地基无线电导航分类及技术指标
1.分类
(1)按有效作用距离分为近程系统、中程系统、远程系统、超远程系统;
(2)按所测电信号参量分为振幅系统、频率系统、相位系统、脉冲系统、混合系统;
(3)按所测几何参量分为测角系统、测距系统、测距差系统、测高系统;
(4)按工作方式分为有源系统、无源系统;
(5)按机载设备实现的系统功能分为自备式系统、他备式系统;
(6)按飞机的飞行区域分为航路系统、终端区系统。
2.地基无线电导航的技术指标
(1)导航精度:即定位误差,用概率统计方法描述;
(2)覆盖范围:与规定的定位精度相对应;
(3)系统容量:可同时提供定位服务的用户数量;
(4)信息更新率:单位时间内可为用户提供定位服务的次数;
(5)其他指标:连续性、可用性、可靠性、完好性等。
【任务实施】
学生每6人一组,每小组选出一个组长,负责讨论环节的组织、记录和总结。
(1)小组讨论地基无线电导航的发展历程。各组员根据上课所学内容,阐述地基无线电导航的发展节点和主要特征,最后各小组选派一个代表上台陈述。
(2)小组讨论地基无线电导航的分类。各组员描述地基无线电导航的分类情况,并查阅VOR、DME、ILS、无线电高度表等资料,然后将这些无线电导航设备分类情况填入 表4-2。
表4-2 地基无线电导航系统分类
(3)小组讨论地基无线电导航的技术指标。各组员查询地基无线电导航的相关资料,并陈述VOR和NDB地面无线电导航设备的技术指标。
【拓展阅读】
飞行导航方式的演变历程
1903年12月17日10时35分,莱特兄弟(Wright Brothers)制造的第一架飞机“飞行者1号”在美国北卡罗来纳州试飞成功(图4-1)。
自此,飞机开始发展成为一种重要的远程交通工具。飞机在天空飞行需要一定的设备给飞机和飞行员提供方向,来引导飞机从一个地方飞到另一个地方,我们把这种引导飞机的方式叫作导航。航空百年,飞机的导航方式也发生了很大的改变。导航方式的演变可以分为以下3个阶段。
1.原始导航阶段
飞机发展初期,没有任何导航设备,完全靠飞行员目视观测一些标志性地标,基本可以实现沿着山脉、河流或者铁路飞行。
20世纪20年代,为了解决飞行员的导航问题,美国国会曾出资修建了巨型的航空邮件飞行指路路标,每个箭头长达约21 m,横跨整个美国的箭头为飞行员指明了方向(图4-2)。
另外,为了满足夜航的需要,人们给箭头刷成明亮的黄色,每个箭头上都有一个15 m的高塔,塔顶有1盏高燃气灯,塔底有小屋供应燃气。由于采用了这种可以轻松辨认的设计,飞行员从16 km外就可以看到箭头,每个箭头都指向5 km外下一个箭头的位置(图4-3)。
图4-1 “飞行者1号”试飞成功
图4-2 位于犹他州华盛顿县的巨型箭头
图4-3 位于俄勒冈州卡蒂奇格洛夫的灯塔
目视飞行作为核心导航一直使用了很多年,直到后来无线电技术的发展。即使是现在,我们依然还在沿用目视导航规则,这是导航的根本。
2.初级导航阶段
在第一次世界大战期间,无线电导航技术问世。接着,无线电导航台相继出现,让飞机从目视飞行跨越到仪表飞行,它们分别是:
NDB信标台(20世纪20—30年代)——ADF接收机;
VOR信标台(20世纪30年代)——VOR接收机;
仪表着陆系统(20世纪40年代)——ILS接收机;
DME测距台(20世纪50年代)——DME询问器。
地面的无方向信标台(NDB)、甚高频全向信标台(VOR)、测距台(DME)就像茫茫大海中的灯塔一样无时无刻地向周边空间发射信号,飞机上的接收机收到这些信号后就可以获得不同的信息,如导航台在哪里(NDB),飞机在导航台在什么方位(VOR),飞机离台多远(DME),然后结合多个台的多种信息,飞行员就能在万米高空、茫茫云海之中确定自己的位置。飞机也可从一个信标台飞向下一个信标台,直至安全到达目的地(图4-4、图4-5)。
图4-4 最早应用无线电测向技术的 达索MB220型客机
图4-5 VOR地面信标台
无线电导航将飞行员的注意力从飞机外部集中转移到驾驶舱仪表板,它是高度、复杂气象、夜间和海上飞行技术的基础。但是无线电导航也有其自身的缺点,无线电导航的精度依赖于地面台信号,距离地面台太远或有障碍物的地方无法进行定位计算。同时,在规划航路时将航路点集中分布在地面导航台周围,会造成空域的拥挤(图4-6)。
图4-6 珠三角地区拥挤的空域
3.基于性能的导航(PBN)
PBN不是具体的导航方式,而是一种新的导航理念,分为以下两类:
(1)RNAV导航。随着惯性导航、卫星导航技术在飞机上的应用,人们不甘于飞机还是沿着地面台附近飞行,而是希望飞机在一定的空间内“自由”飞行。
因此出现了一种导航方式叫作RNAV,需满足以下至少1个条件:
1)飞机在无线电导航信号覆盖范围内;
2)机载设备工作能力范围之内(如准确的惯导数据、GPS数据)。
RNAV颠覆了之前背向台飞行的导航理念,RNAV关注的是飞机本身的位置计算能力(基于性能),只要飞机可以计算出准确的经纬度数据,不用局限于地面台,飞机就可以沿任意期望的路径飞行。
(2)RNP导航。RNAV已经足够强大了,为何要引入RNP?
RNAV的关键是在导航信号覆盖范围和机载设备能力范围内。但无论是无线电导航、卫星导航(伪距),还是惯性导航(累积误差),都存在误差,会造成定位不准确。
这些问题,RNP可以通过机载设备实现对导航性能(包括信号的准确性、可信度、连续性、可用性等)的监控与告警,从概念上讲,RNP是RNAV的一种操作方式。
【巩固提高】
1.什么是无线电导航?
2.飞机上有哪些无线电导航设备?
3.地基无线电导航的技术指标有哪些?