第八章复合无线电导航系统

无线电导航原理与系统
第八章 复合无线电导航系统
一. 复合无线电导航基本概念
复合体制的运用及意义
➢ 电磁场强度可以用公式 e E sin(t ) 来表示，根据与
被测导航参量发生联系的是哪一个电气参量（ E 、 、
或t），分别称为振幅式、相位式、频率式或脉冲/时间 式导航系统。
➢ 以前所讨论的每一种导航系统或设备都只用了上述四个 参量中的一个来获取导航信息，其它的三个参量虽然都 不可避免地存在于无线电波中，但却未加以利用。
旋转的心脏形图形用于方位测量
二. TACAN测角—测距系统
方位测量（续）
➢ 当图示的心脏形方向性图以f=15Hz（即15r／s）顺时针方 向旋转时，函数可表示为：
( ) 1 Acos( t)
式中 2 f 。并且系统在函数值为最大值且与Ox重合的 时刻，发射测量的参考脉冲N。 这样，在该坐标系内的每个θ方向都可得到一个随扫描时间 t变化的正弦波形，频率为15Hz，而参考脉冲N恰好在该正 弦波的θ相位出现。 如在方位角θ=0°、90°、180°、270°位置上得到的正弦 波形，参考脉冲N就正好在正弦信号的0°、90°、180°、 270°相位上出现。因此只要解算出参考脉冲N所在处的正 弦波相位θ，就可实现方位的测量。
➢ 同时利用电磁波的几个参量，分别建立起与不同导航参 量之间的关系，得到更加完善的、在功能上加强或在性 能上提高的无线电导航系统，是复合无线电导航系统的 基本思路。
一. 复合无线电导航基本概念
复合体制导航举例
相位无线电导航系统
➢测距离和距离差的精度很高 ➢多值性缺点（多值性的周期 等于相位循环的周期）
二. TACAN测角—测距系统
距离测量
➢ 塔康系统距离测量依据二次雷达工作原理 。
➢ 机载设备以80～120Hz（搜索状态）或20～30Hz （跟踪状态）的频率发射询问脉冲对信号，地面 信标接收到询问脉冲信号后，经过一个固定延迟， 再向机载设备发射应答脉冲对信号。
一. 复合无线电导航基本概念
复合无线电导航系统的工作原理
（三）精密测距的相位—时间复合系统
➢图中脉冲A出现在上面一 行扫描线上，脉冲B出现在 下面一行扫描线上。下扫 描线相对于上扫描线的延 迟时间是和被测距离（或 距离差）成比例的。上、 下脉冲的位置调整的愈准 确（重合得愈准确），则 测量精度愈高。
（二）测向—测距的相位—时间复合系统
➢在运载体上装设脉冲 询问器，而在地面安装 信标回答器。信标回答 器的接收方向性图是全 向的，而发射方向性图 在最简单的情况下可采 用心脏形的方向性图 ➢这种复合方式利用脉 冲幅度来传送运载体相 对于回答器的方位信息， 距离信息仍由脉冲之间 的时间间隔来传送。
相位—时间复合系统
复合时间系统（测距—测距差系统）的构制原理
一. 复合无线电导航基本概念
复合无线电导航系统的工作原理
（五）振幅—频率—时间复合系统
➢振幅—频率—时间复合系统的典型应用为用于选择运动目标的雷达系统， 它用时间（脉冲）法测量到目标的距离（由入射脉冲和反射脉冲的时间 间隔来确定），由接收—发射天线的尖锐方向性图确定目标的方位，利 用反射信号的多普勒频移来选择运动目标。
综上所述，无线电波的四个参量根据实际需要可以 复合成各种不同类型的导航系统，在实践中也都得到了 较好地应用。 目前被广泛采用的是： ✓相位—时间复合的测角—测距系统（TACAN系统） ✓相位—时间复合的精密测距差系统（LORAN-C系统）
二. TACAN测角—测距系统
概述
➢ 塔康（TACAN）是战术空中导航系统（Tactical Air Navigation System）的简称，是美国1955年研制并投入 装备的近程无线电导航系统。
脉冲无线电导航系统
➢不存在多值性问题 ➢测量精度不高
两种系统在信息质量方面 互补，复合成一种测量精 度高、没有多值性系统。
雷达
➢雷达是另一种测角—测距系统， 它用来测定到目标的方位角（或 高低角）和距离，这时方位角是 由方向性图很尖锐的天线波束确 定的，即是用振幅来测定的； ➢而距离则是用反射脉冲来测定 的，是利用时间法测量的。 ➢除此以外，在许多雷达站中， 还利用多普勒效应来识别运动目 标。
一. 复合无线电导航基本概念
复合无线电导航系统的工作原理
（一）测向—测距的振幅—时间复合系统
（a）说明了振幅—时 间复合设备的工作原理。 （b）中的（i）、（ii） 和（iii），表示运载 体处于和给定方向不同 位置时的指示。
振幅—时间复合系统
一. 复合无线电导航基本概念
复合无线电导航系统的工作原理
利用相位测量使脉冲读数更准确的相位-时间复合系统
一. 复合无线电导航基本概念
复合无线电导航系统的工作原理
（四）测距—测距差的时间复合系统
➢系统的测距功能可以按下述方 式实现:在运载体上对高稳定度振 荡器的振荡分频，产生重复频率 等于电台A的脉冲重复频率的稳定 脉冲。设运载体从A点开始起飞， 且机上的基准脉冲调整到和电台A 的脉冲在时间上一致。 ➢在飞行过程中，随着运载体离 开地面台A距离的增大，脉冲A对 机上基准脉冲的时间滞后将愈来 愈大，且和运载体到电台A的距离 成正比。测出这一时间间隔，就 得到了运载体和电台A之间的距离。
➢ TACAN属于相位—时间复合系统，从导航参量来看属于测 角—测距系统，其特点是只需要一个导可以为以导航台为中心、半径350～370km范围内的 飞机提供导航服务，可连续给出飞机所在点相对于信标台 的方位角和距离（斜距）。
二. TACAN测角—测距系统
塔康工作原理
塔康系统采用极坐标方式定位，图中已知点O为塔康信标，B点为装载 了机载设备的飞机。在B点，以磁北N为参照方向，测量出顺时针方向 的θ角和OB的距离D，即定出了飞机（B）相对于信标（O）的位置。
塔康工作原理图
二. TACAN测角—测距系统
方位测量
塔康系统借鉴了第七章中伏尔系统测向的基本原理，即采用将方 向性图加以旋转的方法实现方位的测量，并且对其进行了改进， 提高了测量方位的精度。