【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)展與完成情況，將由四章來說明誤差分析及 仿真結(jié)果分析，其結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 緒論。本章首先介紹了本課題的來源背景及在實(shí)際中的意義，然后介紹了區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后概述本文的主要研究?jī)?nèi)容。 第二章 理論基礎(chǔ)。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(duì) VOR 和 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)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)。 第三章 對(duì)陸基導(dǎo)航組合系統(tǒng)的組合方式及定位原理進(jìn)行闡述，并對(duì) VORDME、DMEDME 兩種組合導(dǎo)航系統(tǒng)的定位誤差進(jìn)行分析。 第四章 對(duì)區(qū)域?qū)Ш降母拍钸M(jìn)行闡述，并對(duì)區(qū) 域?qū)Ш街械母鞣N誤差進(jìn)行分析。并對(duì)區(qū)域?qū)Ш降膶?dǎo)航誤差進(jìn)行研究。 最后是工作總結(jié)及展望， 總結(jié)本課題的研究重點(diǎn)，得到的研究成果以及需要繼續(xù)完善和改進(jìn)的地方。 9 第二章 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理和測(cè)量誤差分析 本章系統(tǒng)的闡述了 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)中 VOR、 DME 以及 TACAN 的工作原理及誤差分析，為后續(xù)章節(jié)內(nèi)容做鋪墊。 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度比較差，但其信號(hào)發(fā)射功率大 ,不易受干擾，數(shù)據(jù)更新率較高等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。目前，陸基導(dǎo)航系統(tǒng)仍然是國(guó)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(guó)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)。塔康導(dǎo)航系統(tǒng)是一種組合陸基導(dǎo)航手段，同時(shí)也是我軍未來主要的發(fā)展方向。一個(gè)塔康臺(tái)相當(dāng)于一個(gè) VORDME 組合臺(tái)，能夠在用戶飛行高度已知的條件下完成定位。塔康信標(biāo)臺(tái)主要配置在野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)、臨時(shí)航路點(diǎn)及機(jī)場(chǎng)較密集地區(qū)導(dǎo)航點(diǎn)，可同時(shí)為空中 100 架飛機(jī)提供導(dǎo)航方位信息、距離信息和識(shí)別信息。 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)主要有測(cè)角和測(cè)距兩種定位手段，分別由 VOR 和 DME 兩種導(dǎo)航系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)， VOR 測(cè)量飛機(jī)相對(duì)臺(tái)站的磁方位角， DME 測(cè)量飛機(jī)與地面 DME 臺(tái)間的斜距 。單一的陸基導(dǎo)航臺(tái)站無法實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的定位，但通過 VORDME 組合或DMEDME 組合的方式共同觀測(cè)可以實(shí)現(xiàn)飛行器的定位。 VOR 系統(tǒng)工作原理 ? 原理 VOR 是甚高頻全向信標(biāo) ( very high frequency omni directional range ,VOR)的縮寫，又稱作伏爾系統(tǒng)，由美國(guó)從 20 世紀(jì) 20 年的“旋轉(zhuǎn)信標(biāo)”發(fā)展而來， 1946 年作為美國(guó)航空標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)， 1949 年被 ICAO 采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)民用導(dǎo)航系統(tǒng)， VOR 的裝備量在世界范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，早已在國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)普遍使用 。它是一種近程的無線電相位測(cè)角系統(tǒng)，由地面發(fā)射臺(tái)和機(jī)載接收設(shè)備組成，地面臺(tái)發(fā)射信號(hào)，記載設(shè)備只接收信號(hào)，為飛機(jī)提供相對(duì)于地面臺(tái)的磁北方位角。 這種系統(tǒng)為飛機(jī)提供相對(duì)地面信標(biāo)臺(tái)的方位。工作頻率為 ，作用距離數(shù)百公里，測(cè)角精度優(yōu)于 176。[7][8]。 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點(diǎn)是發(fā)射電波受視線限制和測(cè)向精度受場(chǎng)地影響較大。 10 圖 1 VOR 接收機(jī)原理框圖 VOR 系統(tǒng)可以向飛機(jī)提供導(dǎo)航所需的相對(duì)方位信息， VOR 系統(tǒng)的原理是根據(jù)可變相信號(hào)與基準(zhǔn)相位信號(hào)的相位差來導(dǎo)航。導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射以 30 轉(zhuǎn) /秒旋轉(zhuǎn)的心臟線 方向圖，在機(jī)載接收機(jī)輸出端產(chǎn)生 30Hz 的正弦波，其相位隨飛機(jī)相對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的位置而變化，成為可變相位信號(hào)。與此同時(shí)，導(dǎo)航臺(tái)還發(fā)射一個(gè)以固定 30Hz參考頻率調(diào)制的全向信號(hào)。在機(jī)載接收機(jī)輸出端又得到一個(gè)不變相位的 30Hz 正弦波，成為基準(zhǔn)相位信號(hào)。 在接收端，外來信號(hào)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(hào)；一路經(jīng) 30HZ 濾波直接至比相器，這是可變相位信號(hào)；再一路是莫爾斯識(shí)別碼和話音輸出。比相器對(duì)兩個(gè)相位信號(hào)比相，得出飛機(jī)對(duì)伏爾地面臺(tái)的磁方位角。 基準(zhǔn)相位信號(hào)的 相位在發(fā)射臺(tái)的各個(gè)方位上相同；可變相位信號(hào)的相位隨發(fā)射臺(tái)的徑向方位而變化。飛機(jī)磁方位決定于基準(zhǔn)相位信號(hào)與可變相位信號(hào)之間的相位差?？勺兿嗯c基準(zhǔn)相信號(hào)同步發(fā)射 ,磁北極兩者相位相差 0176。 ，隨著飛行器相對(duì)于地面臺(tái)水平面方位的不同，兩者的相位差從 0176。 ~360176。 變化。機(jī)載設(shè)備接收來自地面臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，并測(cè)量出這兩個(gè)信號(hào)的相位差，就可得到飛機(jī)相對(duì)地面的磁方位角，再加 180176。 就是方位角。 由于兩個(gè)信號(hào)安排的在地面臺(tái)磁北方向上同相，所以接收機(jī)測(cè)到的是飛機(jī)相對(duì)地面臺(tái)的磁方位角。 11 圖 2 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)基準(zhǔn)相位信號(hào)和可變相位信號(hào)的相位關(guān)系 測(cè)量的基本原理是測(cè)量地面臺(tái)發(fā)射的基準(zhǔn)相位 30Hz 信號(hào)和可變相位 30Hz 信號(hào)的相位差 ,接收臺(tái)的徑向方位變化正比于這兩個(gè) 30Hz信號(hào)的相位差變化，提取二者的相位差是 VOR 系統(tǒng)信號(hào)處理的關(guān)鍵所在。 圖 3 VOR 定位原理 ? 性能與特點(diǎn) 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在航路上和終端區(qū)。在航路上 ,它構(gòu)成航道和航道網(wǎng)的基準(zhǔn) ,也是儀表飛行時(shí)的必要裝備。航路上使用的伏爾臺(tái)的輻射功率為 200 瓦，作用距離隨飛行高度而變化。在小高度上僅 30 海里，大高度上最遠(yuǎn)可達(dá) 200 海里。終端區(qū)伏爾臺(tái)用于引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng) ,輻射功率 50 瓦，作用距離 25 海里以上。終端伏爾臺(tái)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。 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)與 DME 導(dǎo)航系統(tǒng) 合裝在一起成為極坐標(biāo)導(dǎo)航方式，既提供方位，又 12 提供距離。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)與 塔康導(dǎo)航 系統(tǒng) 的測(cè)距部分完全相同，伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)與塔康導(dǎo)航系統(tǒng)合裝在一處，就是 伏爾塔克導(dǎo)航系統(tǒng) ，屬于軍用和民用共用系統(tǒng)。 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)算準(zhǔn)確度為 177。 176。 (95％ 概率 )，實(shí)際準(zhǔn)確度為 177。 176。 （ 95％ 概率）。伏爾用于監(jiān)測(cè)站監(jiān)視信號(hào)狀態(tài)。現(xiàn)代伏爾地面系統(tǒng)由遙測(cè)遙控站 進(jìn)行管理，機(jī)上設(shè)備帶有視覺告警裝置。 伏爾臺(tái)發(fā)射信號(hào)存在多徑反射干擾的缺點(diǎn)，對(duì)選擇設(shè)臺(tái)場(chǎng)地有一定要求。多普勒伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境要求有所降低。為了提高伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)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)。現(xiàn)代伏爾地面系統(tǒng)正以 固態(tài)電子器件 取代電子管。 圖 4 全向信標(biāo)和 VOR 臺(tái)實(shí)物圖 (右側(cè)為澳大利亞 AWA 公司 VRB52D DVOR) DME 系統(tǒng)工作原理 ? 組成 DME(Distance Measurement Equipment)直譯為距離測(cè)量設(shè)備或測(cè)距器，用于測(cè)量載體到某固定點(diǎn)的直線距離，由于采用詢問 — 應(yīng)答的工作方式 來測(cè)量距離 ，也稱為應(yīng)答 /測(cè)距系統(tǒng)。 1959 年，成為 ICAO 批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)距系統(tǒng)。 它由機(jī)載 DME 機(jī)（也是詢問器）和地面 DME 臺(tái)（應(yīng)答器）組成 ，形成極坐標(biāo)近程定位導(dǎo)航系統(tǒng) 。 13 DME 的工作波段為 962~1213MHz，每隔 1MHz 安排一個(gè)工作頻段，機(jī)載 DME 詢問器的載頻 安排在 1025~1150MHz 范圍內(nèi)，共有 126 個(gè)詢問頻率；地面應(yīng)答器的載波頻率安排在 962~1213MHz范圍內(nèi)，共有 252 個(gè)應(yīng)答頻率。 按 ICAO 的規(guī)定， DME的系統(tǒng)精度為177。 370m（ 95%） [7][8]。 距 離 測(cè) 量 電 路接 收 機(jī)發(fā) 射 機(jī)距 離 讀 數(shù)機(jī) 載 詢 問 器天 線天 線接 收 機(jī)固 定 延 時(shí)發(fā) 射 機(jī) 地 面 應(yīng) 答 器 圖 5 DME 系統(tǒng)工作示意圖 ? 原理 由于電磁波具有恒速直線傳播的特點(diǎn)，因此距離的測(cè)量可以通過測(cè)定電磁波發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳播時(shí)間來確定。在飛機(jī)導(dǎo)航中，詢問器通常安裝在載體上，應(yīng)答器安裝在地面固定點(diǎn)，即 DME 臺(tái)站。其基本工作 原理 為：機(jī)載設(shè)備 發(fā)出成對(duì) 的詢問脈沖 ，地面臺(tái)應(yīng)答器 接收到之后 ，經(jīng) 過一定的時(shí)延（一般為 50181。s）發(fā)出成對(duì)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答信號(hào)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(hào)之間所經(jīng)過的時(shí)間減去地面臺(tái)的時(shí)延，便可算出飛機(jī)和地面臺(tái)的距離。 DME 記載設(shè)備和地面臺(tái)之所以發(fā)射的都是脈沖對(duì)，是為了減少由其他脈沖系統(tǒng)所造成的干擾。 詢問器接收到的信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的延遲時(shí)間將為： 02r rttC?? () 14 所以0()2 rCr t t??，式中 C 為光速； rt 為信號(hào)傳播時(shí)間； r 為測(cè)量斜距。 無線電導(dǎo)航測(cè)距系統(tǒng)的位置線是一個(gè)圓周，它由地面導(dǎo)航臺(tái)等距的圓球位置面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測(cè)距系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機(jī)在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點(diǎn)確定飛機(jī)的位置。定位的雙值性（有兩個(gè)交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來消除。測(cè)距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。 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(gè)頻道，可與 伏爾導(dǎo)航系統(tǒng) 配對(duì)使用。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)詢問和應(yīng)答脈沖對(duì)編碼的間隔原來只有 12 微秒。近年來增加了一種詢問脈沖對(duì)間隔 36微秒，應(yīng)答脈沖對(duì)間隔 30 微秒的編碼。 12 微秒編碼稱為 X 模式， 36 微秒編碼稱為 Y 模式。這樣，系統(tǒng)的工作頻道已由原來的 126 個(gè) 擴(kuò)展為 252 個(gè)。 圖 7 DME 臺(tái)實(shí)物 澳大利亞 AWA 公司 LDB102 15 詢問器發(fā)射的脈沖峰值功率為 200 瓦至 1000 瓦。應(yīng)答器發(fā)射的脈沖峰值功率為 100瓦至 1000 瓦，小功率臺(tái)用于終端，大功率臺(tái)用于航路。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)距準(zhǔn)確度，近距為177。 185 米，遠(yuǎn)距為177。 370 米。導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)出的飛機(jī)至地面臺(tái)的距離為斜距。如果飛機(jī)在地面臺(tái)的 1 海里之外，飛行高度在 300 米以上 ,則斜距與地面水平距離的差別可以忽略。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)由于多徑反射，機(jī)上可能遇到假鎖定。假鎖定產(chǎn)生的距離誤差有時(shí)可大到幾海里。采用多路徑波 抑制技術(shù)后，可消除多徑反射影響。 DME 導(dǎo)航系統(tǒng)與伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)同臺(tái)結(jié)合成為 VOR－ DME 導(dǎo)航系統(tǒng)，屬極坐標(biāo)式導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可同時(shí)提供飛機(jī)對(duì)地面臺(tái)的方位和距離。 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)。是由美國(guó)海軍在 1956年發(fā)展的，也是世界上第一個(gè)為飛機(jī)提供方位和距離信息的系統(tǒng)。塔康系統(tǒng)能夠直觀提供方位、距離指示，并實(shí)現(xiàn)單臺(tái)定 位，能夠直接導(dǎo)出位置坐標(biāo)。是現(xiàn)代軍用飛機(jī)重要的航空電子設(shè)備，作為軍用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要功能是建立航線、歸航、空中戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和作為位置坐標(biāo)傳感器。 ? 組成 塔康導(dǎo)航系統(tǒng)是一種近程極坐標(biāo)式無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。由地面信標(biāo)臺(tái)（地面臺(tái)）和記載設(shè)備組成。地面信標(biāo)臺(tái)可架設(shè)于機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)或航空母艦上，機(jī)載塔康設(shè)備安裝在飛機(jī)上與塔康信標(biāo)配合工作，其組成原理如圖 8所示。它與航向系統(tǒng)等交聯(lián)后 能夠?yàn)?350千米 400千米范圍內(nèi)飛機(jī)連續(xù)提供飛機(jī)相對(duì)于地面信標(biāo)臺(tái)以磁北為基準(zhǔn)的全向方位角和斜距，從而確定飛機(jī)所處地理坐標(biāo)即飛機(jī)位置。主要完成導(dǎo)航 方式下測(cè)量飛機(jī)相對(duì)于地面信標(biāo)臺(tái)的方位和距離，在著陸狀態(tài)下與地面著陸信標(biāo)臺(tái)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(huì)和方式下，確定飛機(jī)間距離和飛機(jī)相對(duì)方向，即飛機(jī)間同時(shí)測(cè)量距離和方位。 測(cè)向原理與伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)相似，測(cè)距原理與測(cè)距器相同，工作頻段為 9601215兆赫。 系統(tǒng)測(cè)距采用詢問應(yīng)答方式，測(cè)角是通過基準(zhǔn)脈沖信號(hào)和脈沖包絡(luò)信號(hào)之間的相位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)飛機(jī)位于塔康地面臺(tái)不同方位時(shí)，其機(jī)載塔康設(shè)備所接收到的基準(zhǔn)信號(hào)和脈沖包絡(luò)信號(hào)之間存在著不同的相位關(guān)系，經(jīng)過信號(hào)處理就可以確定出飛機(jī)相對(duì) 于塔康地面臺(tái)的方位角。 16 導(dǎo) 航 計(jì) 算 機(jī)代 碼 轉(zhuǎn) 換 單 元測(cè) 距 電 路測(cè) 角 電 路發(fā) 射 機(jī) 天 線 開 關(guān) 接 收 機(jī)發(fā) 射 機(jī)天 線 轉(zhuǎn) 動(dòng)接 收 機(jī)信 號(hào) 處 理地面臺(tái)飛機(jī) 圖 8 塔康系統(tǒng)組成原理框圖 地面臺(tái)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(chǎng)形成一個(gè)心臟形圖，上附有九瓣調(diào)制，當(dāng)它以 15Hz勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在它周圍空間的任意一點(diǎn)形成一個(gè)其振幅變化規(guī)律以 15Hz為頻率的正弦波，這樣，將以地面臺(tái)為中心的周圍空間化為一個(gè) 15Hz正弦波 360度的相位空間。由于又疊加了 9個(gè)波瓣，即相當(dāng)于將15Hz正弦波 360度的相位空間分成 9個(gè) 40度空間，每個(gè) 40度相位空間相當(dāng)于一個(gè) 135Hz正弦波 360度的相位空間。這樣使得地面臺(tái)發(fā)射的信號(hào)又增加 15Hz和 135Hz可變方位信息。方位測(cè)量就是機(jī)載設(shè)備接收地面臺(tái)發(fā)的方位信號(hào)為主，即主、輔基準(zhǔn)信號(hào)及 15Hz和135Hz調(diào)制信號(hào)，取它們合成包絡(luò)的相位差而換算出來。 從飛機(jī)上每秒發(fā)射 30對(duì)、間隔為 12微秒的詢問脈沖對(duì)（成對(duì)發(fā)射的脈沖），地面臺(tái)收到詢問脈沖對(duì)后發(fā)射同樣間隔的回答脈沖對(duì)。在飛機(jī)上把收到回答脈沖對(duì)的時(shí)間與詢問脈沖對(duì)的時(shí)間相比較，得出脈沖電波在空間傳播的時(shí)間，從而得到飛機(jī)到地面臺(tái)的距離，并加以顯示。地面臺(tái)天線發(fā)射電波的方向圖呈有 9個(gè)波瓣的 心臟形，并以 900轉(zhuǎn) /分轉(zhuǎn)動(dòng)。飛機(jī)接收到的脈沖信號(hào)是調(diào)幅形式的，這一調(diào)幅包絡(luò)包括由旋轉(zhuǎn)心臟形方向圖產(chǎn)生的