3.2 VOR導(dǎo)航系統(tǒng)

 

圖3－2 基準(zhǔn)相位信號

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)可以確定相對于地面電臺的方位[5]。這個方位以磁北為基準(zhǔn)，通過直接讀出電臺的磁方位角來確定飛機(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30Hz的低頻信號：

 基準(zhǔn)相位信號

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

 

圖3－3 可變相位信號

 可變相位信號

另一個低頻信號是由30Hz低頻信號調(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，如圖3－3所示

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

 VOR合成信號及其方向圖

 

圖3－4 基準(zhǔn)信號和可變信號的相位差關(guān)系

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

從圖中可見，基準(zhǔn)相位信號與可變相位信號，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 。

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

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)臺導(dǎo)航的原理，由于這個導(dǎo)航原理，也就可以歸納出飛機(jī)使用VOR信標(biāo)臺導(dǎo)航時的幾個偏航因素來了。

主要的幾個因素有：

1) 飛行員不可知的誤差，包括：

a) 信號發(fā)射角度誤差 。

b) 信號接受角度誤差 ，在機(jī)載接收設(shè)備的說明書中應(yīng)有說明。

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 代表。

3) 從VOR導(dǎo)航原理中可以看出，由于VOR對飛機(jī)的定位方法是測角度定位，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 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)在有兩種方法對該分布進(jìn)行研究。

 第一種研究方法是通過分別研究 、 和 的分布，并通過適當(dāng)?shù)姆椒ò阉鼈內(nèi)诤掀饋�，從而得�?的分布情況。如果假設(shè)這幾個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)相對于航路的偏航： ～ 

                   ～ （3.4）

 另一種研究方法是直接測量飛機(jī)偏離航線的距離，以及飛機(jī)到VOR導(dǎo)航臺的距離的方法，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)航跡對齊VOR徑向線的精度問題，文章作者通過對雷達(dá)顯示器進(jìn)行“拍攝”，測量飛機(jī)偏離航路的距離以及飛機(jī)到所使用的導(dǎo)航臺的距離來研究飛機(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)射的信號如果有誤差，就會影響到航路引導(dǎo)的正確性。參考文獻(xiàn)10中的表Ⅳ、表Ⅴ就是通過實(shí)驗(yàn)獲得的VOR徑向線的誤差。