現(xiàn)貨 EPRO PR9376-010-010 供應(yīng) 傳感器現(xiàn)貨 EPRO PR9376-010-010 供應(yīng) 傳感器
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是指在規(guī)定時間達(dá)到目的地的航行技術(shù)。利用無線電波的傳播特性可測定飛行器的導(dǎo)航參量（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，由駕駛員或自動駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。
- 中文名
- 無線電導(dǎo)航
- 外文名
- radio navigation
- 基本原理
- 無線電傳播
- 年 代
- 20世紀(jì)20～30年代
目錄
- 1 簡介
- 2 發(fā)展歷史
- 3 基本原理
- 4 優(yōu)缺點(diǎn)
- 5 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分類
- ? 陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- ? 星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- 6 系統(tǒng)工作原理
- ? 無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測距差系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測速系統(tǒng)
- 7 我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- 8 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
簡介
無線電導(dǎo)航系統(tǒng)是利用了無線電波傳播的基本原理：無線電信號在自由空間中用直線方式以光速傳播，只要確定了無線電波從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的傳播時間，便可以確定收發(fā)機(jī)間的距離為光速與傳播時間之積。通常，導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運(yùn)載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其他地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺。凡導(dǎo)航臺與移動載體間用無線電方式為媒介來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的，稱為無線電導(dǎo)航。
[1] 從導(dǎo)航臺的所在位置來判定導(dǎo)航的性質(zhì)，主要有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)和星基導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺位于陸地上，導(dǎo)航臺與導(dǎo)航設(shè)備之間用無線電波系，如甚高頻全向信標(biāo)（VOR）、微波著陸系統(tǒng)、羅蘭、歐米伽導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 星基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺設(shè)在人造衛(wèi)星上，覆蓋范圍大大擴(kuò)大，如美國的GPS（定位系統(tǒng)）和俄羅斯的GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 發(fā)展歷史
無線電導(dǎo)航發(fā)展歷史
20世紀(jì)20~30年代無線電測向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段而且一直沿用至今,不過它后來已成為一種輔助手段.
[2] 第二次世界大戰(zhàn)期間,無線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展,出現(xiàn)了各種導(dǎo)航系統(tǒng),雷達(dá)也開始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段 ,飛機(jī)著陸開始使用雷達(dá)和儀表著陸系統(tǒng).
[2] 60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).70年代微波,著陸引導(dǎo)系統(tǒng)研制成功.
[2] 80年代,同步測距定位系統(tǒng)研制成功.
[2] 基本原理
無線電導(dǎo)航主要利用電磁波傳播的基本特性：電磁波在在均勻理想媒質(zhì)中，沿直線（或短路徑）傳播;電磁波在自由空間的傳播速度是恒定的;電磁波在傳播路線上遇到障礙物或在不連續(xù)媒質(zhì)的界面上時會發(fā)生反射。
[3] 無線電導(dǎo)航就是利用上述特性，通過無線電波的接收、發(fā)射和處理，導(dǎo)航設(shè)備能測量出所在載體相對于導(dǎo)航臺的方向、距離、距離差、速度等導(dǎo)航參量（幾何參量）。通過測量無線電導(dǎo)航臺發(fā)射信號(無線電電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量，可確定運(yùn)動載體相對于導(dǎo)航臺的方位、距離和距離差等幾何參量，從而確定運(yùn)動載體與導(dǎo)航臺之間的相對位置關(guān)系，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動載體的定位和導(dǎo)航。
[4] 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：不受時間、天氣限制，精度高，作用距離遠(yuǎn)方,定位時間短，設(shè)備簡單可靠；
[2] 缺點(diǎn)：必須輻射和接收無線電波而易被發(fā)現(xiàn)和干擾，需要載體外的導(dǎo)航臺支持，一旦導(dǎo)航臺失效，與之對應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備無法使用；同時,易發(fā)生故障.
[2] 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分類
陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
*次世界大戰(zhàn)前后，是無線電導(dǎo)航的發(fā)明階段。1912年，航海用無線電羅盤和信標(biāo)(0.1~1.75MHz)。1929年，航空用四航道信標(biāo)(0.2~0.4MHz)。航空用無線電羅盤和信標(biāo)。以測向技術(shù)為主，航海應(yīng)用為主，稍后出現(xiàn)航空應(yīng)用。
[4] 1943 年 羅蘭—A（Loran-A ）脈沖信號，脈沖載頻為2MHz ，雙曲線定位，作用范圍約400 n mile
1955 年 羅蘭—C （Loran-C ）脈沖信號，脈沖載頻為100kHz ，雙曲線定位，作用范圍約1000 n mile ，單次定位精度為460m ，重復(fù)定位精度18~90m ，數(shù)據(jù)更新速率10~20 次。
1958 年 奧米伽（Omega ）連續(xù)波信號，頻率為10~14kHz ，雙曲線體制，穿透水下10m 以上，定位精度2~4 n mile ，數(shù)據(jù)更新速率0.1 次/ 分，8 個導(dǎo)航臺，覆蓋。
1941 年 儀表著陸系統(tǒng)（ILS ）精密近進(jìn)雷達(dá)（PAR ）
1942 年 臺卡（Decca ）連續(xù)波信號，頻率為70~129kHz
1946 年 伏爾（VOR ）甚高頻全向信標(biāo)，108~118MHz ，連續(xù)波體制，只有方位，精度約為4~5
1949 年 測距器（DME ）近程航空導(dǎo)航系統(tǒng)，960~1215MHz ，只有距離，精度約為0.5 n mile
1955 年 塔康（TACAN ）戰(zhàn)術(shù)航空導(dǎo)航系統(tǒng)，960~1215MHz ，脈沖體制，主要為用（如機(jī)場、航空母艦等）
自從無線導(dǎo)航技術(shù)在*次世界大戰(zhàn)前后誕生以來，由于軍事需要，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了迅速發(fā)展，戰(zhàn)后在此基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，并基本形成了當(dāng)前的格局。航海用的無線導(dǎo)航系統(tǒng)以雙曲線定位體制為主，航空導(dǎo)航以測距— 測向體制為主。某些系統(tǒng)可以同時兼顧航海、航空導(dǎo)航的需要。從50 年代后以來，各種無線導(dǎo)航系統(tǒng)基本完成了覆蓋。目前雖然GPS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但陸基導(dǎo)航系統(tǒng)還在繼續(xù)使用，并且還在繼續(xù)發(fā)展之中。
[4] 星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
20 世紀(jì)50~70 年代，東西方兩大陣營的冷戰(zhàn)時期，軍備競賽激烈。美國和前蘇聯(lián)為了滿足本國以及盟國在軍事和航天方面的實(shí)際需要。美國和前蘇聯(lián)分別代表的資本主義陣營和社會主義陣營在政治宣傳上的需要。
1957 年前蘇聯(lián)成功發(fā)射*顆人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星開始用于通信、偵察等領(lǐng)域，推動了天技術(shù)發(fā)展、電子信息技術(shù)的發(fā)展、時間基準(zhǔn)和傳遞、大地測繪等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。
[4] 子午儀(Transit) 是美國軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)Navy NavigationSatellite System (NNSS) ，世界上*個投入使用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。Transit 主要由美國Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（JHAPL ）設(shè)計(jì)，經(jīng)費(fèi)由the Advanced Research ProjectsAgency (ARPA) 提供。主要目的是為潛艇和水面艦艇提供導(dǎo)航定位。1958 年開始研制，1964 年投入使用，1964 年開始民用，1988年發(fā)射后一顆衛(wèi)星，經(jīng)過32 年的連續(xù)運(yùn)行后，1996 年底Transit 結(jié)束使命。同時揭開了衛(wèi)星定位時代的序幕。
[4] 20世紀(jì)70、80年代美國*研制并由美國方控制的一個定位系統(tǒng)，是一個由24 顆人造地球衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備構(gòu)成的星基無線電定位系統(tǒng)，也就是GPS。GPS 的功能：在*任何地方、任何氣象條件下為用戶提供實(shí)時、連續(xù)、高精度的三維位置、速度和時間信息（PVT ）。GPS 的意決了無線定位系統(tǒng)覆蓋范圍和定位精度之間的矛盾。（2 ）除了美國及其盟國用以外，還可供世界各國民用。
[4] 系統(tǒng)工作原理
無線電導(dǎo)航所使用的設(shè)備或系統(tǒng)有無線電羅盤、伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)、奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及發(fā)展中的“導(dǎo)航星”定位系統(tǒng)等。
[2] 無線電信號中包含4個電氣參數(shù):振幅、頻率、時間和相位。無線電波在傳播過程中，某一參數(shù)可能發(fā)生與某導(dǎo)航參量有關(guān)的變化。通過測量這一電氣參數(shù)就可得到相應(yīng)的導(dǎo)航參量。根據(jù)所測電氣參數(shù)的不同，無線電導(dǎo)航系統(tǒng)可分為振幅式、頻率式、時間式（脈沖式）和相位式 4種。也可根據(jù)要測定的導(dǎo)航參量將無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分為測角（方位角或高低角）、測距、測距差和測速 4種?，F(xiàn)根據(jù)無線電導(dǎo)航設(shè)備的主要安裝基地分為地基（設(shè)備主要安裝在地面或海面）、空基（設(shè)備主要安裝在飛行的飛機(jī)上）和衛(wèi)星基（設(shè)備主要裝在導(dǎo)航衛(wèi)星上） 3種。根據(jù)作用距離分為近程、遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程和定位4種。
[2] 無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)
利用無線電波直線傳播的特性，將飛機(jī)上的環(huán)形方向性天線轉(zhuǎn)到使接
無線電導(dǎo)航(圖2)收的信號幅值為小的位置,從而測出電臺航向(見無線電羅盤),這屬于振幅式導(dǎo)航系統(tǒng)。同樣，也可利用地面導(dǎo)航臺發(fā)射迅速旋轉(zhuǎn)的方向圖，根據(jù)飛機(jī)不同位置接收到的無線電信號的不同相位來判定地面導(dǎo)航臺相對飛機(jī)的方位角（見伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)），這屬于相位式導(dǎo)航系統(tǒng)。測角系統(tǒng)可用于飛機(jī)返航（保持某導(dǎo)航參量不變，例如保持電臺航向?yàn)榱?引導(dǎo)飛機(jī)飛向?qū)Ш脚_)。幾何參數(shù)（角度、距離等）相等點(diǎn)的軌跡稱為位置線。測角系統(tǒng)的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機(jī)所在錐面與地平面的交線)。測出兩個電臺的航向就可得到兩條直線位置線的交點(diǎn)，這交點(diǎn)就是飛機(jī)的位置（圖1）。
[2] 無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)
利用無線電波恒速直線傳播的特性。在飛機(jī)和地面導(dǎo)航臺上各安裝一
無線電導(dǎo)航(圖3)套接收、發(fā)射機(jī)。飛機(jī)向地面導(dǎo)航臺發(fā)射詢問信號，地面導(dǎo)航臺接收并向飛機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)回答信號。飛機(jī)接收機(jī)收到的回答信號比詢問信號滯后一定時間。測出滯后時間就可算出飛機(jī)與導(dǎo)航臺的距離。利用電波的反射特性，測定由地面導(dǎo)航臺或飛機(jī)的反射信號的滯后時間也可求出距離。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(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測距系統(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（圖2）。定位的雙值性（有兩個交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來消除。測距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。
[2] 無線電導(dǎo)航測距差系統(tǒng)
在飛機(jī)上安裝一臺接收機(jī)，地面設(shè)置2～4個導(dǎo)航臺。各導(dǎo)航臺同步地（時間同步或相位同步）發(fā)射無線電信號，各信號到達(dá)飛機(jī)接收機(jī)的時間滯后與導(dǎo)航臺到飛機(jī)的距離成比例。測出它們到達(dá)的時間差就可求得距離差。與兩個定點(diǎn)保持等距離差的點(diǎn)的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統(tǒng)的位置線是球面雙曲面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個地面導(dǎo)航臺可求得兩條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點(diǎn)即可定出飛機(jī)的位置（圖3）。定位的雙值可用第三條雙曲線來消除。現(xiàn)代使用的測距差系統(tǒng)大多是脈沖式或相位式的。
[2] 無線電導(dǎo)航測速系統(tǒng)
這種系統(tǒng)大多是利用多普勒效應(yīng)工作的。安裝在飛機(jī)上的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)以窄波束向地面發(fā)射厘米波段的無線電信號。由于存在多普勒效應(yīng)，飛機(jī)接收到由地面反射回來的信號頻率與發(fā)射信號頻率不同,存在一個多普勒頻移,測出多普勒頻移就可求出飛行器相對于地面的速度（見多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)）。再利用飛機(jī)上垂直基準(zhǔn)和航向基準(zhǔn)給出的俯仰角和航向角，將徑向速度分解出東向速度和北向速度，分別對時間求積分即可得出飛機(jī)當(dāng)時的位置。多普勒測速系統(tǒng)的位置線也是雙曲線，它是由等多普勒頻移的錐面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的。多普勒導(dǎo)航測速系統(tǒng)屬于頻率式（見飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)）。
[2] 我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
我國目前正在使用的主要有兩類。一類叫無方向信標(biāo)，也叫中波導(dǎo)航臺，英文縮寫為NDB；另一類是甚高頻全向信標(biāo)(縮寫為VOR)和測距儀(縮寫為DME)組成的系統(tǒng)。
[5] 在中波導(dǎo)航臺系統(tǒng)中，飛機(jī)使用可以轉(zhuǎn)動的環(huán)狀天線接收信號，當(dāng)測到電波較強(qiáng)的方向時，天線停止轉(zhuǎn)動，于是就測出電臺與飛機(jī)之間的方位。飛機(jī)按這個方向飛行，就能準(zhǔn)確地飛到電臺所在的位置。中波導(dǎo)航臺準(zhǔn)確性低并且容易受到天氣的影響，但它價格便宜，設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，所以世界上很多中小型機(jī)場和發(fā)展中國家的多數(shù)機(jī)場還在使用它。我國廣大的西部地區(qū)的機(jī)場也在使用這種系統(tǒng)。
[5] 甚高頻全向信標(biāo)臺使用甚高頻電波，直線傳播，不受天氣影響，準(zhǔn)確度高。VOR的天線在發(fā)射時不停地轉(zhuǎn)動， 發(fā)射出的信號按方向改變而改變。飛機(jī)收到VOR信號時，機(jī)上的儀表按照信號的頻率和強(qiáng)度變化自動指示出正北方向和飛機(jī)相對于發(fā)射臺的方向。VOR的作用有效范圍在200千米以內(nèi)。通常在航路上每隔150千米左右建立一個VOR臺。飛機(jī)根據(jù)航空地圖上標(biāo)出的VOR臺的位置， 就可以在航路上順利地飛行了。在使用VOR航路飛行時，駕駛員只能知道發(fā)射臺的方向，但不能確定飛機(jī)與發(fā)射臺之間的距離。當(dāng)測距儀系統(tǒng)與VOR配套使用后，這個問題就解決了。DME的地面發(fā)射臺和VOR臺建在同一地點(diǎn)或建在機(jī)場附近。它所使用的頻率是超高頻，頻率在1000兆赫左右。這套系統(tǒng)由飛機(jī)上的詢問機(jī)和地面臺站上的應(yīng)答機(jī)構(gòu)成。飛機(jī)上的詢問機(jī)向地面發(fā)出一對脈沖信號，這脈沖之間的間隔是隨機(jī)的，使不同飛機(jī)發(fā)出的信號都是不同的。地面應(yīng)答機(jī)接受到這對脈沖信號后發(fā)回同樣的一對脈沖信號。把發(fā)出信號和收到返回信號所消耗的時間與無線電波傳播的速度相乘，就可以算出飛機(jī)與地面站之間的距離。測距儀可以測量出的距離遠(yuǎn)可達(dá)500千米，誤差僅為200米左右。在天空中飛行的各架飛機(jī)在詢問時所發(fā)出的脈沖對的間隔不同，在接收時只接收自己所發(fā)出的脈沖信號。同時有幾架飛機(jī)向地面站詢問時，它們的信號彼此不會混淆。VOR--DME系統(tǒng)的無線電波在天空中劃出一條明確的通道，這條空中通道就叫航路。飛機(jī)在航路上飛行，隨時可以從儀表上得知自己的航向和位置，根據(jù)地面管制員的調(diào)度，一個接一個地按航路點(diǎn)飛行，一直飛*程。VOR--DME導(dǎo)航系統(tǒng)保證了飛機(jī)能安全有秩序地飛行，*地提高了空中的交通流量和飛行安全?，F(xiàn)在這個系統(tǒng)成為世界上大部分地區(qū)主要的導(dǎo)航手段。
[5] 建設(shè)VoR—DME的航路，費(fèi)用很高。不可能把地面上所有臺站之間都建立起航路。一般只能在中心城市之間或中心城市到一般城市之間設(shè)立航路。果飛機(jī)在兩個沒有航路的一般城市之間飛行，為了保證飛行安全，這時飛機(jī)不得不采取從一個城市沿著已有的航路飛到中心城市，再沿另一條航路飛往所要去的一般城市。這樣飛行不但浪費(fèi)了燃油和時間，又使航路變得擁擠。在飛機(jī)上應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)以后，才解決了這個問題。從兩個以上的VOR地面臺站收到的信號經(jīng)過飛機(jī)上的電子計(jì)算機(jī)處理后得出一條實(shí)際上沒有地面臺站的航線，在這條航線上設(shè)置出假想的航路點(diǎn)，飛機(jī)按照這條航線飛行，同樣也可順利抵達(dá)目的地。這種專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)被稱為航線計(jì)算機(jī)。飛機(jī)上配備了這種計(jì)算機(jī)后，就可以在能收到兩個以上VOR地面臺站所發(fā)出的信號的地方，按照計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的航線飛行，這種方法叫區(qū)域?qū)Ш?。它把VOR的導(dǎo)航范圍由幾條航路擴(kuò)展為一個平面，這個平面就是各個VOR導(dǎo)航臺站無線電信號所能覆蓋的整個平面。
[5] VOR--DME系統(tǒng)使用的甚高頻和超高頻電波是直線傳播的，作用距離在200千米之內(nèi)。在浩瀚的大洋或大面積的無人區(qū)中，是無法建造出聯(lián)接一條航路的諸多VOR站的。為了滿足遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的需要，又開發(fā)出羅蘭系統(tǒng)和歐米加系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)使用了低頻和甚低頻的無線電波，作用距離都在2500千米以上。在地球表面只要建立起不多的這類臺站，就可以為飛機(jī)飛越大洋或遼闊的無人區(qū)導(dǎo)航。這種導(dǎo)航的缺點(diǎn)是精確度不夠高，而且需要功率非常強(qiáng)大的發(fā)射臺。20世紀(jì)60年代以后，有關(guān)專業(yè)人士們又開始尋找更好的方式以取代無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
[5] 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式進(jìn)入海事組織無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
[6] 11月17日至21日，海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，*組團(tuán)參會，并代表中國政府向海事組織承諾我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能和運(yùn)行維護(hù)管理要求，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海事領(lǐng)域的應(yīng)用政策，表達(dá)了我國政府的責(zé)任與態(tài)度。
[6] *有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，我國作為海事組織A類理事國，此次海事組織對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)可，將帶動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海領(lǐng)域的化、產(chǎn)業(yè)化。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也正式成為無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的合法地位。這也是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)*獲得組織的系統(tǒng)認(rèn)可。
[6] 此次海事組織認(rèn)可后，我國將繼續(xù)全面推進(jìn)電工委員會、航標(biāo)組織、海事無線電技術(shù)委員會、電信聯(lián)盟等技術(shù)組織的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)進(jìn)一步在海事領(lǐng)域的*應(yīng)用。
無線電導(dǎo)航
鎖定
本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。
是指在規(guī)定時間達(dá)到目的地的航行技術(shù)。利用無線電波的傳播特性可測定飛行器的導(dǎo)航參量（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，由駕駛員或自動駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。
- 中文名
- 無線電導(dǎo)航
- 外文名
- radio navigation
- 基本原理
- 無線電傳播
- 年 代
- 20世紀(jì)20～30年代
目錄
- 1 簡介
- 2 發(fā)展歷史
- 3 基本原理
- 4 優(yōu)缺點(diǎn)
- 5 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分類
- ? 陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- ? 星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- 6 系統(tǒng)工作原理
- ? 無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測距差系統(tǒng)
- ? 無線電導(dǎo)航測速系統(tǒng)
- 7 我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
- 8 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
簡介
無線電導(dǎo)航系統(tǒng)是利用了無線電波傳播的基本原理：無線電信號在自由空間中用直線方式以光速傳播，只要確定了無線電波從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的傳播時間，便可以確定收發(fā)機(jī)間的距離為光速與傳播時間之積。通常，導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運(yùn)載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其他地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺。凡導(dǎo)航臺與移動載體間用無線電方式為媒介來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的，稱為無線電導(dǎo)航。
[1] 從導(dǎo)航臺的所在位置來判定導(dǎo)航的性質(zhì)，主要有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)和星基導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺位于陸地上，導(dǎo)航臺與導(dǎo)航設(shè)備之間用無線電波系，如甚高頻全向信標(biāo)（VOR）、微波著陸系統(tǒng)、羅蘭、歐米伽導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 星基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺設(shè)在人造衛(wèi)星上，覆蓋范圍大大擴(kuò)大，如美國的GPS（定位系統(tǒng)）和俄羅斯的GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[1] 發(fā)展歷史
無線電導(dǎo)航發(fā)展歷史
20世紀(jì)20~30年代無線電測向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段而且一直沿用至今,不過它后來已成為一種輔助手段.
[2] 第二次世界大戰(zhàn)期間,無線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展,出現(xiàn)了各種導(dǎo)航系統(tǒng),雷達(dá)也開始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段 ,飛機(jī)著陸開始使用雷達(dá)和儀表著陸系統(tǒng).
[2] 60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).70年代微波,著陸引導(dǎo)系統(tǒng)研制成功.
[2] 80年代,同步測距定位系統(tǒng)研制成功.
[2] 基本原理
無線電導(dǎo)航主要利用電磁波傳播的基本特性：電磁波在在均勻理想媒質(zhì)中，沿直線（或短路徑）傳播;電磁波在自由空間的傳播速度是恒定的;電磁波在傳播路線上遇到障礙物或在不連續(xù)媒質(zhì)的界面上時會發(fā)生反射。
[3] 無線電導(dǎo)航就是利用上述特性，通過無線電波的接收、發(fā)射和處理，導(dǎo)航設(shè)備能測量出所在載體相對于導(dǎo)航臺的方向、距離、距離差、速度等導(dǎo)航參量（幾何參量）。通過測量無線電導(dǎo)航臺發(fā)射信號(無線電電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量，可確定運(yùn)動載體相對于導(dǎo)航臺的方位、距離和距離差等幾何參量，從而確定運(yùn)動載體與導(dǎo)航臺之間的相對位置關(guān)系，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動載體的定位和導(dǎo)航。
[4] 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：不受時間、天氣限制，精度高，作用距離遠(yuǎn)方,定位時間短，設(shè)備簡單可靠；
[2] 缺點(diǎn)：必須輻射和接收無線電波而易被發(fā)現(xiàn)和干擾，需要載體外的導(dǎo)航臺支持，一旦導(dǎo)航臺失效，與之對應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備無法使用；同時,易發(fā)生故障.
[2] 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分類
陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
*次世界大戰(zhàn)前后，是無線電導(dǎo)航的發(fā)明階段。1912年，航海用無線電羅盤和信標(biāo)(0.1~1.75MHz)。1929年，航空用四航道信標(biāo)(0.2~0.4MHz)。航空用無線電羅盤和信標(biāo)。以測向技術(shù)為主，航海應(yīng)用為主，稍后出現(xiàn)航空應(yīng)用。
[4] 1943 年 羅蘭—A（Loran-A ）脈沖信號，脈沖載頻為2MHz ，雙曲線定位，作用范圍約400 n mile
1955 年 羅蘭—C （Loran-C ）脈沖信號，脈沖載頻為100kHz ，雙曲線定位，作用范圍約1000 n mile ，單次定位精度為460m ，重復(fù)定位精度18~90m ，數(shù)據(jù)更新速率10~20 次。
1958 年 奧米伽（Omega ）連續(xù)波信號，頻率為10~14kHz ，雙曲線體制，穿透水下10m 以上，定位精度2~4 n mile ，數(shù)據(jù)更新速率0.1 次/ 分，8 個導(dǎo)航臺，覆蓋。
1941 年 儀表著陸系統(tǒng)（ILS ）精密近進(jìn)雷達(dá)（PAR ）
1942 年 臺卡（Decca ）連續(xù)波信號，頻率為70~129kHz
1946 年 伏爾（VOR ）甚高頻全向信標(biāo)，108~118MHz ，連續(xù)波體制，只有方位，精度約為4~5
1949 年 測距器（DME ）近程航空導(dǎo)航系統(tǒng)，960~1215MHz ，只有距離，精度約為0.5 n mile
1955 年 塔康（TACAN ）戰(zhàn)術(shù)航空導(dǎo)航系統(tǒng)，960~1215MHz ，脈沖體制，主要為用（如機(jī)場、航空母艦等）
自從無線導(dǎo)航技術(shù)在*次世界大戰(zhàn)前后誕生以來，由于軍事需要，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了迅速發(fā)展，戰(zhàn)后在此基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，并基本形成了當(dāng)前的格局。航海用的無線導(dǎo)航系統(tǒng)以雙曲線定位體制為主，航空導(dǎo)航以測距— 測向體制為主。某些系統(tǒng)可以同時兼顧航海、航空導(dǎo)航的需要。從50 年代后以來，各種無線導(dǎo)航系統(tǒng)基本完成了覆蓋。目前雖然GPS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但陸基導(dǎo)航系統(tǒng)還在繼續(xù)使用，并且還在繼續(xù)發(fā)展之中。
[4] 星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
20 世紀(jì)50~70 年代，東西方兩大陣營的冷戰(zhàn)時期，軍備競賽激烈。美國和前蘇聯(lián)為了滿足本國以及盟國在軍事和航天方面的實(shí)際需要。美國和前蘇聯(lián)分別代表的資本主義陣營和社會主義陣營在政治宣傳上的需要。
1957 年前蘇聯(lián)成功發(fā)射*顆人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星開始用于通信、偵察等領(lǐng)域，推動了天技術(shù)發(fā)展、電子信息技術(shù)的發(fā)展、時間基準(zhǔn)和傳遞、大地測繪等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。
[4] 子午儀(Transit) 是美國導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)Navy NavigationSatellite System (NNSS) ，世界上*個投入使用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。Transit 主要由美國Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（JHAPL ）設(shè)計(jì)，經(jīng)費(fèi)由the Advanced Research ProjectsAgency (ARPA) 提供。主要目的是為潛艇和水面艦艇提供導(dǎo)航定位。1958 年開始研制，1964 年投入使用，1964 年開始民用，1988年發(fā)射后一顆衛(wèi)星，經(jīng)過32 年的連續(xù)運(yùn)行后，1996 年底Transit 結(jié)束使命。同時揭開了衛(wèi)星定位時代的序幕。
[4] 20世紀(jì)70、80年代美國*研制并由美國方控制的一個定位系統(tǒng)，是一個由24 顆人造地球衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備構(gòu)成的星基無線電定位系統(tǒng)，也就是GPS。GPS 的功能：在*任何地方、任何氣象條件下為用戶提供實(shí)時、連續(xù)、高精度的三維位置、速度和時間信息（PVT ）。GPS 的意（1 ）解決了無線定位系統(tǒng)覆蓋范圍和定位精度之間的矛盾。（2 ）除了美國及其盟國以外，還可供世界各國民用。
[4] 系統(tǒng)工作原理
無線電導(dǎo)航所使用的設(shè)備或系統(tǒng)有無線電羅盤、伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)、奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及發(fā)展中的“導(dǎo)航星”定位系統(tǒng)等。
[2] 無線電信號中包含4個電氣參數(shù):振幅、頻率、時間和相位。無線電波在傳播過程中，某一參數(shù)可能發(fā)生與某導(dǎo)航參量有關(guān)的變化。通過測量這一電氣參數(shù)就可得到相應(yīng)的導(dǎo)航參量。根據(jù)所測電氣參數(shù)的不同，無線電導(dǎo)航系統(tǒng)可分為振幅式、頻率式、時間式（脈沖式）和相位式 4種。也可根據(jù)要測定的導(dǎo)航參量將無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分為測角（方位角或高低角）、測距、測距差和測速 4種?，F(xiàn)根據(jù)無線電導(dǎo)航設(shè)備的主要安裝基地分為地基（設(shè)備主要安裝在地面或海面）、空基（設(shè)備主要安裝在飛行的飛機(jī)上）和衛(wèi)星基（設(shè)備主要裝在導(dǎo)航衛(wèi)星上） 3種。根據(jù)作用距離分為近程、遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程和定位4種。
[2] 無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)
利用無線電波直線傳播的特性，將飛機(jī)上的環(huán)形方向性天線轉(zhuǎn)到使接
無線電導(dǎo)航(圖2) 收的信號幅值為小的位置,從而測出電臺航向(見無線電羅盤),這屬于振幅式導(dǎo)航系統(tǒng)。同樣，也可利用地面導(dǎo)航臺發(fā)射迅速旋轉(zhuǎn)的方向圖，根據(jù)飛機(jī)不同位置接收到的無線電信號的不同相位來判定地面導(dǎo)航臺相對飛機(jī)的方位角（見伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)），這屬于相位式導(dǎo)航系統(tǒng)。測角系統(tǒng)可用于飛機(jī)返航（保持某導(dǎo)航參量不變，例如保持電臺航向?yàn)榱?引導(dǎo)飛機(jī)飛向?qū)Ш脚_)。幾何參數(shù)（角度、距離等）相等點(diǎn)的軌跡稱為位置線。測角系統(tǒng)的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機(jī)所在錐面與地平面的交線)。測出兩個電臺的航向就可得到兩條直線位置線的交點(diǎn)，這交點(diǎn)就是飛機(jī)的位置（圖1）。
[2] 無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)
利用無線電波恒速直線傳播的特性。在飛機(jī)和地面導(dǎo)航臺上各安裝一
無線電導(dǎo)航(圖3) 套接收、發(fā)射機(jī)。飛機(jī)向地面導(dǎo)航臺發(fā)射詢問信號，地面導(dǎo)航臺接收并向飛機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)回答信號。飛機(jī)接收機(jī)收到的回答信號比詢問信號滯后一定時間。測出滯后時間就可算出飛機(jī)與導(dǎo)航臺的距離。利用電波的反射特性，測定由地面導(dǎo)航臺或飛機(jī)的反射信號的滯后時間也可求出距離。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(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測距系統(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（圖2）。定位的雙值性（有兩個交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來消除。測距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。
[2] 無線電導(dǎo)航測距差系統(tǒng)
在飛機(jī)上安裝一臺接收機(jī)，地面設(shè)置2～4個導(dǎo)航臺。各導(dǎo)航臺同步地（時間同步或相位同步）發(fā)射無線電信號，各信號到達(dá)飛機(jī)接收機(jī)的時間滯后與導(dǎo)航臺到飛機(jī)的距離成比例。測出它們到達(dá)的時間差就可求得距離差。與兩個定點(diǎn)保持等距離差的點(diǎn)的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統(tǒng)的位置線是球面雙曲面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個地面導(dǎo)航臺可求得兩條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點(diǎn)即可定出飛機(jī)的位置（圖3）。定位的雙值可用第三條雙曲線來消除?，F(xiàn)代使用的測距差系統(tǒng)大多是脈沖式或相位式的。
[2] 無線電導(dǎo)航測速系統(tǒng)
這種系統(tǒng)大多是利用多普勒效應(yīng)工作的。安裝在飛機(jī)上的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)以窄波束向地面發(fā)射厘米波段的無線電信號。由于存在多普勒效應(yīng)，飛機(jī)接收到由地面反射回來的信號頻率與發(fā)射信號頻率不同,存在一個多普勒頻移,測出多普勒頻移就可求出飛行器相對于地面的速度（見多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)）。再利用飛機(jī)上垂直基準(zhǔn)和航向基準(zhǔn)給出的俯仰角和航向角，將徑向速度分解出東向速度和北向速度，分別對時間求積分即可得出飛機(jī)當(dāng)時的位置。多普勒測速系統(tǒng)的位置線也是雙曲線，它是由等多普勒頻移的錐面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的。多普勒導(dǎo)航測速系統(tǒng)屬于頻率式（見飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)）。
[2] 我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
我國目前正在使用的主要有兩類。一類叫無方向信標(biāo)，也叫中波導(dǎo)航臺，英文縮寫為NDB；另一類是甚高頻全向信標(biāo)(縮寫為VOR)和測距儀(縮寫為DME)組成的系統(tǒng)。
[5] 在中波導(dǎo)航臺系統(tǒng)中，飛機(jī)使用可以轉(zhuǎn)動的環(huán)狀天線接收信號，當(dāng)測到電波較強(qiáng)的方向時，天線停止轉(zhuǎn)動，于是就測出電臺與飛機(jī)之間的方位。飛機(jī)按這個方向飛行，就能準(zhǔn)確地飛到電臺所在的位置。中波導(dǎo)航臺準(zhǔn)確性低并且容易受到天氣的影響，但它價格便宜，設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，所以世界上很多中小型機(jī)場和發(fā)展中國家的多數(shù)機(jī)場還在使用它。我國廣大的西部地區(qū)的機(jī)場也在使用這種系統(tǒng)。
[5] 甚高頻全向信標(biāo)臺使用甚高頻電波，直線傳播，不受天氣影響，準(zhǔn)確度高。VOR的天線在發(fā)射時不停地轉(zhuǎn)動， 發(fā)射出的信號按方向改變而改變。飛機(jī)收到VOR信號時，機(jī)上的儀表按照信號的頻率和強(qiáng)度變化自動指示出正北方向和飛機(jī)相對于發(fā)射臺的方向。VOR的作用有效范圍在200千米以內(nèi)。通常在航路上每隔150千米左右建立一個VOR臺。飛機(jī)根據(jù)航空地圖上標(biāo)出的VOR臺的位置， 就可以在航路上順利地飛行了。在使用VOR航路飛行時，駕駛員只能知道發(fā)射臺的方向，但不能確定飛機(jī)與發(fā)射臺之間的距離。當(dāng)測距儀系統(tǒng)與VOR配套使用后，這個問題就解決了。DME的地面發(fā)射臺和VOR臺建在同一地點(diǎn)或建在機(jī)場附近。它所使用的頻率是超高頻，頻率在1000兆赫左右。這套系統(tǒng)由飛機(jī)上的詢問機(jī)和地面臺站上的應(yīng)答機(jī)構(gòu)成。飛機(jī)上的詢問機(jī)向地面發(fā)出一對脈沖信號，這脈沖之間的間隔是隨機(jī)的，使不同飛機(jī)發(fā)出的信號都是不同的。地面應(yīng)答機(jī)接受到這對脈沖信號后發(fā)回同樣的一對脈沖信號。把發(fā)出信號和收到返回信號所消耗的時間與無線電波傳播的速度相乘，就可以算出飛機(jī)與地面站之間的距離。測距儀可以測量出的距離遠(yuǎn)可達(dá)500千米，誤差僅為200米左右。在天空中飛行的各架飛機(jī)在詢問時所發(fā)出的脈沖對的間隔不同，在接收時只接收自己所發(fā)出的脈沖信號。同時有幾架飛機(jī)向地面站詢問時，它們的信號彼此不會混淆。VOR--DME系統(tǒng)的無線電波在天空中劃出一條明確的通道，這條空中通道就叫航路。飛機(jī)在航路上飛行，隨時可以從儀表上得知自己的航向和位置，根據(jù)地面管制員的調(diào)度，一個接一個地按航路點(diǎn)飛行，一直飛*程。VOR--DME導(dǎo)航系統(tǒng)保證了飛機(jī)能安全有秩序地飛行，*地提高了空中的交通流量和飛行安全?，F(xiàn)在這個系統(tǒng)成為世界上大部分地區(qū)主要的導(dǎo)航手段。
[5] 建設(shè)VoR—DME的航路，費(fèi)用很高。不可能把地面上所有臺站之間都建立起航路。一般只能在中心城市之間或中心城市到一般城市之間設(shè)立航路。果飛機(jī)在兩個沒有航路的一般城市之間飛行，為了保證飛行安全，這時飛機(jī)不得不采取從一個城市沿著已有的航路飛到中心城市，再沿另一條航路飛往所要去的一般城市。這樣飛行不但浪費(fèi)了燃油和時間，又使航路變得擁擠。在飛機(jī)上應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)以后，才解決了這個問題。從兩個以上的VOR地面臺站收到的信號經(jīng)過飛機(jī)上的電子計(jì)算機(jī)處理后得出一條實(shí)際上沒有地面臺站的航線，在這條航線上設(shè)置出假想的航路點(diǎn)，飛機(jī)按照這條航線飛行，同樣也可順利抵達(dá)目的地。這種專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)被稱為航線計(jì)算機(jī)。飛機(jī)上配備了這種計(jì)算機(jī)后，就可以在能收到兩個以上VOR地面臺站所發(fā)出的信號的地方，按照計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的航線飛行，這種方法叫區(qū)域?qū)Ш?。它把VOR的導(dǎo)航范圍由幾條航路擴(kuò)展為一個平面，這個平面就是各個VOR導(dǎo)航臺站無線電信號所能覆蓋的整個平面。
[5] VOR--DME系統(tǒng)使用的甚高頻和超高頻電波是直線傳播的，作用距離在200千米之內(nèi)。在浩瀚的大洋或大面積的無人區(qū)中，是無法建造出聯(lián)接一條航路的諸多VOR站的。為了滿足遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的需要，又開發(fā)出羅蘭系統(tǒng)和歐米加系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)使用了低頻和甚低頻的無線電波，作用距離都在2500千米以上。在地球表面只要建立起不多的這類臺站，就可以為飛機(jī)飛越大洋或遼闊的無人區(qū)導(dǎo)航。這種導(dǎo)航的缺點(diǎn)是精確度不夠高，而且需要功率非常強(qiáng)大的發(fā)射臺。20世紀(jì)60年代以后，有關(guān)專業(yè)人士們又開始尋找更好的方式以取代無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
[5] 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式進(jìn)入海事組織無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
[6] 11月17日至21日，海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，*組團(tuán)參會，并代表中國政府向海事組織承諾我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能和運(yùn)行維護(hù)管理要求，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海事領(lǐng)域的應(yīng)用政策，表達(dá)了我國政府的責(zé)任與態(tài)度。
[6] *有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，我國作為海事組織A類理事國，此次海事組織對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)可，將帶動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海領(lǐng)域的化、產(chǎn)業(yè)化。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也正式成為無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的合法地位。這也是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)*獲得組織的系統(tǒng)認(rèn)可。
[6] 此次海事組織認(rèn)可后，我國將繼續(xù)全面推進(jìn)電工委員會、航標(biāo)組織、海事無線電技術(shù)委員會、電信聯(lián)盟等技術(shù)組織的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)進(jìn)一步在海事領(lǐng)域的*應(yīng)用。
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