船舶无线电导航

无线电导航分类:

无线电导航根据运载工具的不同有不同的分类:船舶无线电导航和飞行器导航。

船舶无线电导航，又称无线电航海，是利用无线电波测定船位和引导船舶沿预定航线航行的技术。

飞行器导航指利用无线电引导飞行器沿规定航线安全达到目的地的技术。利用无线电波，可以测定飞行器的方位、距离、速度等参数，计算出与规定航线的偏差，再由驾驶员或自动驾驶仪进行操作消除偏差。

无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性:电磁波在在均匀理想媒质中，沿直线(或最短路径)传播;;电磁波在自由空间的传播速度是恒定的;电磁波在传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发生反射。

无线电导航就是利用上述特性，通过无线电波的接收、发射和处理，导航设备能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量(几何参量)。通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。

无线电导航所使用的设备或系统有无线电罗盘、伏尔导航系统、塔康导航系统、罗兰C导航系统、奥米加导航系统、多普勒导航系统、卫星导航系统以及发展中的"导航星"全球定位系统等。

无线电信号中包含4个电气参数:振幅、频率、时间和相位。无线电波在传播过程中，某一参数可能发生与某导航参量有关的变化。通过测量这一电气参数就可得到相应的导航参量。根据所测电气参数的不同，无线电导航系统可分为振幅式、频率式、时间式(脉冲式)和相位式 4种。也可根据要测定的导航参量将无线电导航系统分为测角(方位角或高低角)、测距、测距差和测速 4种。现代还根据无线电导航设备的主要安装基地分为地基(设备主要安装在地面或海面)、空基(设备主要安装在飞行的飞机上)和卫星基(设备主要装在导航卫星上) 3种。根据作用距离分为近程、远程、超远程和全球定位4种。

利用无线电波直线传播的特性，将飞机上的环形方向性天线转到使接 收的信号幅值为最小的位置,从而测出电台航向(见无线电罗盘),这属于振幅式导航系统。同样，也可利用地面导航台发射迅速旋转的方向图，根据飞机不同位置接收到的无线电信号的不同相位来判定地面导航台相对飞机的方位角(见伏尔导航系统)，这属于相位式导航系统。测角系统可用于飞机返航(保持某导航参量不变，例如保持电台航向为零,引导飞机飞向导航台)。几何参数(角度、距离等)相等点的轨迹称为位置线。测角系统的位置线是直线(角度参量保持恒值的飞机所在锥面与地平面的交线)。测出两个电台的航向就可得到两条直线位置线的交点，这交点就是飞机的位置(图1)。

利用无线电波恒速直线传播的特性。在飞机和地面导航台上各安装一 套接收、发射机。飞机向地面导航台发射询问信号，地面导航台接收并向飞机转发回答信号。飞机接收机收到的回答信号比询问信号滞后一定时间。测出滞后时间就可算出飞机与导航台的距离。利用电波的反射特性，测定由地面导航台或飞机的反射信号的滞后时间也可求出距离。无线电导航测距系统的位置线是一个圆周，它由地面导航台等距的圆球位置面与飞机所在高度的地心球面相交而成。利用测距系统可引导飞机在航空港作等待飞行，或由两条圆位置线的交点确定飞机的位置(图2)。定位的双值性(有两个交点)可用第三条圆位置线来消除。测距系统可以是脉冲式的、相位式的或频率式的。

在飞机上安装一台接收机，地面设置2~4个导航台。各导航台同步地(时间同步或相位同步)发射无线电信号，各信号到达飞机接收机的时间滞后与导航台到飞机的距离成比例。测出它们到达的时间差就可求得距离差。与两个定点保持等距离差的点的轨迹是球面双曲面，因此这种系统的位置线是球面双曲面与飞机所在高度的地心球面相交而成的双曲线。利用3或4个地面导航台可求得两条双曲线。根据两条双曲线的交点即可定出飞机的位置(图3)。定位的双值可用第三条双曲线来消除。现代使用的测距差系统大多是脉冲式或相位式的。

这种系统大多是利用多普勒效应工作的。安装在飞机上的多普勒导航雷达以窄波束向地面发射厘米波段的无线电信号。由于存在多普勒效应，飞机接收到由地面反射回来的信号频率与发射信号频率不同,存在一个多普勒频移,测出多普勒频移就可求出飞行器相对于地面的速度(见多普勒导航系统)。再利用飞机上垂直基准和航向基准给出的俯仰角和航向角，将径向速度分解出东向速度和北向速度，分别对时间求积分即可得出飞机当时的位置。多普勒测速系统的位置线也是双曲线，它是由等多普勒频移的锥面与飞机所在高度的地心球面相交而成的。多普勒导航测速系统属于频率式(见飞机导航系统)。