[科普中国]-全方位测向-测距设备

简介

全向信标和测距设备的组合装置，可以获得方位和距离信息。

全向信标概述能向工作区内的所有方向提供方位信息，并能向任一方向上提供磁方位指示的无线电台，叫做全向信标。

全向信标（OR）是一种用于飞机的短距离无线电导航系统，使得具有接收单元的飞机能够通过接收由固定地面无线电信标网络传输的无线电信号来确定其位置并保持其航向。它使用108.00至117.95 MHz的非常高频频段的频率。在1937年开始在美国发展并在1946年部署之前，全向信标是商业和通用航空使用的世界标准航空航行系统。到2000年，世界各地约有3000个全向信标站，其中美国有1,033个，到2013年减少到967个，随着GPS的广泛采用，更多的台站正在退役。1

全向信标地面站发出全向主信号，并且高度方向性的第二信号由相控天线阵列传播并在空间中顺时针旋转30次。该信号被定时，使得其相位（与主机相比）随着次级信号旋转而变化，并且该相位差与“旋转”信号的角度方向相同（使得当信号被发送90度从北向顺时针方向，信号与主机相差90度）。通过将次级信号的相位与主机进行比较，可以确定来自车站的飞机的角度（方位）。这条位置称为全向信标的“径向”。来自两个不同全向信标站的径向交点可用于固定飞机的位置，如早先的无线电测向（RDF）系统。

全向信标站是相当短的范围：信号是发射机和接收机之间的视线，可用于高达200英里。 每个站广播包括导航信号，标识符和声音的VHF无线电复合信号，如果装备的话。 导航信号允许机载接收设备确定从信标站到飞行器的方位（从信标站相对于磁北方向）。 电台的标识符通常是莫尔斯电码中的三个字母的字符串。 语音信号（如果使用的话）通常是车站名称，飞行中记录的通知或现场飞行服务广播。 在某些地方，这种语音信号是连续记录的危险的航空天气咨询服务或HIWAS的广播。

特点由于组合的因素，全向信标信号提供比NDB更大的精度和可靠性。最重要的是，全向信标提供从车站到不依飞行器风向或方向变化的飞机的方位。 VHF无线电在地形特征和海岸线周围不易受到衍射（过程弯曲）的影响。相位编码比雷暴干扰更少。2

全向信标信号从一对VOR信标提供90米（300英尺）的可预测精度，在2海里的2西格玛；与小于13米的全球定位系统（GPS）的精度相比，95 %。

全向信标站依靠“视线”，因为它们在VHF频带中工作 - 如果发射天线在接收天线完全清晰的一天不能看到，就不能接收到有用的信号。如果山脉干预，这将全向信标（和DME）范围限制在地平线上或更近。虽然现代固态发射设备的维修保养比旧机组少得多，但是在主要航路上提供合理的覆盖范围所需的广泛的车站网络是运行当前气道系统的重要成本。

运作全向信标分配在108.0 MHz和117.95 MHz之间的无线电信道（间隔为50 kHz）;这是在超高频（VHF）范围内。前4 MHz与仪器着陆系统（ILS）频段共享。为了离开ILS通道，范围为108.0至111.95 MHz，100 kHz数字始终为偶数，因此108.00,108.05,108.20,108.25等是VOR频率，但108.10,108.15,10830,108.35等等保留给ILS在美国。

全向信标将方位角（来自信标站的方向）编码为参考信号和可变信号之间的相位关系。全向信号包含调制连续波（MCW）7wpm莫尔斯码站标识符，通常包含幅度调制（AM）语音信道。传统的30Hz参考信号在9,960Hz副载波上进行频率调制（FM）。可变幅度调制（AM）信号通常是从定向天线阵列的灯塔状旋转中每秒30次获得的。虽然较老的天线被机械旋转，但是当前的安装以电子方式进行扫描，以获得没有移动部件的等效结果这通过通常为60个定向天线的圆形阵列来实现，每个天线的信号由相位延迟的30Hz参考信号进行幅度调制以匹配每个单独天线的方位位置。当在飞行器中接收到复合信号时，检测AM和FM 30Hz分量，然后进行比较以确定它们之间的相位角。

测距设备带有独立定时器的测距器定时器产生一个由基准振荡器形成的时间(或相位)标准。在测距开始之前．将两个定时器相互校对好，使其起始时间(或相位)相同。定时器I控制发射机的发射时间(或相位)，当信号经过一定的传播时间被接收机接收后，与定时器Ⅱ的时间进行比较，测量出时间差(或相位差)后即可确定电波的传播时间r，然后按下述公式即可求得所测距离，即R=c×r。由于这种方式是直接利用发射机辐射的信号，所以工作距离较近，适合于近距离导航参数的计算。3

不带独立定时器的测距不带独立定时器的测距器根据目标的特点可分为无源反射式和询问回答式两种。

(1)无源反射式测距

此类测距器的定时器兼有控制发射机的起始时间与测量时间间隔的基准时间两种功能。距离计算公式为

式中，τ为电波总的传播时间。

与带有独立定时器的测距方式相比，由于是无源反射，因而接收到的信号强度较弱。为了保证正常工作，需要有较大的发射功率和较高的接收灵敏度。雷达测量目标的距离和在飞行器上测量距地面的相对高度多采用该方式。

询问回答式测距询问回答式测距与无源反射式测距的不同之处在于，由接收机和发射机组成的回答器代替了原来的无源反射目标，而询问器则与无源反射式测距器的组成相同。4

相关设备测距系统是无线电测量设备中实现距离测量功能的系统，它是接收机完成信号捕获后的主要功能之一，一般称为测距机。测距系统的发展经历了从电子管阶段、晶体管阶段，到中、小规模集成电路阶段，再到大规模集成电路阶段和以数字信号处理为主的数字化阶段。现已逐步向功能模块化、软件化的方向发展。测距系统的功能也从跟踪测量单个目标，发展到不仅能对同一波束内的多个目标进行连续跟踪，而且能对不同波束内的多个目标进行跟踪和测量。另外，采用数字化、软件化、模块化技术和相参积累、杂波对消、脉冲压缩等信号处理技术，极大地提升了测距系统的测距精度和跟踪能力。