【正文】 因此在實(shí)時導(dǎo)航的 32 過程中，需考慮每個 VORDME 臺的導(dǎo)航有效區(qū)域。 DMEDME 組合方式 DMEDME組合方式定位是利用雙 DME系統(tǒng)測出到兩個地面臺的距離 Ar 和 Br ，根據(jù)兩條位置線的交點(diǎn) M，就能定出載體的位置，如圖 14所示 。 校驗(yàn)飛機(jī)主要采用環(huán)繞導(dǎo)航臺站與飛越導(dǎo)航臺站 的 兩種飛行方式，用以測試 VOR與 DME的實(shí)際工作精度。 ? DME誤差統(tǒng) 計特性： 主要的誤差源為接收機(jī)與 DME 臺站之間的固定延時的波動，將導(dǎo)致偏置誤差，主要由器件漂移、溫度變化和電源供電波動引起。 當(dāng) a=177。 178。 該相位差僅表示 VOR 臺的徑向方位 ,需要增加或減少 180 度才等于 VOR 方位。 0()Ut經(jīng)發(fā)射機(jī)放大輸?shù)教炀€，由旋轉(zhuǎn)天線向空間輻射。 ? 下面從 VOR 信號的調(diào)制發(fā)射、解調(diào)接收原理作進(jìn)一步分析： (1). 系統(tǒng)誤差 21 VOR 地面發(fā)射機(jī)輸出等幅載頻信號，由天線向空間輻射。 5． 接收機(jī)處理誤差： 美國 Ohio 大學(xué)研究表明，接收機(jī)處理誤差是 VOR 系統(tǒng)誤差的主要來源。在實(shí)際操作中為 176。 對于 VOR系統(tǒng)來說，也會因?yàn)榕_站及接收機(jī)等系統(tǒng)原因，加上電磁波在大氣中的傳播誤差等原因造成測角誤差。對于 VORDME來說，系統(tǒng)誤差指的是由于系統(tǒng)各部分性能原因?qū)y距或測角產(chǎn)生的誤差。在國際民航目前采用的標(biāo)準(zhǔn)近程導(dǎo)航中采用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)來分別完成。 從飛機(jī)上每秒發(fā)射 30對、間隔為 12微秒的詢問脈沖對（成對發(fā)射的脈沖），地面臺收到詢問脈沖對后發(fā)射同樣間隔的回答脈沖對。主要完成導(dǎo)航 方式下測量飛機(jī)相對于地面信標(biāo)臺的方位和距離，在著陸狀態(tài)下與地面著陸信標(biāo)臺配合工作，確定至著陸點(diǎn)的距離及預(yù)定航向偏差、預(yù)定下滑道偏差；在空中會和方式下，確定飛機(jī)間距離和飛機(jī)相對方向，即飛機(jī)間同時測量距離和方位。 TACAN 系統(tǒng)工作原理 塔康（ TACAN： Tactical Air Navigation 戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)）是戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航的縮寫，由于該系統(tǒng)的有效作用距離在近程范圍內(nèi)且只用于航空導(dǎo)航，所以又稱為航空近程導(dǎo)航系統(tǒng)。 185 米，遠(yuǎn)距為177。 圖 6 DME定位示意圖 ? 性能和特點(diǎn) DME 導(dǎo)航系統(tǒng)使用 126 個頻道，可與 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng) 配對使用。s）發(fā)出成對應(yīng)答脈沖。 1959 年，成為 ICAO 批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)測距系統(tǒng)。 （ 95％ 概率）。終端區(qū)伏爾臺用于引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)場 ,輻射功率 50 瓦，作用距離 25 海里以上。機(jī)載設(shè)備接收來自地面臺的發(fā)射信號，并測量出這兩個信號的相位差，就可得到飛機(jī)相對地面的磁方位角，再加 180176。 在接收端，外來信號經(jīng)放大、調(diào)幅檢波后分成三路：一路經(jīng)副載頻濾波、限幅、鑒頻和 30Hz濾波后輸入比相器，這是固定相位信號；一路經(jīng) 30HZ 濾波直接至比相器，這是可變相位信號；再一路是莫爾斯識別碼和話音輸出。 這種系統(tǒng)為飛機(jī)提供相對地面信標(biāo)臺的方位。目前，陸基導(dǎo)航系統(tǒng)仍然是國際通用的民航導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是 VORDME 系統(tǒng) 在民用航空中使用的尤為普遍，我國民航導(dǎo)航系統(tǒng)主要是VORDME 系統(tǒng)，在此領(lǐng)域有很好的基礎(chǔ)。 第二章 理論基礎(chǔ)。我國將以陸基導(dǎo)航系統(tǒng)為主，逐步實(shí)施并推廣 RNP/RNAV，在航路上，建設(shè)、優(yōu)化陸基航路導(dǎo)航設(shè)施，實(shí)現(xiàn)以 VOR/DME、DME/DME架構(gòu)為基礎(chǔ)的 RNAV5航路運(yùn)行方式；將以 DME/DME為基礎(chǔ)，支持基于陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的 RNAV2航路運(yùn)行方式 。中國民航大學(xué)杜實(shí)通過比較各種條件下 VOR 與 RNP 航路保護(hù)區(qū)的導(dǎo)航性能與包容值，從與 RNP 的概念與運(yùn)行規(guī)范的結(jié)合中研究航路保護(hù)空域在 RNP 運(yùn)行中的變化關(guān)系。以上機(jī)場的成功試飛，證明了在我國實(shí)施區(qū)域?qū)Ш?， 在技術(shù)上是完全可行的，既為我國實(shí)施區(qū)域?qū)Ш降募夹g(shù)可行性提供了證明，也為區(qū)域?qū)Ш?向全國各機(jī)場進(jìn)一步推廣積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 . 1992 年在試驗(yàn)航路對基于 RNAV的飛機(jī)測試， 發(fā)現(xiàn)至少 95 %的偏航容差是分布在 177。 由此開始， RNP/RNAV技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速擴(kuò)展。 法國民航學(xué)院與 AERO in SYS公司合作，于 1999年推出了其飛行程序設(shè)計綜合平臺 —— GeoTITAN，該產(chǎn)品兼容 ICAO和法國民航的飛行程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以完成傳統(tǒng)程序的設(shè)計和航圖制作。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 隨著上個世紀(jì)七十年代， RNAV技術(shù)在美國的出現(xiàn)，對 RNAV技術(shù)的使用也日益廣泛。雖然中國民航新航行系統(tǒng)提出，在 2030 年內(nèi)，導(dǎo)航方面將以單一的衛(wèi)星導(dǎo)航取代傳統(tǒng)的陸基無線電導(dǎo)航，但目前處于過渡期，陸基無線電導(dǎo)航，尤其是航路全向信標(biāo)（ VOR）和測距儀（ DME）導(dǎo)航仍將是航空導(dǎo)航的主要手段。實(shí)際上，區(qū)域?qū)Ш讲粌H是一種導(dǎo)航方法，對航路結(jié)構(gòu)和空域結(jié)構(gòu)也有影響。 RNP/RNAV(Required navigation performance/Area navigation 所需導(dǎo)航 /區(qū)域?qū)Ш?)作為一種新的導(dǎo)航概念，是利用飛機(jī)自身機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和全球定位系統(tǒng)（ GPS）引導(dǎo)飛機(jī)起降的新技術(shù)，是目前航空發(fā)達(dá)國家競先研究的新課題和國際民航界公認(rèn)的未來導(dǎo)航發(fā)展趨勢。 目前， 在 全世界范圍內(nèi)，民用航空導(dǎo)航普遍采用的是陸基導(dǎo)航系統(tǒng)， 我國民航仍以傳統(tǒng)的陸基導(dǎo)航方式為主，使用傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，要求飛機(jī)沿著已經(jīng)建立起來的航線，從航路點(diǎn)到航路點(diǎn)進(jìn)行飛行，在著陸階段，要求有引導(dǎo)和著陸的導(dǎo) 航系統(tǒng)。人類自古以來就開展了對導(dǎo)航與定位技術(shù)的研究，從中國古老的指南針到地磁定向，從天文導(dǎo)航到無線電導(dǎo)航，以及本世紀(jì)六、七十年代興起的衛(wèi)星導(dǎo)航，無不浸透著人類智慧的結(jié)晶。在航空與航天技術(shù)飛速發(fā)展的今天，導(dǎo)航系統(tǒng)的精度已經(jīng)成為評價現(xiàn)代航空 (航天 )器性能的重要參 數(shù)之一。 其中所使用的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備主要有：羅蘭（ LORAN）系統(tǒng)、自動測向器（ ADF）、甚高頻全向信標(biāo)（ VOR）、測距器（ DME）、塔康（ TACAN）系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)（ ILS）、微波著陸系統(tǒng)（ MLS）、精密進(jìn)近雷達(dá)（ PAR）等。 RNP 是建立在 RNAV 基礎(chǔ)上的精密導(dǎo)航系統(tǒng)，飛機(jī)在一個確定的航路、空域或區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時，所需的導(dǎo)航性能精度，要求飛機(jī)在 95%的飛行時間內(nèi)，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)使飛機(jī)保持在限定的空域內(nèi)飛行?，F(xiàn)在航線主要是以無線電導(dǎo)航臺為基礎(chǔ)的，其起點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎點(diǎn)、終點(diǎn)都選定為 導(dǎo)航臺 ； 航空器只能逐臺飛行。 基于 陸基 導(dǎo)航的區(qū)域?qū)Ш?是在現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上的一種區(qū)域?qū)Ш椒椒ā橛行?yīng)對空中交通流量 快速增長的壓力，美國和歐洲于 2020年分別提出了 NGATS計劃和 SESAR計劃，目的是通過新技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)空中交通管理效能的全面提高。 2020年 7月推出的 GeoTITAN RNAV程序的設(shè)計 功能。 在國外已有許多關(guān)于 基于陸基導(dǎo)航的 區(qū)域?qū)Ш降难芯?，如巴塞特?1985年年對聯(lián)邦航空局的 VOR、 DME等導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋做過處理，給出了新的目前而言最好的覆蓋圖表。 1NM 范圍內(nèi)。 國內(nèi)對 RNP/RNAV的研究起步較晚，但在地理坐標(biāo)、導(dǎo)航精度、飛行程序設(shè)計等方面的研究也取得一定的進(jìn)展。這些研究為區(qū)域?qū)Ш皆谖覈膶?shí)際應(yīng)用提供了保障與理論基礎(chǔ)。 目前國內(nèi)對區(qū)域?qū)Ш街嘘懟鶎?dǎo)航誤差估計方面的研究有：南京航空航天大學(xué)的隋東、王煒、左凌在《交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息》上發(fā)表名為《基于 DME/DME的區(qū)域?qū)Ш胶铰穼?dǎo)航性能評估方法》，在本文中對京滬區(qū)域?qū)Ш狡叫泻铰返?DME/DME導(dǎo)航性能進(jìn)行了分析，在國際民航組織 DME/DME導(dǎo)航精度計算方法的基礎(chǔ)上，考慮到我國地理坐標(biāo)系的特點(diǎn)，修正了導(dǎo)航精度計算方法。本章主要介紹了陸基導(dǎo)航中 VOR、 DME 及 TACAN 系統(tǒng)的工作 8 原理進(jìn)行了闡述，并對 VOR 和 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)的測量誤差進(jìn)行分析，為后面進(jìn)行定位精度分析奠定理論基礎(chǔ)。塔康導(dǎo)航系統(tǒng)是一種組合陸基導(dǎo)航手段，同時也是我軍未來主要的發(fā)展方向。工作頻率為 ，作用距離數(shù)百公里，測角精度優(yōu)于 176。比相器對兩個相位信號比相，得出飛機(jī)對伏爾地面臺的磁方位角。 就是方位角。終端伏爾臺與儀表著陸系統(tǒng)中的航向信標(biāo)使用相同頻段，即 108～ 112 兆赫。伏爾用于監(jiān)測站監(jiān)視信號狀態(tài)。 它由機(jī)載 DME 機(jī)（也是詢問器）和地面 DME 臺（應(yīng)答器）組成 ，形成極坐標(biāo)近程定位導(dǎo)航系統(tǒng) 。應(yīng)答信號被機(jī)載設(shè)備接收到后，將發(fā)出詢問和收到應(yīng)答信號之間所經(jīng)過的時間減去地面臺的時延，便可算出飛機(jī)和地面臺的距離。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)詢問和應(yīng)答脈沖對編碼的間隔原來只有 12 微秒。 370 米。是由美國海軍在 1956年發(fā)展的，也是世界上第一個為飛機(jī)提供方位和距離信息的系統(tǒng)。 測向原理與伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)相似，測距原理與測距器相同，工作頻段為 9601215兆赫。在飛機(jī)上把收到回答脈沖對的時間與詢問脈沖對的時間相比較，得出脈沖電波在空間傳播的時間，從而得到飛機(jī)到地面臺的距離，并加以顯示。測距利用 DME測距系統(tǒng) ，它和塔康測距功能的信號體制相類似，設(shè)備之間可以兼容； 測角采用 VOR（或 DVOR）系統(tǒng)，其測角方法與伏爾測角功能相類似，但信號體制根本不同，不能兼容。系統(tǒng)誤差可在校準(zhǔn)時補(bǔ)償?shù)?，但?shí)際上很難補(bǔ)償，故一般給出允許的系統(tǒng)誤差范圍。 根據(jù)對上述對誤差來源的分析，可以歸納為兩類，一是隨機(jī)誤差，具有短的相關(guān)時間，可將其模型建立 為白噪聲。左右，機(jī)載設(shè)備的最大允許誤差為 2度。接收機(jī)對VOR 30Hz 頻率變化的敏感， 不同的接收機(jī)對 1Hz 的變化產(chǎn)生的誤差在 度到 3 度之間，這種誤差通常表現(xiàn)為跳變誤差，通過合理設(shè)計接收機(jī)，這種由頻率波動產(chǎn)生的誤差可以忽略不計。天線在水平方向上圖形為心臟形，且順時針以每秒 30 周的速度旋轉(zhuǎn)。受旋轉(zhuǎn)天線心臟形方向性圖的影響，用戶接收到的將是被頻率 F 調(diào)幅的 信號，其表達(dá)式為 0 1 1 0( ) { 1 c o s ( 2 s in 2 ) c o s ( 2 ) } c o s 2i m i fU t U A f t m F t A F t A f t? ? ? ?? ? ? ? ? （ ） 其中 A 為飛機(jī)在 t 時刻的方位， A1 為旋轉(zhuǎn)天線引起的調(diào)幅系數(shù)。在0～ 180 度之間的徑向方位上， VOR 方位等于相位差 θ 加 180 度；而在 180～ 360 度 之間的徑向方位上， VOR 方位等于相位差 θ 減 180 度。對 30Hz 基準(zhǔn)信號和可變信號進(jìn)行數(shù)字全波整流和數(shù)字低通濾波 ， 得到信號的直流電平 ， 這個直流電平是用來判斷信號是否正常。 、 A=3V、 VREF=177。但這種誤差在飛行器使用 DME 臺站期間的變化十分緩慢。 1 0 7 . 2 1 0 7 . 4 1 0 7 . 6 1 0 7 . 8 108 1 0 8 . 2 1 0 8 . 4 1 0 8 . 6 1 0 8 . 83 0 . 23 0 . 33 0 . 43 0 . 53 0 . 63 0 . 73 0 . 83 0 . 9313 1 . 13 1 . 2 圖 14 VOR/DME 校驗(yàn)飛行軌跡 從測試結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，在繞臺飛行中， VOR與 DME測量精度變化較為平穩(wěn)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的精度，缺點(diǎn)是這種定位方法存在著多值性，即兩個地面導(dǎo)航臺的各一條圓位置線所得到的交點(diǎn)位置有兩個。其確定方法就是：以 VORDME臺為中心，臺最大覆蓋距離為半徑的圓形區(qū)域 [12][15]。 VOR 與 DME 同址安裝，在給航空器提供方向信息的同時，還能提供航空器到導(dǎo)航臺的距離信息。 29 第三章 陸基導(dǎo)航 組合 系統(tǒng)定位誤差分析 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的組合方式及定位原理 根據(jù) VOR和 DME各自的定位原理，可以知道兩種導(dǎo)航系統(tǒng)有多種不同的組合方式，常用的有 DMEDME組合方式和 VORDME組合方式。其中紅色標(biāo)記表示地面導(dǎo)航臺的位置。 32 0 .7 1 0 / /r s kt? ??? DME 測距系統(tǒng)誤差特性分析及誤差建模 ? DME誤差統(tǒng) 計特性： DME 最顯著的誤差 源有以下幾種： ? 脈沖上升時間和脈沖畸變 2? ? 0?? 1n ? t? t? + + + + 25 ? 固定延遲的標(biāo)校誤差 ? 頻率穩(wěn)定性 ? 接收機(jī)處理誤差 由于定時只依賴于脈沖前沿，所以對由于反射而產(chǎn)生的多路徑誤差不敏感。 A/ D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù) n 與 VOR 角度分辨率α的關(guān)系為： sin( )2nVref Aa? （ ） 式中， Vref 為 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考基準(zhǔn)電壓； A 為 30Hz 基準(zhǔn)或可變相位信號的幅度。對計時結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理 ， 去除信號噪聲和 A/D轉(zhuǎn) 換的量化噪聲 ， 處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為VOR角度。 計時器計時時間 t 和相位差 θ 的關(guān)系為 : / *360tT?? （ ） 式中 ， T為 30Hz的周期。 然后用調(diào)頻信號 1()Ut對載波 f0 (f0= 108 MHz) 調(diào)幅， 其表達(dá)式為 0 0 0 1 0( ) ( 1 c o s ( 2 s in 2 ) ) c o s 2mfU t U A f t m F t f t? ? ?