第4章-测距机

导航原理与系统NavigationPrinciplesandSystems倪育德中国民航大学第4章测距机4.1概述4.2DME的基本工作过程4.4DME系统的工作特征4.5DME询问器4.6LDB-101测距机信标NavigationPrinciplesandSystems4.3DME系统在导航中的应用中国民航大学CAUC4.1概述一、DME的发展历史由英国在二战间研制的Rebecca-Eureka系统演变而来；1959年被ICAO采纳为国际标准导航系统；DME的装备量在世界范围内呈上升趋势。DME是高精度的近程脉冲（时间）测距导航系统中国民航大学CAUC4.1概述二、DME的发展趋势中国民航大学CAUC4.2DME的基本工作过程图片说明：DME信标常与DVOR信标合装在同一台站，但DME信标也可与ILS的下滑信标合装。图中表示的是DME信标与DVOR信标合装的情况，在圆周上布置的天线为DVOR天线，而直立的是DME信标的天线。中国民航大学CAUC4.2DME的基本工作过程一、DME测量的斜距斜距R飞行高度H水平距离R0DME信标（应答器）DME机载系统（询问器）若8（HR），则RR0，其误差不会超过1％；在飞行的绝大部分时间内，都满足8（HR）。中国民航大学CAUC二、工作框图与时序（1）4.2DME的基本工作过程定时器编码器发射机接收机译码器距离计算指示器I接收机译码器延时器编码器发射机机载询问器地面应答器A询问RF信号应答RF信号BCDEFGHJA中国民航大学CAUC4.2DME的基本工作过程二、工作框图与时序（2）12/36s12/30sT2T1T1T0T发射时刻接收时刻ABCDEFGHIJT1：RF询问/应答在空间的传播时间视频询问RF询问应答器译码脉冲视频应答RF应答询问器译码脉冲T2：应答器“延时器”的延时（可调）T0：信标的固定（系统）延时T：发射时刻与接收时刻的时差电波单程传播时间为：T1=0.5(T－T0)中国民航大学CAUC4.2DME的基本工作过程二、工作框图与时序（3）机载询问器测到的飞机与DME地面台之间的斜距R为CTTCTR)(212101机载询问器计算的斜距R以海里（nm）为单位显示于十进制的距离指示器上。若时间以微妙计算，距离以海里计算，则得359.120TTR12.359（s）是电波往返1nm所经历的时间。中国民航大学CAUC4.2DME的基本工作过程三、DME的一般特性近程脉冲（时间）测距系统电波采用视距传播，电波的极化形式为垂直极化DME的分类窄频谱特性的DME（DME/N）宽频谱特性的DME（DME/W）精密DME（DME/P）辐射功率与作用距离航路DME：辐射功率1kW，作用距离200nm终端DME：辐射功率100W，作用距离25nm系统延时（T0）航路DME：T0必须设置在50s终端DME：T0可以不设置在50sDME/N的精度：优于0.5nm（2）中国民航大学CAUC一、定位NMLALBVOR/DME定位定位4.3DME系统在导航中的应用DME-CMrArBrCLALBLCDME-ADME-B中国民航大学CAUC二、计算地速和到台时间4.3DME系统在导航中的应用斜距R飞行高度H水平距离R0DME应答器DME询问器测量斜距：R(t)计算地速：ttRKTSd)(d计算到台时间（TTS）：TTS=R(t)/KTS中国民航大学CAUC三、避开保护空域和飞行等待4.3DME系统在导航中的应用DME台R=常数飞行等待避开保护空域中国民航大学CAUC四、利用VOR/DME实施近进4.3DME系统在导航中的应用中国民航大学CAUC五、利用DME/DME或VOR/DME实行区域导航4.3DME系统在导航中的应用中国民航大学CAUC一、系统的工作频段与波道（1）4.4DME系统的工作特征工作频段：962~1213MHz机载询问RF：1025~1150MHz，f=1MHz，共有126个询问RF地面应答RF：962~1213MHz，f=1MHz，共有252个应答RFf询问f应答=63MHzY波道X波道1个询问RF2个应答RF中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征一、系统的工作频段与波道（2）YXX应答频率询问频率12131151115010881024108710259621150......108810871025..............................64X126X63Y1Y126Y64Y63X1X........................126个X波道：1X，2X，……，126X126个Y波道：1Y，2Y，……，126YDME共有252个波道，但有52个波道（1~16X、Y，60~69X、Y）通常不用。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征一、系统的工作频段与波道（3）DME只使用252个波道中的200个波道的原因：VOR有160个波道，ILS有40个波道，它们一共只有200个波道；为了避免DME与SSR之间可能产生的相互干扰：SSR的询问RF频率为1030MHz（69Y），应答RF频率为1090MHz（3Y）。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征一、系统的工作频段与波道（4）对于第N（N=1,2,……,126）波道X波道f询问=1025+（N1）MHz，1N63f应答=f询问63MHzY波道f询问=1025+（N1）MHz，1N63f应答=f询问+63MHzX波道f询问=1025+（N1）MHz，64N126f应答=f询问+63MHzY波道f询问=1025+（N1）MHz，64N126f应答=f询问63MHz中国民航大学CAUC二、脉冲编码格式（1）4.4DME系统的工作特征3.5s12s12s3.5s36s30s询问脉冲对应答脉冲对询问脉冲对应答脉冲对Y波道X波道高斯包络询问/应答RF脉冲对中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征二、脉冲编码格式（2）上升时间：tr=2.50.5s下降时间：tf=2.50.5s脉冲宽度：=3.50.5s脉冲对间隔询问X波道120.5s询问Y波道360.5s应答X波道120.5s应答Y波道300.5s中国民航大学CAUC二、机载询问器的询问（1）1.询问器的工作状态4.4DME系统的工作特征搜索状态：询问器在不断发射询问信号的过程中，搜寻应答器对自己询问的应答信号，并初步确定这一应答信号相对于发射时刻的时间间隔的过程。搜寻时间一般小于1s。在搜寻阶段，距离指示器不给出距离读数。跟踪状态：随着飞机与地面台之间距离的变化，询问器能够自动跟踪应答器对自己的应答信号，得到连续的距离读数。记忆状态（类跟踪状态）：距离计算电路根据信号丢失前已知的距离变化率连续更新距离读数。搜索状态跟踪状态记忆状态超过了记忆时间（4~12s）在记忆期（4~12s）内重新获得应答中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征二、机载询问器的询问（2）2.询问脉冲对的重复频率搜索状态：询问脉冲对重复频率（PRF）=40~150对/秒（Hz）跟踪状态：询问PRF=10~30Hz记忆状态：询问PRF=10~30Hz地面信标台每秒中辐射的脉冲对的数量存在一个最大值（上限）中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征二、机载询问器的询问（3）3.询问器对自己应答信号的同步识别DME信标ABCD询问器采用“频闪搜索”技术，从众多的应答信号中识别出对自己的应答信号。T1T2ABT3T4T1T2T3T4每一架飞机发出的相邻询问脉冲对之间的间隔T是随机的，并且两个飞机发出询问的这种随机性不可能相同。询问信号的这种随机性，导致了应答脉冲对的间隔也是随机的。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征二、机载询问器的询问（4）4.询问器的自动等待DME信标ABCD询问器的自动等待是询问器刚开始请求某一地面台服务时所处的一种判断自己是否发射询问脉冲对的状态。询问器处于自动等待状态时，不发射询问信号，只是接收地面台辐射的信号。询问器只有当1s钟内所接收到的应答脉冲对数量超过650（或450）时，它才结束自动等待状态而转为搜索状态。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征二、机载询问器的询问（5）自动等待Rx接收Tx不发射搜索Rx接收Tx发射PRF=90Hz跟踪Rx接收Tx发射PRF=22.5Hz记忆Rx接收Tx发射PRF=22.5Hz1s内接收的脉冲对数量超过450连续15次询问中收到7次有效应答不能保持“7/15”重新满足“7/15”记忆时间超过11.2s中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（1）地面应答器辐射的信号共有3种对询问信号的应答脉冲对－转发脉冲对填充脉冲对识别脉冲对1.应答脉冲对（1）应答率：单位时间内应答器发射的脉冲对的平均数量，即发射的脉冲重复频率（PRF）。应答效率：％接收到的有效询问总数数的成功应答数对接收到的有效询问总应答效率＝100中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（2）1.应答脉冲对（2）最大应答率的计算DME的容量为100架A/C95架A/C处于跟踪状态，询问PRF=24Hz5架A/C处于搜索状态，询问PRF=150Hz100架A/C1s内发射的总询问数：3030信标台的应答效率小于100%信标台的最大应答率为：270090Hz中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（3）1.应答脉冲对（3）接收机译码器延时器编码器发射机询问RF信号应答RF信号最大应答率检测AGC电路一旦检测到应答率大于2700Hz（过响应），则AGC电路被启动，接收机中放增益降低。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（4）1.应答脉冲对（4）DME信标ABCD一旦出现过响应，则应答器的服务距离将逐渐变小。中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（5）2.填充脉冲（1）DME信标如果应答器采用“有问才有答”的设计原则，将会出现什么情况？中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（6）2.填充脉冲（2）信标台存在最小应答率ICAO规定，信标台的最小应答率应尽可能接近700Hz。但实际DME信标大多采用1000Hz左右的最小应答率。填充脉冲是维持信标台最小应答率的一种脉冲填充脉冲数=最小应答脉冲数－转发脉冲数（时间为在1s内）一旦转发脉冲数达到或超过最小应答脉冲数，填充脉冲便不复存在。（时间为在1s内）中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（7）2.填充脉冲（3）译码脉冲数填充脉冲数辐射脉冲数0100019992998.........9991000101001010020.........269927002701......350000001000100010001000100010011002...2699270027002700表中，各类脉冲数是在1s内计得的最小应答率设为：1000Hz最大应答率设为：2700Hz中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（8）2.填充脉冲（4）接收机译码器延时器编码器发射机询问RF信号应答RF信号最大应答率检测AGC电路1000Hz伪码发生器填充脉冲产生器优先级选择器.转发填充中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、地面应答器的应答（9）3.识别信号（1）EDCBA接收机译码器延时器编码器发射机询问RF信号应答RF信号最大应答率检测AGC电路1000Hz伪码发生器填充脉冲产生器优先级选择器.转发填充开关1350Hz脉冲发生器Morse码发生器识别优先级填充转发识别低高中国民航大学CAUC4.4DME系统的工作特征三、