【正文】 定位原理如圖 15所示 ： 北ρθ東V O R / D M E 臺天 圖 15 VOR/DME 定位原理 圖 30 VOR、 DME 組合系統(tǒng)定位誤差分析 VORDME 定位誤差分析 ? 定位誤差計算 飛機y( 北 )rθV O R D M E( 0 , 0 )( x , y )x 圖 16 VORDME 定位誤差示意圖 方便起見，將 VORDME 臺站的坐標設(shè)為原點 （ 0， 0） ，載體的坐標設(shè)為 （ x， y） ，則估計坐標為 ()xy??， 。 26 ? ?( ) ( ) ( )D D DE n t n t Q? ? ??? （ ） 其中 2 3 202 / 7 10 ( ) /( / / )DaQ nm r s k t??? ? ? Dn 為白噪聲。零度檢測與 A/D 轉(zhuǎn)換器精度、采樣頻率有關(guān)。空中任一點的合成信號隨其方位不同而有所變化，主要體現(xiàn)在解調(diào)出的 30Hz 可變相位與基準相位的相位差變化，如 圖 所示。噪聲對微弱信號的干擾，由接收機產(chǎn)生的噪聲可帶來 度的誤差。 VOR、 DME 除了都受臺站標校和接收機性能影響外還各有不同的特點，總體來說VOR 誤差隨距離而線性增加，能夠連續(xù)提供角度信息，對反射多路徑比較敏感；而 DME誤差與距離無關(guān)，因而在 10nm 以外其精度要比 VOR 高，但不能提供連續(xù)的斜距信息，存在飽和現(xiàn)象。 18 圖 10 塔康定位示意圖 塔康系統(tǒng)距離測量利用二次雷達原理，機載 TACAN設(shè)備發(fā)射詢問脈沖，地面臺收到詢問脈沖后經(jīng)固定延時再發(fā)距離回答脈沖，機上設(shè)備取詢問脈沖和回答脈沖之間的延時進行計算。 16 導(dǎo) 航 計 算 機代 碼 轉(zhuǎn) 換 單 元測 距 電 路測 角 電 路發(fā) 射 機 天 線 開 關(guān) 接 收 機發(fā) 射 機天 線 轉(zhuǎn) 動接 收 機信 號 處 理地面臺飛機 圖 8 塔康系統(tǒng)組成原理框圖 地面臺的天線是圓筒形的，是由中心天線陣列和內(nèi)外調(diào)制圓筒組成，它在水平方向輻射場形成一個心臟形圖，上附有九瓣調(diào)制，當它以 15Hz勻速旋轉(zhuǎn)時，在它周圍空間的任意一點形成一個其振幅變化規(guī)律以 15Hz為頻率的正弦波，這樣，將以地面臺為中心的周圍空間化為一個 15Hz正弦波 360度的相位空間。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射信號由于多徑反射，機上可能遇到假鎖定。 無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)的位置線是一個圓周，它由地面導(dǎo)航臺等距的圓球位置面與飛機所在高度的地心球面相交而成。多普勒伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)對于環(huán)境要求有所降低。 圖 3 VOR定位原理 ? 性能與特點 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在航路上和終端區(qū)。 10 圖 1 VOR接收機原理框圖 VOR 系統(tǒng)可以向飛機提供導(dǎo)航所需的相對方位信息， VOR 系統(tǒng)的原理是根據(jù)可變相信號與基準相位信號的相位差來導(dǎo)航。并對區(qū)域?qū)Ш降膶?dǎo)航誤差進行研究。在我國還沒有建成星載系統(tǒng)的情況下，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不應(yīng)作為唯一的導(dǎo)航手段，尤其是不能過分依賴 GPS，應(yīng)該重視發(fā)展自主的陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，因此實行區(qū)域?qū)Ш绞潜匾摹? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國 在區(qū)域?qū)Ш降募夹g(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)進行了以下嘗試： (1)2020年 2月，天津濱海國際機場成功試飛區(qū)域?qū)Ш匠绦颍? (2)2020年 6月，北京首都國際機場成功試飛區(qū)域?qū)Ш匠绦颍? (3)2020年 1月 18日，廣州白云國際機場進近區(qū)域成功試飛區(qū)域?qū)Ш匠绦颍? (4) 西藏自治區(qū)境內(nèi)， 中國民航總局與美國 Naverus公司簽訂協(xié)議，由 Naverus負責完成拉薩和林芝機場的飛行程序設(shè)計和評估工作。 在佐治亞州，亞特蘭大 /威廉 B178。從航空器方面來看，精度值是基于導(dǎo)航源誤差、機載接收誤差、顯示誤差，而對于側(cè)向?qū)Ш皆矗€有飛行技術(shù)誤差（ FTE）。隨著VOR/DME 成功地運用于導(dǎo)航和機載計算設(shè)備，出現(xiàn)了 RNAV概念并得以初步應(yīng)用。 課題背景和意義 隨著全球航空 運輸 業(yè)的飛速發(fā)展，空中交通流量急劇增加， 空域擁擠和飛行延誤情況日益嚴重，基于傳統(tǒng)運行方式的航路結(jié)構(gòu)難以滿足航班量增加的要求， 航路和終端區(qū)空中交通擁堵的現(xiàn)象時有發(fā)生 ,保證航空安全的壓力也越來越大 。單一的 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)難以滿足新一代國家空中交通管理系統(tǒng)對導(dǎo)航系統(tǒng)在精度 、完好性、連續(xù)性和可用性等方面的要求 。區(qū)域?qū)Ш皆O(shè)備包括傳統(tǒng)的以地面電臺為基礎(chǔ)的陸基導(dǎo)航設(shè)備和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)的星基導(dǎo)航設(shè)備，是通過下列一種或幾種的組合來進行區(qū)域?qū)Ш降模?VOR/DME,DME/DME，LORAN， GPS 或 GNSS，甚低頻 波束導(dǎo)航系統(tǒng)， INS 或 IRS。 陸基 導(dǎo)航 設(shè)備的導(dǎo)航性能主要包括導(dǎo)航精度和導(dǎo)航有效區(qū)域。 哈特斯菲爾德國際機場 （ KATL） 也實施了類似的 RNAV程序，三角 （ Delta） 航空公司是該機場的主要運 行商。 拉薩貢嘎機場至林芝機場間已實施區(qū)域?qū)Ш剑?(5)2020年 6月區(qū)域?qū)Ш匠绦蛟诒本┦锥紘H機場成功的試飛，驗證了新程序的可用性。隨著航空運輸?shù)目焖僭鲩L，中國的主 7 要航路、機場的飛行量增長迅速，機場、航路的擁擠和飛行人員、管制人員的工作負荷顯著增加，提高 飛行效率和航空設(shè)施資源利用率的需求越來越迫切。 最后是工作總結(jié)及展望， 總結(jié)本課題的研究重點，得到的研究成果以及需要繼續(xù)完善和改進的地方。導(dǎo)航臺發(fā)射以 30 轉(zhuǎn) /秒旋轉(zhuǎn)的心臟線 方向圖，在機載接收機輸出端產(chǎn)生 30Hz 的正弦波，其相位隨飛機相對導(dǎo)航臺的位置而變化，成為可變相位信號。在航路上 ,它構(gòu)成航道和航道網(wǎng)的基準 ,也是儀表飛行時的必要裝備。為了提高伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)的準確度，可改用多瓣伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)，即精密伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)。利用測距系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點確定飛機的位置。假鎖定產(chǎn)生的距離誤差有時可大到幾海里。由于又疊加了 9個波瓣，即相當于將15Hz正弦波 360度的相位空間分成 9個 40度空間，每個 40度相位空間相當于一個 135Hz正弦波 360度的相位空間。其距離測量關(guān)系 0( ) / 2R t t C?? () 其中， C：電波在空間的傳播速度 T：測量延時時間 t0 ：應(yīng)答器固定延時 R：地面臺與飛機之間的斜距 如圖 10所示，θ 是飛機真方位，即塔康地面臺所在位置的北向與它到飛機的連線順時針方向夾角的水平投影。 導(dǎo)航系統(tǒng)誤差特性分析及誤差建模 ? VOR 最主要的誤差源可以分為以下幾類： ? 系統(tǒng)校準誤差 ? 臺站誤差 ? 臺站位置與 附近地形 ? 傳播誤差 ? 接收機處理誤差 最大的誤差來自機載設(shè)備，但是很難量化。接收機非線性部件也會在接收檢測過程種引入誤差。 飛 機上的 VOR 接收機接收到 VOR 臺的信號 ,經(jīng)過幅度解調(diào) , 取出其包絡(luò) 0 1 1{ 1 c o s ( 2 s in 2 ) c o s ( 2 ) }m i fU A f t m F t A F t A? ? ?? ? ? ? （ ） 經(jīng)過兩個濾波器： 第一個是中心頻率為 30 Hz 濾波器，取出由空間調(diào)制所產(chǎn)生的可變相信號 11( ) c o s ( 2 )miS t U A F t A??? （ ） 22 第二個是中心頻率為 9960Hz 的濾波器，取出受到副載頻調(diào)制的調(diào)頻信號 2 0 1( ) c os ( 2 sin 2 )m i fS t U A f t m F t???? （ ） 再對 2()St進行鑒頻，得到頻率為 F 的基準信號 00( ) c o s( 2 )mS t U Ft?? （ ） 由相位比較器測得方位移相信號 S1(t)相對基準信號 S0(t) 的相移 A，即可確定用戶相對 VOR 臺的方位。 VOR 信號處理采用模擬多路選擇器配合 A/D轉(zhuǎn)換器完成對基準相位信號和可變相位信號的采樣。 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)誤差實測結(jié)果 圖 16 與 圖 17 為 2020年 8月 17日萬州 VOR/DME臺誤差實測結(jié)果。則載體相對于 VOR 導(dǎo)航臺的側(cè)方位角為 θ ，載體到 DME 導(dǎo)航臺的斜距為 r，則可以得到用戶位置： sincosxryr????? ?? （ ） 對上式進行泰勒級數(shù)展開，并取一階誤差項 sinc o sxxx r x rryyy r y rr???????? ??? ? ? ?? ? ???? ??? ?? ??? ? ? ?? ? ??? ??? （ ） 則 s i n c o sx x x r r? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? c o s ( s i n )y y y r r? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 ( , ) , ( , )TTX x y L r ?? ? ? ? ? ?，則 VOR/DME 的定位誤差矩陣表達式為： X AL? （ ） 即 s in c o sc o s s inx r r rAyr??? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 式中 sin c osc os sinrA r????? ????? 31 若 ( , )r ??? 相互獨立，其協(xié)方差陣為 2200T rLC E L L?? ??????? ?????? （ ） 定位誤差協(xié)方差陣為 TTXLC E X X A C A?????? （ ） 即 ? ? ? ?? ?? ?2 2 2 2 2 2 2 22s i n c os s i n c osc os s i n c os s i ns i n c os s i n c os s i n c oss i n c osTTrrrxrE x y E A r AyrAE r ArrErr r rrr??????? ? ? ??? ? ? ? ??? ?? ? ?? ? ??? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ???? ? ????????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ???????? ?? ?2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 222s i n c os c os s i ns i n 2s i n c os2s i n 2c os s i n2rrrrrx x yy x yrrrrrr??????? ?? ?? ????? ?? ? ??? ? ?? ??????????????????????????? ?????? （ ） 式中 2 2 2 2 2 2s in c o sxr r ?? ?? ???? 2 2 2 2 2 2c o s s inyr r ?? ?? ???? ? ?2 2 22 2 2si n c os si n c ossi n 22x y rrrr??? ? ? ? ? ? ?? ?????? 從 VORDME 臺的定位誤差的特點可知，其定位誤差主要和斜距測距精度 r? 和方向測量精度與斜距之積 r?? 有關(guān)會隨著載體距離臺 站的增大而增加。 rBrAMM ’AB 圖 14 DMEDME定位原理 VORDME 組合方式 還有比較一種常用的組合方式為 VORDME組 合方式，即測角 測距定位 ,它 通過測量載體相對 VOR臺的磁方位角和 DME臺的斜距來實現(xiàn)定位， 完成（ ??? ）定位 [11][13]。 ? 均方根誤差 接收機標準偏差： 2 1 / 2( [ ] ) 0 .1R C V a R C VE n