[科普中国]-伏塔克

简介

伏塔克（甚高频全向信标和战术空间导航系统）和伏尔测距器(甚高频全向信标侧距设备)是美国国家航空航天系统的基本导航设备。这种现有的真空管设备维护费用很高，为了确保这项服务延续到1995年以后，1985年正在把这种设备替换掉。所替换的新设备采用现代化的技术，以提供较高的可靠性，提供远距离维护和监控能力，改善系统的可用性。它引入的微型计算机技术，容许远距离维护和控制系统用于所有地面站的控制功能和自动检测试验，以及远距离判断和倾向性试验，从而更进一步加强设备维护。所得到的全固态化伏尔塔康系统使其延长了20年寿命，并降低了寿命期间的费用。1

背景根据地面导航设施建立的供飞机作航线飞行之用的具有一定宽度的空城。划定航路是以连接各个导航设施的直线为航路中心线，在空中航路范围内规定有上限高度、下限高度和航路宽度。航路的宽度决定于飞机能保持按指定航迹飞行的准确度、飞机飞越导航设施的准确度、飞机在不同高度和速度飞行的转弯半径，并需增加必要的缓冲区。因此空中航路的宽度不是固定不变的。《国际民用航空公约》附件十一中规定，当两个全向信标台之间的航段距离在50海里(92.6公里)以内时，航路的基本宽度为航路中心线两侧各4海里(7.4公里)；航段距离在50海里以上时，根据导航设施提供飞机航迹引导的准确度进行计算，扩大航路宽度。

对在空中航路内飞行的飞机必须实施空中交通管制。为便于驾驶员和空中交通管制部门工作，空中航路具有明确的名称代号。国际民航组织规定航路的基本代号由一个拉丁字母和1～999的数字组成。A、B、G、R用于表示国际民航组织划分的地区航路网的航路，H、J、V、W为不属于地区航路网的航路。对于规定高度范围的航路或供特定的飞机飞行的航路，则在基本代号之前增加一个拉丁字母，如K用于表示直升机使用的低空航路，U表示高空航路，S表示超音速飞机用于最初建立的航路为低空航路(6000米以下)，航路的导航设施为低频、中频无方向性信标台和无线电四航道信标台。20世纪50年代后期逐渐为全向信标台(VOR)和伏塔克(VORTAC)所代替。喷气式飞机投入航空运输飞行后，使用全向信标台、全向信标/测距仪(VOR/DME)和伏塔克建立起包括6000米和以上高度的高空航路。随着空中交通密度的增大，为了使航路能有更大的容量，减少航班飞行的延误，对航路内的飞行实施雷达管制，以缩小航路上飞机之间的间隔。另外，在飞机上增加了区域导航系统，以便在根据全向信标/测距仪建立的航路两侧建立平行航路－－区域导航航路。这样不仅减轻了主航路上空中交通的压力，增加了同方向飞行的总交通量，而且使飞机进出机场区域的飞行更加机动和安全。加速、减速和超音速飞行的航路。

伏尔导航VOR是甚高频全向信标( very high frequency omni directional range ,VOR)的缩写，又称作伏尔系统，由美国从20世纪20年的“旋转信标”发展而来，1946年作为美国航空标准导航系统，1949年被ICAO采纳为国际标准民用导航系统，VOR的装备量在世界范围内呈上升趋势，早已在国内外机场普遍使用。它是一种近程的无线电相位测角系统，由地面发射台和机载接收设备组成，地面台发射信号，记载设备只接收信号，为飞机提供相对于地面台的磁北方位角。这种系统为飞机提供相对地面信标台的方位。工作频率为108-117.95MHz，作用距离数百公里，测角精度优于1.4°。伏尔导航系统的缺点是发射电波受视线限制和测向精度受场地影响较大。

VOR系统可以向飞机提供导航所需的相对方位信息，VOR系统的原理是根据可变相信号与基准相位信号的相位差来导航。导航台发射以30转/秒旋转的心脏线方向图，在机载接收机输出端产生30Hz的正弦波，其相位随飞机相对导航台的位置而变化，成为可变相位信号。与此同时，导航台还发射一个以固定30Hz参考频率调制的全向信号。在机载接收机输出端又得到一个不变相位的30Hz正弦波，成为基准相位信号。在接收端，外来信号经放大、调幅检波后分成三路：一路经副载频滤波、限幅、鉴频和30Hz滤波后输入比相器，这是固定相位信号；一路经30HZ滤波直接至比相器，这是可变相位信号；再一路是莫尔斯识别码和话音输出。比相器对两个相位信号比相，得出飞机对伏尔地面台的磁方位角。基准相位信号的相位在发射台的各个方位上相同；可变相位信号的相位随发射台的径向方位而变化。飞机磁方位决定于基准相位信号与可变相位信号之间的相位差。可变相与基准相信号同步发射,磁北极两者相位相差0°，随着飞行器相对于地面台水平面方位的不同，两者的相位差从0°~360°变化。机载设备接收来自地面台的发射信号，并测量出这两个信号的相位差，就可得到飞机相对地面的磁方位角，再加180°就是方位角。由于两个信号安排的在地面台磁北方向上同相，所以接收机测到的是飞机相对地面台的磁方位角。

测量的基本原理是测量地面台发射的基准相位30Hz信号和可变相位30Hz信号的相位差,接收台的径向方位变化正比于这两个30Hz信号的相位差变化，提取二者的相位差是VOR系统信号处理的关键所在。2

塔康导航塔康定位的基础是测距和测角。在国际民航目前采用的标准近程导航中采用两套独立的系统来分别完成。测距利用DME测距系统，它和塔康测距功能的信号体制相类似，设备之间可以兼容；测角采用VOR（或DVOR）系统，其测角方法与伏尔测角功能相类似，但信号体制根本不同，不能兼容。DME和VOR是两个不同频段，不同信号体制，相互独立的单功能系统。而塔康测距、测角则不然，它是在统一的频道和信号体制基础上来实现的。

塔康系统距离测量利用二次雷达原理，机载TACAN设备发射询问脉冲，地面台收到询问脉冲后经固定延时再发距离回答脉冲，机上设备取询问脉冲和回答脉冲之间的延时进行计算。