产生的，因而，心形图信号是由心形方向图旋转产生的，因而，心形图最大值在某一方位上出现时刻随方位角最大值在某一方位上出现时刻随方位角而变。心形图以而变。心形图以30r/s30r/s的的速度旋转，接收机所接收的信号幅度也以速度旋转，接收机所接收的信号幅度也以30Hz30Hz的速度变化，相当的速度变化，相当于用于用30Hz30Hz信号对载波调幅，经接收机包络检波器检出信号对载波调幅，经接收机包络检波器检出30Hz30Hz调幅部调幅部分叫可变相位分叫可变相位30Hz30Hz。 可变相位可变相位30Hz30Hz和基准相位和基准相位30Hz30Hz

32、的相位关系，可用下图加以说明。的相位关系，可用下图加以说明。 磁北方向磁北方向 31正东方向正东方向 正南方向正南方向 32正西方向正西方向 33相位相同；相位相同；三、可变相位信号：等幅发射旋转成调幅波，三、可变相位信号：等幅发射旋转成调幅波，VORVOR台周围相位随方位角变化；台周围相位随方位角变化；四、合成空间辐射场：旋转心型线辐射场四、合成空间辐射场：旋转心型线辐射场34v一一 、组成与功用、组成与功用 v VORVOR机载设备包括控制盒、天线、甚高频接收机机载设备包括控制盒、天线、甚高频接收机和指示仪表。尽管有多种型号的机载设备，处理方位和指示仪表。尽管有多种型号的机载设备，处理方位

33、信息的方法不同，但它们的基本功能是相似的。图为信息的方法不同，但它们的基本功能是相似的。图为机载设备之间的主要信号连接图。机载设备之间的主要信号连接图。351 1控制盒控制盒( (见图见图) ) 在现代飞机上，控制盒是在现代飞机上，控制盒是VORVOR，ILSILS，DMEDME共用的。主要功能有：共用的。主要功能有： 频率选择和显示。选择和显示接收信号频率。频率选择和显示。选择和显示接收信号频率。 试验按钮。控制盒上有试验按钮。控制盒上有VORVOR，ILS(ILS(上左、下右上左、下右) )和和DMEDME试试 验按钮，分别用来检查相应设备的工作性能。验按钮，分别用来检查相应设备的工作性能

34、。 音量控制。音量调节电位计用来调节话音和识别码音量。音量控制。音量调节电位计用来调节话音和识别码音量。362 2天线天线 在多数飞机上，在多数飞机上，VORVOR天线和天线和LOCLOC天线是共用的，安装在垂直天线是共用的，安装在垂直安定面上或机身的上部，避免机身对电波的阻挡，以提高接收安定面上或机身的上部，避免机身对电波的阻挡，以提高接收信号的稳定性。信号的稳定性。3 3VORVOR接收机接收机 接收和处理接收和处理VORVOR台发射的方位信息。包括常规外差式接收机、台发射的方位信息。包括常规外差式接收机、幅度检波器和相位比较器电路，接收机提供如下的输出信号。幅度检波器和相位比较器电路，接

35、收机提供如下的输出信号。 话音和台识别信号，加到音频集成系统话音和台识别信号，加到音频集成系统(AIS)(AIS)，供飞行员监，供飞行员监听；听；方位信号，驱动无线电磁指示器方位信号，驱动无线电磁指示器(RMl)(RMl)的指针；的指针；航道偏离信号，驱动水平姿态指示器航道偏离信号，驱动水平姿态指示器(HSl)(HSl)的航道偏离杆；的航道偏离杆；向背台信号，驱动向背台信号，驱动HSIHSI的向背指示器；的向背指示器；旗警告信号，驱动旗警告信号，驱动HSIHSI上的警告旗。上的警告旗。37 4 4指示器指示器 指示器是将接收机提供的导航信息显示给驾驶员，根据指示器指示器是将接收机提供的导航信息

36、显示给驾驶员，根据指示器提供的指示进行飞机的定位和导航。常用的指示器有两种：无提供的指示进行飞机的定位和导航。常用的指示器有两种：无线电磁指示器线电磁指示器(RMI)(RMI)和水平姿态指示器和水平姿态指示器(HSI)(HSI)。 RMIRMI指示器是将罗盘指示器是将罗盘( (磁航向磁航向) )、VORVOR方位和方位和ADFADF方位组合在一起方位组合在一起的指示器。的指示器。两个指针分别指示两个指针分别指示VOR-1VOR-1ADF-1ADF-1和和VOR-2VOR-2ADF-2ADF-2接收机输出接收机输出的方位信息；两个的方位信息；两个VORVORADFADF转换开关，分别用来转换输入

37、指转换开关，分别用来转换输入指针的信号源。针的信号源。 RMI RMI能够指示能够指示4 4个角度：罗牌由磁航向信号驱动，固定标线个角度：罗牌由磁航向信号驱动，固定标线( (相当于机头方向相当于机头方向) )对应的罗牌刻度指示飞机的磁航向；指针由对应的罗牌刻度指示飞机的磁航向；指针由VORVOR方位和磁航向的差角信号驱动，固定标线和指针之间的顺时方位和磁航向的差角信号驱动，固定标线和指针之间的顺时针夹角为相对方位角；指针对应罗牌上的刻度指示为针夹角为相对方位角；指针对应罗牌上的刻度指示为VORVOR方位，方位，它等于磁航向加相对方位；而指针的尾部对应的罗牌刻度为飞它等于磁航向加相对方位；而指针

38、的尾部对应的罗牌刻度为飞机磁方位，它与机磁方位，它与VORVOR方位相差方位相差180180。 38 HSI HSI指示器是一个组合仪表，如下图。它指示飞机在水平面指示器是一个组合仪表，如下图。它指示飞机在水平面内的姿态，内的姿态， 在在VORVOR方式，航道偏离杆由飞机相对于预选航道的方式，航道偏离杆由飞机相对于预选航道的偏离信号驱动，指示飞机偏离预选航道的角度，每点偏离信号驱动，指示飞机偏离预选航道的角度，每点5 5，向，向背台指示器由向背台信号驱动，在向台区飞行时，三角形指背台指示器由向背台信号驱动，在向台区飞行时，三角形指向机头。方向，在向机头。方向，在背台区飞行时，三角背台区飞行时，

39、三角指向机尾方向；预选指向机尾方向；预选航道指针随航道指针随OBSOBS全方全方位选择器旋钮转动，位选择器旋钮转动，指示预选航道的角度。指示预选航道的角度。警告旗在输入信号无警告旗在输入信号无效时出来显示。效时出来显示。39 图上划出了多种飞机的姿态和相应的图上划出了多种飞机的姿态和相应的RMIRMI指示指示 。使驾驶员。使驾驶员像在仪表板上看到的指示器那样，转动指示器使标线出现在上像在仪表板上看到的指示器那样，转动指示器使标线出现在上指示器上部。指示器上部。 40v二、二、VORVOR导航接收机导航接收机v VORVOR导航接收机的主要功能包括导航接收机的主要功能包括VORVOR信号的信号的

40、接收接收- -超外差接收机和方位信息处理超外差接收机和方位信息处理- -相位比较器电路。相位比较器电路。图所示的导航接收图所示的导航接收机简化方框图，可机简化方框图，可以用来说明以用来说明VORVOR接接收信号的变换过程收信号的变换过程以及产生仪表指示以及产生仪表指示信号的基本原理。信号的基本原理。41（一超外差接收机（一超外差接收机超外差接收机通常是二次变频的外差式接收机，如下图。超外差接收机通常是二次变频的外差式接收机，如下图。42( (二二) )信号分离电路信号分离电路 检波器输出的组合音频中，各频率范围不同，很容易用带检波器输出的组合音频中，各频率范围不同，很容易用带通滤波器实现分离。

41、带通滤波器能使一定频率范围内的信号通通滤波器实现分离。带通滤波器能使一定频率范围内的信号通过，而通带以外的频率信号受到一定衰减。下面介绍运算放大过，而通带以外的频率信号受到一定衰减。下面介绍运算放大器和器和RCRC网路组成的有源滤波器，它们是网路组成的有源滤波器，它们是VORVOR接收机中实际电路。接收机中实际电路。 1 13003000Hz3003000Hz带通滤波器带通滤波器3003000Hz3003000Hz带通滤波器只让话音和台识别码信号通过，而阻止带通滤波器只让话音和台识别码信号通过，而阻止导航音频信号。滤波器由导航音频信号。滤波器由RCRC无源网路和运算放大器，组成，如无源网路和运

42、算放大器，组成，如图。图。AU1BU143AU1BU1 组成高通滤波器，只通过组成高通滤波器，只通过300Hz300Hz以上的频率信号；而以上的频率信号；而 组成低通滤波器，只让低于组成低通滤波器，只让低于3000Hz3000Hz以下的频率信号通过。以下的频率信号通过。因而，组合成一个带通滤波器。该滤波器的特性如下表所示。因而，组合成一个带通滤波器。该滤波器的特性如下表所示。滤波器输出的话音识别码信号通过控制盒上的音量调整电位滤波器输出的话音识别码信号通过控制盒上的音量调整电位计加到音频集成系统计加到音频集成系统AlSAlS的音频选择板，供飞行员监听。在的音频选择板，供飞行员监听。在音频选择板

43、上有一个音频选择板上有一个“话音识别话音识别开关，在开关，在“话音话音位，音位，音频信号通过频信号通过1020Hz1020Hz陷波滤波器陷波滤波器(notchfilter)(notchfilter)，去掉，去掉1020Hz1020Hz识别识别码信号，使话音更清楚。在码信号，使话音更清楚。在“识别识别 位，音频信号通过位，音频信号通过1020Hz1020Hz窄窄带滤波器，去掉话音频率，只输出带滤波器，去掉话音频率，只输出1020Hz1020Hz识别码信号。识别码信号。442. 9960Hz2. 9960Hz带通滤波器带通滤波器9960Hz9960Hz带通滤波器只让带通滤波器只让9960Hz996

44、0Hz调频副载波通过，抑制其他频率调频副载波通过，抑制其他频率成分。其电路见图。成分。其电路见图。 1C2C 该电路是一个二阶多路反馈的带通滤波器。电容该电路是一个二阶多路反馈的带通滤波器。电容 随着输随着输入信号频率升高，容抗减小，运算放大器的输入增大，输出增入信号频率升高，容抗减小，运算放大器的输入增大，输出增大；而电容大；而电容 随着输入信号频率升高，负反馈增大，使增益减随着输入信号频率升高，负反馈增大，使增益减小，输出减小。正确选择小，输出减小。正确选择RCRC的数值，可使运大器在的数值，可使运大器在9960Hz9960Hz频率频率附近输出最大，保附近输出最大，保证证9960Hz996

45、0Hz调频信号调频信号通过通过(9480(948010440Hz)10440Hz)，抑制其，抑制其他频率成分。他频率成分。 453.30Hz3.30Hz低通滤波器低通滤波器 30Hz30Hz低通滤波器，只允许低通滤波器，只允许30Hz30Hz可变相位信号通过，而阻止其可变相位信号通过，而阻止其它频率信号通过，电路如图所示。它频率信号通过，电路如图所示。 电容电容 对对9960Hz9960Hz调频副载波及话音呈现低阻抗调频副载波及话音呈现低阻抗( (相当于相当于短路短路) )，传输系数很小，而对于低频，传输系数很小，而对于低频30Hz30Hz信号，信号， 相当于开路，相当于开路，传输系数增大。因

46、而输出具有低通性能。传输系数增大。因而输出具有低通性能。1C2C1C2C46( (三三) ) 频率检波器频率检波器( (鉴频器鉴频器) ) 鉴频器的功用是从鉴频器的功用是从9960Hz9960Hz调频信号中检出调频信号中检出30Hz30Hz基准相基准相位信号。图示给出了用单稳态电路和积分滤波器组成的频率位信号。图示给出了用单稳态电路和积分滤波器组成的频率电压转换电路，用于解调调频信号。电压转换电路，用于解调调频信号。 9960Hz 9960Hz带通滤波器的输出，经带通滤波器的输出，经过限幅放大器变成方波过限幅放大器变成方波( (如图如图(a)(a)所所示示) )，触发，触发50 s50 s单稳

47、态电路。单稳单稳态电路。单稳态电路输出是宽度为态电路输出是宽度为50 s50 s的脉冲，的脉冲，但输出脉冲的占空因数随但输出脉冲的占空因数随9960Hz9960Hz调调频信号的频率变化而变化：频率升频信号的频率变化而变化：频率升高，占空因素增大；反之减小。输高，占空因素增大；反之减小。输出波形如图出波形如图(b)(b)所示，所示，9960Hz9960Hz以以30Hz30Hz的速率调频，占空因素也以的速率调频，占空因素也以30Hz30Hz的速率变化。经积分滤波器，的速率变化。经积分滤波器，重现重现9960Hz9960Hz调频的调频的30Hz30Hz信号，如图信号，如图(c)(c)所示。这个信号就

48、是基准相位所示。这个信号就是基准相位30Hz30Hz信号。信号。 47v三、三、VORVOR方位测量电路方位测量电路VORVOR方位测量也叫自动方位测量也叫自动VORVOR方式方式(automatic VOR)(automatic VOR)，因为它不需，因为它不需要任何调整，就能自动地测量出要任何调整，就能自动地测量出VORVOR方位角。方位角。测量测量VORVOR方位，实际上是测量基准方位，实际上是测量基准30Hz30Hz和可变和可变30Hz30Hz的相位差。的相位差。两个两个30Hz30Hz信号的相位差正比于飞机磁方位信号的相位差正比于飞机磁方位(VOR(VOR台径向方位台径向方位) )，

49、而指示器上读出的方位是而指示器上读出的方位是VORVOR方位，两者相差方位，两者相差180180。180180的固定的固定相移可以通过电气的或机械的方法来置定。相移可以通过电气的或机械的方法来置定。1 1VORVOR方位测量原理方位测量原理( (见下页图见下页图1117) 1117) VORVOR方位测量的基本方法是通过移相解算器方位测量的基本方法是通过移相解算器(phase shift (phase shift resolver)resolver)移动基准移动基准30Hz30Hz的相位，使它等于可变相位的相位，使它等于可变相位30Hz30Hz落后落后基准相位基准相位30Hz30Hz的角度的角

50、度( (或者移动可变相位或者移动可变相位30Hz30Hz，使它等于基准，使它等于基准30Hz30Hz超前可变相位超前可变相位30Hz30Hz的角度的角度) )，基准，基准30Hz30Hz移相的角度再加移相的角度再加180180，就是就是VORVOR方位。具体方法如下所述。方位。具体方法如下所述。4849基准基准30Hz30Hz加到移相解算器加到移相解算器A A的转子，其定子输出信号移相的角的转子，其定子输出信号移相的角度等于转子的转角。移相后的基准度等于转子的转角。移相后的基准30Hz30Hz和可变和可变30Hz30Hz加到相位比加到相位比较器较器C C，进行相位比较。若两个，进行相位比较。若

51、两个30Hz30Hz的相位差不等于零，相位比的相位差不等于零，相位比较器较器C C输出电压不等于零，因而输出电压不等于零，因而VORVOR方位电机方位电机(M)(M)带动移相解算器带动移相解算器A A的转子转动，改变基准的转子转动，改变基准30Hz30Hz的相移，直到两个的相移，直到两个30Hz30Hz的相位差等的相位差等于零，相位比较器于零，相位比较器C C的输出等于零为止。因而，移相解算器的输出等于零为止。因而，移相解算器A A转转子的转角总是等于可变子的转角总是等于可变30Hz30Hz信号落后于基准信号落后于基准30Hz30Hz信号的角度。信号的角度。如果将移相解算器的转子预先置定如果将

52、移相解算器的转子预先置定180180位置，则这时移相解算位置，则这时移相解算器器A A转子的转角将等于两个转子的转角将等于两个30Hz30Hz的相位差加的相位差加180180，即等于，即等于VORVOR方方位。位。从图从图11171117可见，罗牌由磁航向信号驱动可见，罗牌由磁航向信号驱动, ,指出飞机的磁航向，指出飞机的磁航向，它的工作与它的工作与VORVOR无关。磁航向信号加到差同步器的定子，而转子无关。磁航向信号加到差同步器的定子，而转子由由VORVOR方位电机带动，与移相解算器方位电机带动，与移相解算器A A的转子同步转动，其转角的转子同步转动，其转角等于等于VORVOR方位角。从而，

53、差同步器输出为方位角。从而，差同步器输出为VORVOR方位和磁航向方位和磁航向50的差角信号，通过同步接收机带动的差角信号，通过同步接收机带动RMIRMI指针指出相对方位角。指针指出相对方位角。在在RMIRMI上磁航向加相对方位读出上磁航向加相对方位读出VORVOR方位。方位。2 2移相解算器移相解算器移相电路由解算器和移相网路组成，如图移相电路由解算器和移相网路组成，如图11231123所示。所示。解算器包括一个转子绕组和两个垂直放置的定子绕组，通常叫解算器包括一个转子绕组和两个垂直放置的定子绕组，通常叫做鉴相型感应同步器。做鉴相型感应同步器。解算器转子和定子之间的相对解算器转子和定子之间的

54、相对转角反映了输出信号和输入信号转角反映了输出信号和输入信号之间的相移。之间的相移。式中的负号相当于式中的负号相当于180180相移，相移，该信号加到相位比较器该信号加到相位比较器C C时，其输时，其输出电压刚好使电机出电压刚好使电机(M)(M)带动解算器的转子转角多转带动解算器的转子转角多转180180，即转子，即转子转角等于两个转角等于两个30Hz30Hz相位差角加相位差角加180180等于等于VORVOR方位。方位。 513 3RMIRMI指示器电路指示器电路 在图在图11241124中示出了中示出了RMIRMI指示器的简化电路指示器的简化电路 , ,它包它包括磁航向指示电路和相对括磁航

55、向指示电路和相对方位指示电路。方位指示电路。磁航向指示电路。磁航磁航向指示电路。磁航向指示器电路包括同步器、向指示器电路包括同步器、罗牌伺服放大器和伺服电罗牌伺服放大器和伺服电机机M M，组成一个随动系统。，组成一个随动系统。52 同步器由同步发送机同步器由同步发送机 ，和同步接收机，和同步接收机 组成。组成。 的的转子供给转子供给400Hz400Hz交流电源，其转子的转角为飞机磁航向角。可交流电源，其转子的转角为飞机磁航向角。可以证明：当以证明：当 的转子线圈相对某相定子绕组旋转一个角度时的转子线圈相对某相定子绕组旋转一个角度时, ,在在 的定子绕组中产生的合成磁通的定子绕组中产生的合成磁通

56、的方向也转过相同的角的方向也转过相同的角度，见图度，见图11251125。 1CT1CR1CT1CR1CT53合成磁通合成磁通又在又在CR1CR1转子绕组中产生感应电势。当转子线圈转子绕组中产生感应电势。当转子线圈的轴线方向与合成磁通的轴线方向与合成磁通的方向垂直时，感应电压为零，叫协的方向垂直时，感应电压为零，叫协调位置。当转子离开协调位置时，转子有感应电压输出，叫误调位置。当转子离开协调位置时，转子有感应电压输出，叫误差电压。误差电压差电压。误差电压 和误差角和误差角 之间的关系为之间的关系为 UmUU 式中式中 是当是当 9090时，转子绕组输出的最大电压，这时转时，转子绕组输出的最大电

57、压，这时转子线圈的轴线方向和合成磁通子线圈的轴线方向和合成磁通的方向相一致。的方向相一致。U图图11261126表示自同步器输出电压的静态特表示自同步器输出电压的静态特性。它表明误差角的大小反映为误差电压的性。它表明误差角的大小反映为误差电压的不同；误差角的方向，反映为相位角的不同；误差角的方向，反映为相位角的180180变化。变化。54无论发送机转子转动多大的角度，接收机转子和罗牌也跟无论发送机转子转动多大的角度，接收机转子和罗牌也跟着转动相同的角度。这就将发送机转子的转角着转动相同的角度。这就将发送机转子的转角( (磁航向角磁航向角) )通通过过RMIRMI上的罗牌指示出来。上的罗牌指示出

58、来。相对方位指示电路相对方位指示电路RMIRMI上的无线电指针指示相对方位角，它上的无线电指针指示相对方位角，它由由VORVOR方位和磁航向的差角信号驱动。电路包括同步发送方位和磁航向的差角信号驱动。电路包括同步发送机机 ，差同步器，差同步器DXDX，同步接收机，同步接收机 。( (见图见图1127) 1127) 2CT1TR55当同步发送机当同步发送机 转子的转角为磁航向角时，则差同步器定子转子的转角为磁航向角时，则差同步器定子绕组产生的合成磁通绕组产生的合成磁通也转过同样的角度，如图也转过同样的角度，如图11271127所示。所示。差同步器的转子由差同步器的转子由VORVOR方位电机带动，

59、其转角等于方位电机带动，其转角等于VORVOR方位角。方位角。如果同步发送机的转子与差同步器的转子转向一致时，则差同如果同步发送机的转子与差同步器的转子转向一致时，则差同步器转子绕组上的感应电压取决于步器转子绕组上的感应电压取决于VORVOR方位和磁航向的差角。方位和磁航向的差角。2CT差同步器转子和同差同步器转子和同步接收机步接收机 又组成一又组成一个力矩式同步器系统。个力矩式同步器系统。当当和和DXDX转子的夹角转子的夹角(VOR(VOR方位和磁航向的方位和磁航向的差角差角) )与与 转子绕组转子绕组和定子绕组的夹角相和定子绕组的夹角相同时，则各对应同时，则各对应1TR1TR56相绕组上的

60、感应电压大小相等，方向相反，因而相绕组上的感应电压大小相等，方向相反，因而DXDX的转子和的转子和 的定子的连线回路中电势差等于零，回路没有电流的定子的连线回路中电势差等于零，回路没有电流( (同步状态同步状态) )。如果这时如果这时VORVOR方位角或磁航向角中的一个改变时，则方位角或磁航向角中的一个改变时，则VORVOR方位和方位和磁航向差角将不等于磁航向差角将不等于 转子的转角。这时，各相应回路的电转子的转角。这时，各相应回路的电势差将不相等，回路中就有电流流通。该电流又在势差将不相等，回路中就有电流流通。该电流又在 定子绕定子绕组中产生合成磁通组中产生合成磁通。又作用于又作用于 的转子