导航系统无线电导航
什么是无线电导航
无线电导航是利用无线电保障航空、航海等飞行器以及其他交通工具或运动物体准确完成运动任务，使其能够安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。
人类最初的导航，只能通过石头、树、山脉等作为参照物，渐渐
发展到天文观测法，即通过天上的太阳、月亮和星星来判断位置。
中
国四大发明之一的指南针就是人类导航领域的一个里程碑。
无线电导
航的发明，使导航系统成为航行中真正可以依赖的工具，因此具有划
时代的意义。
无线电导航主要利用电磁波传播的３个基本特性：
（１）电磁波在自由空间直线传播。
（２）电磁波在自由空间的传播速度是恒定的。
（３）电磁波在传播路线上遇到障碍物时会发生反射。
通过测量
无线电导航台所发射信号（无线电电磁
波）的时间、相位、幅度、
频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几
何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现
对运动载体的定位和导航。
导航系统包括装在运载体上的导航设备以及装在其他地方与导航
设备配合使用的导航台。
从导航台的位置来看，主要有：
（１）陆基导航系统：即导航台位于陆地上，导航台与导航设备之
间用无线电联系。
（２）星基导航系统：导航台设在人造卫星上，可扩大覆盖范围。
导航是人类从事政治、经济和军事活动所必不可少的信息技术。
今
天，随着人类活动的发展，对导航的要求越来越高。
无线电导航在军
事和民用等方面都有着广阔的应用前景。
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无线电导航的原理与应用
无线电导航的原理与应用一、导言无线电导航是一种利用无线电信号进行定位和导航的技术。
它广泛应用于航空、航海、车载导航和无人机系统等领域。
了解无线电导航的原理与应用对于理解现代导航系统的工作方式至关重要。
本文将深入介绍无线电导航的原理和其在不同领域的应用。
二、无线电导航原理无线电导航是基于无线电波传播的定位和导航技术。
其原理基于以下几个关键要素：1. 信号发射器无线电导航的系统中，会有一个或多个信号发射器，常用的是卫星导航系统中的卫星。
信号发射器会发送特定频率的无线电波信号。
2. 接收器接收器负责接收信号发射器发出的无线电波信号，并将其转化为导航系统能够识别和处理的信息。
3. 测距原理无线电导航中常用的测距原理包括时间测距、多普勒效应和信号强度测距等。
这些原理可以通过接收到的信号特征来确定位置和距离。
4. 三角定位法利用多个信号发射器和接收器，可以采用三角定位法来确定准确的位置。
通过测量不同信号到达接收器的时间差和距离，可以计算出接收器的位置。
三、无线电导航的应用1. 航空导航航空领域是无线电导航最常见的应用之一。
航空导航系统利用全球定位系统（GPS）等技术，能够实时、准确地定位飞机的位置。
无线电导航在航空领域中的应用使得飞行变得更加安全和高效。
2. 航海导航航海导航依赖于无线电导航系统来确定船只的位置和航向。
借助GPS和其他卫星导航系统，船只可以在海上定位和导航，避免撞船和迷航等危险情况。
3. 车载导航车载导航系统利用无线电导航原理来为驾驶员提供路线指引和实时导航。
通过全球定位系统和地图数据，驾驶员可以更好地规划行驶路线并避开交通拥堵。
4. 无人机导航无人机的导航是依赖于无线电导航技术实现的。
无人机可以利用GPS等定位系统精确导航，实现自主飞行和遥控飞行。
5. 军事应用无线电导航在军事领域也有广泛的应用。
军事导航系统能够为士兵和战机提供准确的定位和导航信息，提升军事行动的效率。
结论无线电导航作为一种基于无线电信号的定位和导航技术，广泛应用于航空、航海、车载导航和无人机等领域。
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2、雷达系统
• 包括LRRA(无线电高度表)：测高 • DME（测距机）：测距 • WXR（气象雷达）：飞机周围环境 监测
3、交通管制与警告系统
• 包括 ATC(空中交通管制)：空中交通管 制应答机和地面交通管制台 • TCAS（交通警告与防撞系统） • GPWS（近地警告系统）
• IRS(惯性基准系统)：提供飞机姿态、 航向、飞机当前位置等信息
二、ILS的系统组成
• ILS系统包括三个分系统：
– 提供横向引导的航向信标（localizer）系统 – 提供垂直引导的下滑信标（glidealope）系统 – 提供距离的指点信标（marker beacon）
航向和下滑信标产生的引导信号
1、航向信标（航向台）
• 航向信标工作频率为108.10—111.95 MHz， 共有40个波道。
• 发射机发射信号通过方向性天线阵沿跑 道中心线两侧发射两束水平交叉的辐射 波瓣，左波瓣90Hz调制，右波瓣被 150Hz调制。交汇处位于跑道水平中心 线上。
2、下滑信标（下滑台）
• 工作频率329.15-335MHZ ，间隔 150KHZ。共有40个频道。 • 两个波瓣信号。上波瓣90Hz调制，右波 瓣被150Hz调制。交汇处形成2.5-3度 下滑道。
飞机导航系统
• 导航是指引导飞机从某地沿预定的航线 安全、准确的飞达目的地的过程。 • 按照机载设备功能分为：无线电导航系统、 雷达系统、交通管制与警告系统、惯性基 准系统和飞行管理系统。
1、无线电导航系统
• 功用：利用来自地面台或空中的无线电 信号帮助驾驶员引导飞机沿正确航路飞 行。 • 包括ADF(自动定向机) • VOR（甚高频全向信标） • ILS（仪表着陆系统）：引导飞机 安全着陆。由航向、下滑、指点信标系 统组成。
民航无线电导航系统以及未来发展趋势
民航无线电导航系统以及未来发展趋势1. 引言1.1 民航无线电导航系统的概述民航无线电导航系统是指通过无线电信号进行航空导航的系统。
这种系统在航空领域中起着至关重要的作用，可以帮助飞行员确定飞机在空中的位置、方向和高度，从而确保飞行的安全和准确性。
民航无线电导航系统的发展经历了多个阶段。
在传统民航无线电导航系统中，常用的设备包括VOR（全向无线电导航台）、ILS（仪表着陆系统）和ADF（自动方向找向器）等。
这些设备通过发送和接收无线电信号来帮助飞行员进行导航，但存在一定的局限性和准确性不高的问题。
随着科技的发展，现代民航无线电导航系统得到了极大的改进和提升。
现代系统采用了先进的GPS（全球定位系统）技术，能够提供更为精确和可靠的导航信息，同时还可以实现更高效和安全的飞行控制。
民航无线电导航系统在民航领域中具有重要的意义。
它不仅可以帮助飞行员安全地操控飞机，还可以提高飞行效率和准确性。
在飞行中，导航系统可以帮助飞行员避免天气和空中交通的影响，确保航班按时到达目的地。
未来，随着科技的不断进步，民航无线电导航系统也将会迎来更多的发展和创新。
未来发展的趋势可能会包括更智能化和自动化的导航系统，以及更多与其他飞行系统的集成和联动，这将进一步提高飞行的安全性和效率，推动民航行业的发展。
2. 正文2.1 传统民航无线电导航系统传统民航无线电导航系统是民航航空领域的重要组成部分，主要包括VOR（全向无线定向台）、NDB（非方向性无线电台）和ILS（仪表着陆系统）等系统。
这些系统在航空导航中起着至关重要的作用。
VOR系统是最早使用的民航无线电导航系统之一，通过向各个方向发射信号，实现飞机在空中的定向和导航。
NDB系统则是根据无线电信号的指向来确定飞机位置，尽管较为简单，但在一些特定情况下仍然发挥着重要作用。
ILS系统则是一种精密着陆系统，能够为飞机提供水平和垂直的导航指引，使飞机可以安全着陆。
传统民航无线电导航系统的优点在于稳定可靠，已经被广泛应用于民航领域。
无线电导航原理与系统-
引导各种运载体飞机船舶车辆等以及个人按既定航线航行的过程称为导航它是保证运载体安全准确地沿着选定路线准时到达目的地的一种手段无线电导航系统一般由装在运载体上的导航设备和设在地面或卫星上的导航台站组成通过在导航设备和导航台站之间的无线电信号传播和通信获得导航信息给飞机或船只指示出它们的实时位置或方位使运载体在不同的运动空间和环境不同的气象气候条件下都能够顺利地完成导航任务确定运载体当前所处的位置及其航行参数包括航向速度姿态等实时运动状态
二. 无线电导航的基本知识
导航系统的分类 按所测量的电气参量 振幅式，相位式，频率式， 脉冲（时间）式，复合式 测角 ，测距 ，测距差
按所测量的几何参量 按系统的组成情况
自主式（自备式） ，非自主 式（它备式） 按无线电导航台（站）的 陆基 ，空基，星基 安装地点 按有效作用距离 近程 ，远程
按工作方式 有源 ，无源
三.无线电导航的应用及发展历史
②
GPS和GLONASS卫星导航系统：
1973 年美国国防部开始研制第二代卫星导 航 系 统 ， 即 现 在 的 GPS （ Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System, NAVSTAR GPS），其全称为“导航星授时和测距 全球定位系统”。 GPS 于 1994 年部署完毕，全部 24 颗卫星升 空， 1996 年进入“完全工作能力（ FOC）阶段”。
无线电导航任务及发展
➢ 冷战时期到上个世纪末是卫星定位时代的开始。60年 代有NNSS/Transit(子午仪)、TSIKADA (前苏联的第 一代卫星定位系统)。70年代有NAVSTAR/GPS原理 验证、方案论证。80年代有NAVSTAR/GPS研制、 GLONASS研制、北斗一号预研。90年代有 NAVSTAR/GPS投入运行GLONASS投入运行、 Galileo预研、北斗一号系统研制、蜂窝无线通信系统 中的定位技术研究。
图 无线电导航的发展过程图
2.2 无线电导航系统的发展趋势
纵观无线电导航的历史,可归结为下述几个方面的发展趋势: (1)应用范围越来越广,其作用和地位随着现代化的进程越来越重要。 (2)系统功能增强,自动化程度、精度和可靠性不断提高。 (3)系统间组合应用,如不同无线电导航系统间的组合,无线电导航和 非无线电导航系统之间的组合,尤其是卫星无线电导航系统GPS、 GLONASS和惯导的组合具有无限的发展潜力,可使不同系统间取 长补短,显著提高性能。 (4)导航与通信的结合,实现通信导航识别(CNI)综合化。导航与电 子地图参照,使导航定位引导自动化、直观化。
2.3当前无线电定位技术方面的研究动向
新思想、新体制、新系统(如QPS),已有系统的改造和现代化。 当前无线电定位技术方面的研究动向有：与系统有关的一些关 键基础技术(卫星、原子钟、测控,大地测量等)。与应用有关的 一些关键技术,高灵敏度(室内定位)、高动态技术,抗多径技术,抗 干扰技术,反欺骗技术,干扰源的识别定位技术;多模式兼容技术, 多系统兼容技术;软件接收机技术,全系统或者分系统的仿真技术 等;高精度测量技术;区域、广域增强技术。GNSS的兼容与互操 作。导航战技术。
Aircraft navigation equipment and maintenance
民航无线电导航系统以及未来发展趋势
民航无线电导航系统以及未来发展趋势民航无线电导航系统（Radio Navigation System）是一种用来辅助飞行员进行导航的技术。
它通过无线电信号传输飞机的位置和方向信息，满足飞机在空中和地面的导航需求。
根据其功能和应用范围的不同，民航无线电导航系统可分为多种类型，如机载导航系统、空中导航设备和地面导航设施等。
机载导航系统是指安装在航空器上，用来帮助飞行员判断飞机位置、方向和高度等信息的系统。
它通常由多个组件组成，包括惯性导航系统、全球卫星导航系统（如GPS）和飞行管理系统等。
这些系统能够根据地面或空中的导航标志和导航数据，提供准确的导航指引，帮助飞行员进行飞行。
空中导航设备主要是指在飞机上安装的设备，用来传输和接收导航信号。
它使飞行员能够根据地面或空中的导航标志，确定飞机位置，并进行相应的飞行操作。
常见的空中导航设备包括机载雷达、VOR（全向信标）和ADF（自动定向设备）等。
这些设备能够提供方向和距离信息，帮助飞行员准确定位飞机位置。
地面导航设施是一组分布在地面上的导航设备，用来传输导航信号给飞机。
它包括导航信标、导航台站和雷达等设施。
其中导航信标是最常见的地面导航设施之一，它通过无线电信号传输导航信息给飞机，帮助飞行员进行导航。
不同类型的导航信标提供不同的导航功能，比如NDB（无方向性信标）提供方向信息，VOR（全向信标）能够提供方向和距离信息，ILS（仪表着陆系统）则提供精确的着陆指引信息。
未来发展趋势方面，民航无线电导航系统将继续朝着更高精度、更可靠性和更智能化的方向发展。
一方面，新的技术将不断应用于民航无线电导航系统中，比如地面导航设施将更多地使用卫星导航系统作为辅助手段，提供更精确的导航信息。
航空器上的导航装备也将继续更新，引入更先进的技术，比如增强现实和人工智能等，提供更好的导航服务和辅助功能。
民航无线电导航系统是现代航空领域中不可或缺的一部分。
它在提高飞行安全性和效率方面发挥着重要作用。
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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传统导航—无线电导航 机载ADF
自动定向接收机、控制盒、方位指示器、环形天线/垂直天线
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传统导航—无线电导航 甚高频全向信标（VOR）
5 按无线电导航台的安装位置 陆基、空基、星基
6 按飞机的飞行区域分 航路、终端区
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传统导航—无线电导航 自动定向机（ADF)
传统导航—无线电导航
ADF概述
自动定向机（ADF）是一种具有广泛用途的无线电 导航设备，1925年开始试验，1927年首次使用。
自动定向机（ADF）系统是一种导航辅助系统。 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。
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传统导航—无线电导航
传统无线电导航系统
测角系统
位置线为直线,如自动定向系统（ADF）、全向 信标系统（VOR）。
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传统导航—无线电导航
传统无线电导航系统 测距系统
位置线为圆，如测距机（DME）。
DME
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传统导航—无线电导航
传统无线电导航系统 测高系统
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传统导航—无线电导航 EHSI的指示
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传统导航—无线电导航 甚高频全向信标（VOR）
2021线电导航
甚高频全向信标（VOR）
VOR系统概念
地面台与机载设备配合提供飞机相对地面台及地面台相对飞机的方 位角的系统。
磁航向、飞机的磁方位、VOR方位、相对方位
自动定向机的功用：
1.测量飞机到选择地面台的相对方位角（主要的），进行向 台（TO）或背台（FROM）飞行。 2.收听气象报告和中波广播。
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传统导航—无线电导航
ADF系统组成
➢ 地面发射台
地面电台有两种： NDB（或称为归航台），190～550 kHz 标准中波广播电台，550～1750 kHz
位置线为等高线，如无线电高度表。
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传统导航—无线电导航
无线电导航设备和系统分类
1 按测量电信号的参量不同 振幅、频率、相位、脉冲、脉冲/相位
2 按测量的位置线几何形状 测角、测距、测角/测距、测高、测距差
3 按有效作用距离 近程、远程、超远程
4 按机载设备实现的系统功能分 自备式、他备式
➢ 机载设备
定向接收机、控制盒、方位指示器、环形大线和垂直天线。
➢ 选用中长波的原因
ADF定向主要使用地面波（天波，由于电离层变化，不稳定）， 中长波地波衰减少。
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传统导航—无线电导航
NDB地面台
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
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传统导航—无线电导航 ADF机载设备
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传统导航—无线电导航 ADF机载设备安装位置
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传统导航—无线电导航 ADF控制面板
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传统导航—无线电导航 旋转环形天线式M型定向机
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传统导航—无线电导航 ADF-700
航线上定向和定位用。 发射功率大：400W～1000W 工作距离远：≮150Km 2. 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） 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，发射功率大； 与中指点信标台安装在一起的，叫近台。发射功率约 100W，工作距离约50Km。
传统导航—无线电导航
无线电导航
机载无线电导航设备接收和处理导航台所发射的无线电波， 从而获得导航参量，确定出飞机位置及飞往预定点的航向、 时间，从而引导飞机沿选定航线安全、经济地完成规定的 飞行任务。
优点： 不受时间、天气限制； 精度高； 定位时间短，可以连续地、适时地定位； 设备简单、可靠。
1020Hz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ADF指针
摆动。
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传统导航—无线电导航
ADF原理（1）
环形天线的方向性 感应电动势e=K*sinθ（ θ 为电波来向和环形天线平面的夹角）
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传统导航—无线电导航
ADF原理（2）
垂直天线产生圆形方向性图 感应电动势e=K
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传统导航—无线电导航
NDB地面台
NDB地面台发射信号的方向性图： 全向发射，故叫无方向信标（NDB）
电波极化方向：垂直极化波 台识别码发射： 莫尔斯电码，由2～3个字母组成，发射速率20～30个字母/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
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传统导航—无线电导航
自动定向机的调谐和显示
NDB导航台 QDM210°
Nm MH170°
QDM210°
HDG
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传统导航—无线电导航
RMI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
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传统导航—无线电导航
ADF原理（3）
自动定向 两部天线联合接收，得到“心”形方向性图，只有一个最小值。
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传统导航—无线电导航 ADF定向
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传统导航—无线电导航
机载设备组成及控制显示
机载ADF的类型
按天线类型分： 旋转环形天线式ADF---当环形天线线圈平面对准电波来向时，天线停止转 动； 固定环形天线式ADF---环形天线线圈不转动，转动接收机内测角器的搜索 线圈，当搜索线圈感应信号为零时，停止转动，这时搜索线圈的转角 就是相对方位角。