无线电通讯、导航系统与设施及雷达服务概要
民航航行的通信与导航系统
民航航行的通信与导航系统航空器通信与导航系统在民航航行中起着至关重要的作用。
它们不仅保障了航班的安全与顺利进行，还提升了航空交通的效率和准确性。
本文将重点探讨民航航行中通信与导航系统的关键要素和技术。
一、通信系统航空器通信系统主要用于飞行员与地面控制中心、其他航空器、地面导航设施等之间的无线通信。
通信系统通过无线电波进行信息传递，使飞行员能够接收和发送必要的航行信息，保持与外界的联系和协调。
1. VHF通信VHF通信是现代民航通信系统中的主要方式。
VHF（Very High Frequency）频段的通信具有较高的传输质量和可靠性。
飞行员可以通过VHF频段与地面控制中心进行语音通信，共享飞行计划、气象信息等。
同时，VHF通信还支持机队之间的通信，提供航班之间的协调和保障。
2. ACARS系统ACARS（Aircraft Communications Addressing and Reporting System）是一种通过VHF或卫星通信网络进行应答和消息传输的系统。
ACARS 系统可以实时传输各类航行数据，包括飞机位置、机载系统状态、燃油消耗等。
这些数据对于飞行员和地面运营人员来说至关重要，可以用于监测航班状态和及时调整飞行计划。
二、导航系统航空导航系统是指用于确定和控制航空器位置、航向和航行路径的技术与设备。
它能够为飞行员提供准确的导航信息，确保航班安全和准时到达目的地。
1. 惯性导航系统惯性导航系统是一种独立于地面导航设施的导航技术。
该系统通过感知航空器的加速度和转弯率来测定飞行器的当前位置和速度。
惯性导航系统不受天气、地形等外界因素的限制，能够提供高度准确的导航数据。
2. 全球定位系统全球定位系统（GPS）是一种卫星导航系统，通过一组卫星和地面控制站来实现全球范围内的位置定位和导航。
飞机上安装的GPS接收器能够接收卫星发射的导航信号，计算出飞机的准确位置，并传输给飞行员。
GPS技术无需依赖地面基础设施，并且具有高精度和全天候可用的特点。
通信导航与雷达
通信导航与雷达通信导航与雷达是现代通信和无线电技术领域中的两个重要应用，它们的发展和应用在国防、民用和科学研究等领域中发挥着不可替代的作用。
本文将从通信导航和雷达的定义、工作原理、应用和未来发展等方面进行阐述，旨在为读者深入了解这两种技术提供参考。
一、通信导航的定义和工作原理通信导航，又称通信定位，是一种通过无线电通信实现定位的技术。
它结合了无线通信和定位技术，可以用来实时跟踪和定位对象，为用户提供所需的位置信息和导航服务。
通信导航的实现主要依靠对象与地面基站通信和信号传输，因此必须具备一定的通信设施和技术支持。
通信导航系统的工作原理是先将发射信号的位置和时间等信息记录下来，再将信号通过基站发送出去。
当接收器接收到信号时，也会记录下信号的到达时间，并与该信号来自的基站进行通信，通过计算时间差，确定了自身与基站之间的距离。
同时，由于基站的位置事先已知，因此收到信号的位置也就可以确定。
通过多个基站发出信号，同时监测信号到达时间，就可确定用户的位置。
通信导航技术在民航、汽车定位和手机导航等方面的应用非常广泛。
GPS导航系统就是一种基于卫星通信的定位系统，采用了类似的方法来确定用户的位置。
未来，通信导航技术还将应用于更多的领域，助力人类实现更加精准的定位和导航。
二、雷达的定义和工作原理雷达是一种主动探测技术，具有高精度、双向探测、远距离等特点，主要用于目标探测、跟踪和识别。
雷达技术是由电磁波的发射和接收组成的，通过发送电磁波，探测目标并接收反弹回来的信号进行信号处理，实现目标的探测和识别。
雷达系统的主要部分包括：雷达发射器、天线、接收器和信号处理模块。
其中，雷达发射器主要负责发射电磁波；天线负责将发射出的电磁波发向目标，并接收目标反弹回来的电磁波；接收器则负责接收返回的电磁信号，并将其转发给信号处理模块，信号处理模块对接收到的信号进行处理、分析和解码，之后确定目标的位置和运动情况。
雷达技术在国防、气象、交通和地质探测等领域具有广泛的应用，如军事侦察、目标跟踪、气象监测、交通控制和海洋勘测等。
无线电导航设备与系统
无线电导航设备与系统概述无线电导航是借助于载体上的电子设备接收和处理无线电波在空间传播时的无线电信号参量（如幅度、频率及相位等）获得载体相对导航台的导航参量（如方位、距离、速度等），从而获取载体的实时位置信息，以保障载体安全、准确、及时地到达目的地的一种导航手段。
无线电导航具有不受时间、天气的限制；精度高；定位时间短；设备简单、可靠等优点。
无线电导航的主要缺点在于它必须辐射和接收无线电波因而易被发现和干扰，且绝大多数无线电导航设备需要载体外的导航台支持工作，一旦导航台失效，将使与之相应的无线电导航设备在此期间无法使用。
航空导航系统所必备●确定所产生的信号特性的方法；●带有天线的发射机，用来产生和发射无线电波；●飞机接收设备和天线，用来截获信号并对接收到的信号进行选择和译码；●为驾驶员提供的适当的视觉显示装置，用来对接收到的信号进行适当的评价。
导航参量●用于描述载体的航行状态●载体航行状态指的是载体作为一个刚体在空间运动时所表现的物理状态，通常与一定的参照系（如载体坐标系、当地地理坐标系等）相联系，它们可以从不同的角度来进行描述，如方位、距离、位置、速度、姿态等，而狭义的航行状态通常仅仅局限于速度和姿态的描述。
●方位：以经线北端为基准，顺时针测量到水平面上某方向线的角度。
●相对方位：以飞机纵轴的前端与观测线在水平面上的夹角来表示目标的方向。
方位相对方位基本原理在二维或三维空间中，若导航台的位置已知，相对于该位置的某一导航参量相同的点的轨迹应为一条曲线或一个曲面，该曲线或曲面称为位置线或位置面；单值确定载体的位置，至少需要测定两条位置线（在二维空间内）或三个位置面（在三维空间内），根据相交定位法实现定位。
位置线(a)圆位置线;(b)直线位置线;(c) 等高线;(d)双曲线位置线相交定位 位置线定位原理☐ 如果通过无线电方式测量到了三个独立的几何参量，则可以得到，三个独立的位置面方程：⎪⎩⎪⎨⎧===),,(),,(),,(332111z y x f u z y x f u z y x f u☐ 因而可以得到载体在空间中的三维位置。
航空航天航空电子技术的通讯与导航系统
航空航天航空电子技术的通讯与导航系统随着科技的不断进步，航空航天航空电子技术的通讯与导航系统也得到了极大的发展与完善。
这些技术不仅让人类更加便捷地进行飞行，同时也保障了人类的生命安全。
在下文中，我将从各个方面来深入探讨航空航天航空电子技术的通讯与导航系统。
一、通讯系统航空飞行中的通讯系统已经不再是简单的对讲机或者无线电，现在的航空飞行通讯系统已经被广泛应用于许多不同的用途，从永久安装的交流装置到空管的无线电和航空电子设备。
其中，最常用的应该就是卫星通讯。
卫星通讯的作用在于解决飞机在远洋、复杂地形、高山区域等信号不覆盖的区域内无法及时与地面通讯的问题，尤其是在人口分布稀少的区域、国际海洋和极地等区域，卫星通讯更是必不可少。
在国外，特别是在美国，卫星通讯技术已经得到了广泛的应用，且广泛的用于航空通讯。
除此之外，此前常用的频率也已经换成更加先进和准确的数字化频率。
目前，无线电通信是采用复合频道，将通讯、导航和引导信息集成在一个频道中，节省频率、方便使用和管理等。
二、导航系统导航系统在飞行中同样起着至关重要的作用，它能够为飞机提供准确定位和安全导航，可以保证飞机正常飞行并避免出现误解方航向、位置等导致的事故。
通常，导航系统需要采用多种方式，包括星上导航、激光导航、电磁波导航等。
其中，全球卫星导航系统也越来越得到广泛应用，如我国的北斗卫星导航系统。
并且，航空公司为了便于操作和维护，现在通常选择一个或一种以上的导航系统作为主要导航来源。
在这些系统中， GPS 和惯性导航系统是最被广泛应用的技术之一。
除了卫星导航外，导航系统还可以在飞机上使用激光导航、电磁波导航、飞行数据记录、航空电子设备等。
其中，激光导航可以通过光束的强弱、速度等参数来维持飞机的运作，十分的准确。
三、航空电子设备航空电子设备是指航空飞行中用于支持飞行和导航的各种应用设备。
常见的设备包括通讯雷达系统、天气雷达系统、自动驾驶仪、高度仪、气压高度计等。
导航系统简介
导航系统导航是指把飞机、导弹、宇宙飞行器、舰船等运动体从一个地方(如出发点)引导到目的地的过程。
导航系统的主要用途就是引导飞机沿着预定航线飞到预定地点，并能随时给出飞机准确的即时位置。
在军事上，导航系统还要配合其他系统完成武器投放、侦察、巡逻、反潜、预警和救援等任务。
早期的飞机主要依靠目视导航。
从20世纪20年代开始发展仪表导航，依靠磁罗盘、时钟、空速表和人工推算，确定飞机即时位置。
30年代出现了利用中波无线电台导航的无线电罗盘。
40年代开始研制甚高频伏尔(VOR)导航系统和仪表着陆系统(ILS)。
50年代惯性系统和多普勒雷达系统相继用于飞机导航。
作用距离达2000km的罗兰C无线导航系统于60年代初投入使用。
为满足军事上的需要，以后又相继研制出作用距离达10000km的奥米伽超远程导航系统和近程战术空中导航系统“塔康”(TACAN)，70年代以后卫星导航系统问世，其中最著名的有美国的GPS和前苏联的GLONASS。
按照工作原理的不同，目前实际应用的飞机导航方法有下列几种：仪表导航、无线电导航、卫星导航、惯性导航、图像匹配导航、天文导航以及组合导航。
其中的仪表导航是利用飞机上的简单仪表(如空速表、磁罗盘、航向陀螺仪和时钟等)所提供的数据，通过人工计算或自动计算得出各种导航参数。
下面介绍除了仪表导航外的其他导航方式。
无线电导航系统无线电导航系统借助于无线电波的发射和接收，利用地面上设置的无线电导航台和飞机上的相应设备对飞机进行定位，测定飞机相对于导航台的方位、距离等参数，以确定飞行器的位置、速度、航迹等导航参数。
无线电导航很少受气候条件的限制，作用距离远、精度高、设备简单可靠，所以是飞机导航的主要技术手段之一。
尤其在夜间或复杂气象条件下，要保证飞行器的安全着陆，无线电导航设备更是必不可少的导航工具。
无线电导航系统按所测定的导航参数可分为：测向系统，如无线电罗盘和甚高频全向无线电信标(VOR)系统；测距系统，如无线电高度表和测距设备(DME)；测距差系统，即双曲线无线电导航系统，如罗兰C和奥米伽导航系统；测角距系统，如战术空中导航(TACAN)和VOR/DME系统；测速系统，如多普勒雷达。
无线电导航系统概论
无线电导航系统概论——发展简史
10、其它导航系统 （1）前苏联及俄国建设情况 ①曾建立相应的双曲线定为系统，包括 BRAS
（ Б р а с ） 、 RS-10 （ р с -10 ） 、 MARS-75 、 Chayka (ЧАЙКА)、 α 系统。 BRAS ： 相 当 于 DECCA 系 统 ， 精 度 达 12m （ 双 距 ） 12～60m（双曲线），包括1主台2副台，使用1660～2115 kHz，有6个频率，初始定位时间8～10分钟，提供位置间 隔1分钟。 RS-10类似于BRAS，但有5～6个副台。
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无线电导航系统概论——发展简史
（2）欧洲卫星导航系统建设情况 ①Navsat卫星导航系统 欧洲空间局于1982年提出建议,想通过国际合 作，研制满足海、空导航、搜索、营救、进出港、 民航机着陆等要求的民用卫星导航系统－Navsat卫 星导航系统。 特点：卫星网计划24颗星，提供三维定位、三 维速度和时间，定位精度分为10米和100米。
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无线电导航系统概论——定位原理
它可利用天线灵 敏度最小(理论灵敏 度为零)来确定电波 传播方向； 也利用天线方向性图的最大值来确定来波方向。 (2) 相位法
2π 4π ∆φ = 2 rd = D AB cos θ λ λ
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无线电导航系统概论——定位原理
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无线电导航系统概论——发展简史
地面系统： 主要由2个位于欧洲的Galileo控制中心（GCC） 和20个分布全球的Galileo传感器站（GSS）组 成，另外还有一个用于进行控制与卫星之间数 据交换的分布全球的5个S波段上行站和10个C波 段上行站。控制站与传感器站之间通过冗余通 信网络连接。
无线电通讯、导航系统与设施及雷达服务
Radio Communications, Navigation Systems/Facilities, and Radar Services
无线电通讯、导航系统/设施及 雷达服务
无线电通讯 导航系统/设施 雷达服务 常见错误 实践考试标准 口试题及答案
无线电通讯
无线电波的传播原理
导航系统/设施的组成
» 无方向性信标 » 甚高频全向信标 » 测距机 » GPS » 区域导航 » 仪表进近系统（主指仪表着陆系统） » 飞行管理系统 » 平视显示 » 雷达导航
ADF指示器和接受机(与NDB合用)
VOR指示器(与ADF合用)
VOR指示器(CDI)
VOR指示器(HSI)
雷达的限制
» 空中交通管制服务覆盖以外范围的航空器不能接受雷达服 务。 » 无线电波的直线传输性决定了其受大气条件和地形影响较 大。 » 雷达回波能量的递减性决定类雷达对侦测目标显示的“盲 点性”。 » 低高度运行的航空器可能受地形阻挡或因雷达波束覆盖不 到而不能接受雷达服务。 » 航空器自身的回波反射面决定了其在显示屏上的亮度，所 以对大的航空器，管制员容易识别，对于一些较小的航空 器或战斗机，管制员难于发现。 » 应密切注意某些（地面）雷达是否整合了航空器的C模式 应答机的高度信息报告功能。
无线电失效的处置程序
» 无线电接收机故障—在管制机场内运行时， 在确认其他航空器飞行情况前，应保证目 视参考或在D类空域以上飞行，然后，飞行 员应告知塔台自己的机型、位置、高度和 着陆意图，并加入起落（进近）航线、报 告位置、观察塔台提供的灯光信号。
无线电失效的处置程序
» 无线电机故障—飞行员按照故障前与管制 达成的既定飞行路线（程序）飞行，并监 听相应的通讯频率。昼间可以通过摇晃机 翼，夜间可以通过开关着陆灯以告知地面 其无线电发射机已失效。
无线电导航原理与系统无线电脉冲时间导航系统
❖下面介绍几个应答/测距系统工作中涉及到的 几个基本概念：
定时脉冲和定时点
测距系统的信号是脉冲对编码信号，脉冲形状是高 斯形（对于测距器）或者cos—cos2形 （对于精密测 距器）。
2) 由于脉冲极窄，上升前沿很陡，所以测高精度比 较高，不存在普通调频体制高度表所固有的阶梯 误差。
3) 采用脉冲前沿跟踪技术，能够跟踪最近回波的前 沿，因而飞机在复杂地面上空飞行时，所测高度 为最近点目标的距离，能够更好地保证飞行的安 全，克服了调频高度表由于采用天线照射面积上 的平均高度所造成的测量偏差。
间无线电导航系统。
四.时基波束扫描微波着陆系统MLS
时基波 束扫描微 波着陆系 统测角原 理示意图
四.时基波束扫描微波着陆系统MLS
微波着陆系统基本工作原理
➢ 航向台天线辐射的波束以恒定角速度沿规定方向扫描，作短暂固定时 间的停歇后，再沿相反方向，以同样的角速度回扫到起始位置。如此 周而复始地对既定空间进行扫描。
二. 脉冲无线电高度表
无线电脉冲测量高度表组成
➢接收机
➢ 组成：本振、平衡混频器、中放、视放、自 动增益控制（AGC）电路和灵敏度距离控制 （SRC）电路 。
➢ 作用：与由接收天线接收到的回波信号进行 混频。混频后产生的双极性中频脉冲加到中 放级进行放大，再由桥式检波器变为单极性 的视频脉冲，经视频放大后输出。
四.时基波束扫描微波着陆系统MLS
微波着陆系统概念
微波着陆系统是一种全天候精密进场着陆 系统，采用时间基准波束扫描的原理工作。 系统分地面设备与机载设备两大部分
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测距机的导航应用
GPS ①
» GPS的组成：空间设备、地面控制设备、用户。 » GPS的功用：
– – – – – – ①定位、航路控制、航路终端控制（进场及进近）等。 ②可取代DME（FL240含以上）。 ③ DME弧飞行。 ④向/背NDB飞行。 ⑤测量飞机与NDB距离。 ⑥ VOR/LOC航迹（路），控制飞机过由NDB台定义 的航路点。 – ⑦ NDB等待。
无线电波的传播原理
导航系统/设施的组成
» 无方向性信标 » 甚高频全向信标 » 测距机 » GPS » 区域导航 » 仪表进近系统（主指仪表着陆系统） » 飞行管理系统 » 平视显示 » 雷达导航
ADF指示器和接受机(与NDB合用)
VOR指示器(与ADF合用)
VOR指示器(CDI)
VOR指示器(HSI)
GPS ②
» GPS的误差：
– ①24颗卫星覆盖误差。 – ②机载设备、手持设备、移动电话可能影响GPS的稳 定性。一些VHF发射会引起谐波干扰。 – ③设备品质和一些几何误差可能引起GPS在100英尺 以内的误差。 – ④卫星的原子钟错误、接收器/处理器偏差、信号折射、 信号的电离层、对流层的信号衰减等都可能引起GPS信 号的递减或（暂时）消失。
测距机
» 测距机（DME）工作频率：962 MHz —1213 MHz。 » 测距机（DME）功用：测量飞机到地面测距台的 视线距离。可与VOR、ILS等地面导航设施合装 （可实现自动调谐）。 » 测距机（DME）的误差：测距机（DME）测出的 距离为飞机到地面台的视线距离（斜距）而非水 平距离。飞机高度越低、距离越远误差越小。满 足距离1NM/高度1000FT（飞机距台真高）此比 例时，误差可忽略不计。
区域导航—以VOR/DME为例
仪表进近系统—仪表着陆系统
» 仪表着陆系统的组成 » 仪表着陆系统的工作原理 » 仪表着陆系统的误差
典型的飞行管理系统
雷达服务
雷达的功用 雷达的工作原理及分类 雷达在飞机上的应用分类 雷达导航的功用 雷达的限制
雷达的功用
» 功用—无线电测向和测距，利用无线电波 发现目标并测定其位置。雷达在任何复杂 气象条件下均能探测远距离的目标。
无线电台执照
» 航空器必须具有民航总局颁发的无线电台 使用证，其机载无线台电符合相应的适航 要求。 » 飞行员必须达到相应的无线电通信（英语） 要求，对于在国际航班上值勤的飞行员必 须达到ICAO-4级的要求。
无线电设备
» 目前世界上运行的民用航空器通常采用甚 高频（VHF）通讯 » 甚高频（VHF）通讯通常收信号的可视距 离的限制和影响。因此高度越高的航空器， 通常无线电的作用距离越长。
无线电通讯、导航系统/设施及 雷达服务
Radio Communications, Navigation Systems/Facilities, and Radar Services
无线电通讯、导航系统/设施及 雷达服务
无线电通讯 导航系统/设施 雷达服务 常见错误 实践考试标准 口试题及答案
无线电通讯
机载无线电台及相关人员的要求 无线电台执照 无线电设备 无线电通讯原则及技巧 无线电失效的处置程序
机载无线电台及相关人员的要求
» 机载无线电台—管制机场和管制空域内运 行时，航空器必须具有两套完善独立的无 线电通讯设备。 » 相关人员要求—飞行员必须达到使用无线 电台的条件及具备相关通讯设备和通讯程 序的知识。
无线电设备
» 飞行员在管制空域内操纵航空器时应使用 标准的无线电通讯术语，飞行员/管制员标 准路空对话可在航行资料汇编（AIM）中 查询。 » 飞行员在和管制员通讯时，应使用国际民 航组织规定的音标字母（包括飞机呼号和 航路点代号等）。
音标字母(ICAO)
无线电通讯原则及技巧
» 多听少讲—多了解其他航空器活动情况， 增强语境意识，简明扼要地表明自己的意 图，优化通讯资源。 » 先听后讲—听别人在说什么，反对打断其 他航空器与地面（航空器）的通讯。 » 有问有答—对于管制员的问题（指令）要 给予及时准确的回答（复述）。 » 见缝插针—对于通讯比较繁忙的时段或遇 紧急情况，要抓住通讯时机。
导航系统/设施
导航系统/设施的应用方向 导航系统/设施的工作原理 导航系统/设施的组成
导航系统/设施的应用方向
» 仪表飞行程序—仪表离场、航路（航线） 飞行、仪表进场、仪表进近、等待、仪表 精确定位（跟踪）
导航系统/设施的工作原理
» 无线电波的传播原理—天波、地波、空间 波。 » 影响无线电信号接收的因素。
雷达的工作原理及分类
雷达是根据接收到目标的回波来发现目标 和测定目标位置的。雷达按接收回波方式 分，可分为一次雷达和二次雷达。 » 测距原理 » 测向原理 » 测高原理
雷达在飞机上的应用分类
» 气象雷达 » 无线电高度表 » 二次雷达应答机 » 多普勒雷达
雷达导航的功用
» 航路监视雷达 » 机场监视雷达 » 精密进近雷达 » 机场地面探测雷达
无线电失效的处置程序
» 无线电接收机故障—在管制机场内运行时， 在确认其他航空器飞行情况前，应保证目 视参考或在D类空域以上飞行，然后，飞行 员应告知塔台自己的机型、位置、高度和 着陆意图，并加入起落（进近）航线、报 告位置、观察塔台提供的灯光信号。
无线电失效的处置程序
» 无线电机故障—飞行员按照故障前与管制 达成的既定飞行路线（程序）飞行，并关着陆灯以告知地面 其无线电发射机已失效。
无线电失效的处置程序
» 无线电接收机和无线电发射机同时故障— 飞行员应保证航空器在D类空域以外运行直 至确认其他航空器飞行情况前， 然后加入 起落（进近）航线、观察塔台提供的灯光 信号。
无线电失效的处置程序
» 在起飞前无线电（一部）失效，如有可能， 建议修复无线电。如不能修复无线电，飞 行员应请示空中交通管制并得到不具备两 套通讯设备航空器的放行许可。如此时得 到放行许可，飞行员必须监听相应的通讯 频率并观察灯光信号。