无线电导航系统及其应用
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2009-08-01
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无线电导航系统-正文
利用无线电技术对飞机、船舶或其他运动载体进行导航和定位的系统。无线电导航技
术的基本要素是测角和测距，因此可以组成测角-测角、测距-测距、 测角-测距、测距差
（双曲线）等多种形式的系统。无线电信号 Esin(ωt+
嫓
)中振幅 E、角频率 ω、相位
嫓
和
时间 t,都可作为导航参量使用。赋予无线电波以导航信息的方法很多，但都是利用无线电
波传播的直线性及其恒定的传播速度两种特性。无线电导航的基准点可以设在地面、空间
或卫星上。
测角系统 通过测定无线波来向以确定运动载体与一条基准线（常用磁北基准线）的
夹角的系统。无线电测角系统一般都使用定向天线。根据使用场合不同，地面可用测向天
线对飞机或船舶发射的信号测向，更多的情况是飞机和船舶利用测向天线对地面信号测向。
简单的地面信标发射无方向信号，专用的地面信标本身发射含有方向信息的信号。
测角系统主要是测量振幅或相位参量。振幅测角系统可使用最大值测角法、最小值测
角法和等强信号测角法三种方法。①最大值测角法：天线辐射单波瓣方向性图。转动方向
性图使接收设备输出的信号具有幅度变化，以最大输出信号强度作为角度位置。机场监视
雷达对目标方位的测定就采用这种方法。此法的信噪比较高，并可兼用于通信信息的传输，
但测角灵敏度较低，即对最大值的判别不敏锐。②最小值测角法：旋转用户接收设备的环
状天线至收到信号为最微弱处，或发射端辐射两个彼此相切的波瓣，转动波瓣使接收设备
输出最小。无线电罗盘使用前一种方法，灵敏度高，信噪比低。③等强信号测角法：天线
辐射两个互相交叠的波瓣，转动方向性图；或方向性图固定不动，由载体运动使接收机输
出的两波瓣信号强度相等来确定目标的角位置。此法兼有前两种方法的优点。
相位测角系统利用测量信号的相位获得载体的角位置。这类设备的方向性图的旋转速
度比振幅系统快得多，一般可达每秒几十转。旋转频率成为载频的振幅调制频率，调制信
号的相位决定于运动载体所在的空间方位。借助某一同频率的相干振荡进行比相，从相位
读数取得载体所在的空间位置。伏尔导航系统（甚高频全向信标系统）即属于这类相位测
角系统。
采用干涉仪原理也可进行相位测角。这种系统采用两个相距 D 的地面天线阵元组成。
用户询问信号的平面波前到达天线阵元时，由于入射角 θ 不同，到达两个阵元的时间也不
同（存在行程差 x＝Dsinθ）。此行程差在两阵元接收到的射频信号中产生的相位差为
式中 λ 为工作波长；θ 为入射波与天线阵元连线的法线之间夹角。测出相位差 墹
嫓
即可确
定用户相对天线基线法线的角位置 θ，并由地面发回机上。
测距系统 利用测量用户至地面台间距离实现导航定位的系统。测距系统有转发、反
射和测伪距三种方式。
转发方式 由用户发射询问信号，地面台收到询问信号后发出应答信号。用户计算询
问信号与应答信号之间电磁波传播时间的时延,即得 。式中 r
AB
为用户至地面台之
间的距离;c 为电磁波传播速度。转发方式有脉冲方式与连续波相位方式两种工作方式。采
用脉冲方式时，询问信号和应答信号均以脉冲形式出现，测量的是脉冲之间的时间间隔。
地美依导航系统就是这种测距系统。在连续波相位测距系统中，用户和地面台须发射相干
连续波振荡信号。地面台对用户信号进行频率变换（倍频和分频）后向用户转发；用户再
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