3.2 VOR導(dǎo)航系統(tǒng)

 

圖3－2 基準(zhǔn)相位信號(hào)

全向信標(biāo)系統(tǒng)VOR(VHF Omni-Rang)是一種相位式近程甚高頻導(dǎo)航系統(tǒng)。它是由地面的電臺(tái)向空中的飛機(jī)提供方位信息，以便航路上的飛機(jī)可以確定相對(duì)于地面電臺(tái)的方位[5]。這個(gè)方位以磁北為基準(zhǔn)，通過(guò)直接讀出電臺(tái)的磁方位角來(lái)確定飛機(jī)所在的位置，或者在空中給飛機(jī)提供一條“空中道路”，以便引導(dǎo)飛機(jī)沿著預(yù)定航道飛行，這種導(dǎo)航方式也叫做“VOR徑向線導(dǎo)航”。

VOR的導(dǎo)航原理是這樣的，在地面的VOR地面站向空中發(fā)射如下兩個(gè)30Hz的低頻信號(hào)：

 基準(zhǔn)相位信號(hào)

全向信標(biāo)臺(tái)利用兩付天線，同時(shí)發(fā)射兩個(gè)被低頻調(diào)制的甚高頻信號(hào)，一個(gè)是由30Hz低頻信號(hào)先調(diào)頻到9960Hz的付載頻上，然后調(diào)幅到甚高頻上（108～118MHz），由無(wú)方向性天線發(fā)射基準(zhǔn)相位信號(hào)，如圖3－2所示。其天線輻射場(chǎng)為一個(gè)圓形場(chǎng)，而最大值在任何方位上都是同時(shí)出現(xiàn)的。

 

圖3－3 可變相位信號(hào)

 可變相位信號(hào)

另一個(gè)低頻信號(hào)是由30Hz低頻信號(hào)調(diào)幅到甚高頻上，然后由方向性天線發(fā)射的可變相位信號(hào)，如圖3－3所示

其天線輻射場(chǎng)是一個(gè)“8”字形場(chǎng)，它在各個(gè)方位上的正向最大值不是在同一時(shí)刻出現(xiàn)，而是隨方位角的變化而變化。

 VOR合成信號(hào)及其方向圖

 

圖3－4 基準(zhǔn)信號(hào)和可變信號(hào)的相位差關(guān)系

現(xiàn)在將圖3－2和圖3－3合并畫(huà)在一起，比較基準(zhǔn)相位信號(hào)和可變相位信號(hào)，可以得到圖3－4所示圖形。

從圖中可見(jiàn)，基準(zhǔn)相位信號(hào)與可變相位信號(hào)，在“0”磁方位上，相位差為 ；在“90”磁方向上，相位差為 ；在“180”磁方位上，相位差為 ；在“270”磁方位上，相位差為 。

由此類(lèi)推可知，基準(zhǔn)相位信號(hào)與可變相位信號(hào)之間的相位差角就代表電臺(tái)的磁方位角，飛機(jī)接收到這兩個(gè)低頻信號(hào)以后，將它們的相位相減以后，就可以得出此時(shí)飛機(jī)相對(duì)于該地面VOR信標(biāo)臺(tái)的方位角了。

3.3 飛機(jī)偏航的分析

從上面的介紹知道了VOR全向信標(biāo)臺(tái)導(dǎo)航的原理，由于這個(gè)導(dǎo)航原理，也就可以歸納出飛機(jī)使用VOR信標(biāo)臺(tái)導(dǎo)航時(shí)的幾個(gè)偏航因素來(lái)了。

主要的幾個(gè)因素有：

1) 飛行員不可知的誤差，包括：

a) 信號(hào)發(fā)射角度誤差 。

b) 信號(hào)接受角度誤差 ，在機(jī)載接收設(shè)備的說(shuō)明書(shū)中應(yīng)有說(shuō)明。

這些誤差導(dǎo)致了預(yù)期航跡和儀表航跡之間的夾角。

2) 飛行員在發(fā)現(xiàn)了飛機(jī)偏航并采取一定的機(jī)動(dòng)之前，飛機(jī)實(shí)際的航跡與正確航跡之間已經(jīng)有了一個(gè)角度，這是由于飛行員不能完全保持飛機(jī)按照偏航指示器的中心飛行所導(dǎo)致的，因此我們指定該角度為飛行員的飛行誤差，用符號(hào) 代表。

3) 從VOR導(dǎo)航原理中可以看出，由于VOR對(duì)飛機(jī)的定位方法是測(cè)角度定位，因此，飛機(jī)偏離預(yù)期航跡的距離除了與以上幾個(gè)角度誤差有關(guān)外，還與飛機(jī)距VOR地面發(fā)射站的距離有關(guān)，它們之間的關(guān)系如下：

  （3.1）

其中， 表示飛機(jī)偏離預(yù)期航跡的距離， 表示飛機(jī)與VOR地面發(fā)射站的距離在地面上的投影。

由于這幾個(gè)角度誤差值都比較小，可以近似為：

  （3.2）

由于該偏離值 受很多隨機(jī)因素影響，其取值顯然也是隨機(jī)分布的，因此，對(duì) 的分布情況的研究是這項(xiàng)討論中最關(guān)鍵的部分，其分布情況將對(duì)側(cè)向最小間隔值的設(shè)置產(chǎn)生很大的影響�，F(xiàn)在有兩種方法對(duì)該分布進(jìn)行研究。

 第一種研究方法是通過(guò)分別研究 、 和 的分布，并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ò阉鼈內(nèi)诤掀饋?lái)，從而得到 的分布情況。如果假設(shè)這幾個(gè)角度誤差都服從均值為零的正態(tài)分布，并且是相互獨(dú)立的， 則 的分布即為：

令：        ～   ～   ～ 

 ～ （3.3）

則飛機(jī)相對(duì)于航路的偏航： ～ 

                   ～ （3.4）

 另一種研究方法是直接測(cè)量飛機(jī)偏離航線的距離，以及飛機(jī)到VOR導(dǎo)航臺(tái)的距離的方法，從而找出這兩者之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。該方法直接工作于最基層的對(duì)象，在實(shí)際中它可以減小研究的工作量以及降低研究的費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)10中討論了飛機(jī)航跡對(duì)齊VOR徑向線的精度問(wèn)題，文章作者通過(guò)對(duì)雷達(dá)顯示器進(jìn)行“拍攝”，測(cè)量飛機(jī)偏離航路的距離以及飛機(jī)到所使用的導(dǎo)航臺(tái)的距離來(lái)研究飛機(jī)的偏航的分布規(guī)律。

在一般情況下，VOR徑向線構(gòu)成了航路的中心線，地面站所發(fā)射的信號(hào)如果有誤差，就會(huì)影響到航路引導(dǎo)的正確性。參考文獻(xiàn)10中的表Ⅳ、表Ⅴ就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的VOR徑向線的誤差。