无线电导航系统是在指定时间到达目的地的导航技术。利用无线电波的传播特性可以测量飞机的导航参数(方位角、距离和速度),并计算出偏离指定航线的偏差。无线电导航系统操作员或自动驾驶仪操纵车辆以消除偏差以保持正确的路线。
无线电导航系统利用无线电波传播的基本原理:无线电信号在自由无线电导航系统空间中以光速在直线上传播。只要确定了从发射机到接收机的无线电波的传播时间,就可以确定收发器之间的距离,距离是光速和传播时间的乘积。通常,导航应由导航系统完成,包括安装在载体上的导航装置和与导航装置结合使用的导航台。在移动台和移动载体之间通过媒介实现导航,称为无线电导航。
从导航台的位置确定导航的性质,主要是陆上导航系统和卫星导航系统。
陆上导航系统位于陆上,在导航平台和导航设备之间,如VHF无线电导航系统全向信标(VOR),微波着陆系统,罗兰,欧米茄导航系统。
星级导航系统导航设置在卫星上,覆盖范围大大扩大,如美国GPS(全球定位系统)和俄罗斯GLONASS卫星导航系统。
使用的无线电导航系统或系统是无线电罗盘,伏特导航系统,塔康导航系统,罗兰C导航系统,欧米茄导航系统,多普勒导航系统,卫星导航系统以及“导航星”全球定位系统的开发。
无线电信号包含四个电气参数:振幅,频率,时间和相位。在无线电波的传播过程中,无线电导航系统的参数可能与导航参数有关。通过测量电气参数,可以获得相应的导航参数。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。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)。
利用无线电发射台(信标台)发射出的电波在天空中画出一条条航路,飞机根据这些无线电信号就可以准确地在航路上飞行,由此飞机开始了仪表飞行时代。无线电导航设备在过去几十年中发展出很多种类。我国目前正在使用的主要有两类。一类叫无方向信标,也叫中波导航台,英文缩写为NDB;另一类是甚高频全向信标(缩写为VOR)和测距仪(缩写为DME)组成的系统。在中波导航台系统中,飞机使用可以转动的环状天线接收信号,当测到电波最强的方向时,天线停止转动,于是就测出电台与飞机之间的方位。飞机按这个方向飞行,就能准确地飞到电台所在的位置。中波导航台准确性低并且容易受到天气的影响,但它价格便宜,设备结实耐用,所以世界上很多中小型机场和发展中国家的多数机场还在使用它。我国广大的西部地区的机场也在使用这种系统。
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