第3章 无线电频率导航系统.ppt

第3章 无线电频率导航系统 可与导航参量相联系的频率有： 载波频率 调制频率 脉冲重复频率 信号的差拍频率 多普勒频率 可与这些频率相联系的导航参量： 距离、距离差 速度、角度等参量 目前应用比较广泛的频率导航系统 3.1 频率式无线电高度表 3.2 多普勒导航系统 3.1 频率式无线电高度表 3.1 频率式无线电高度表 3.1.1 频率测高（距）原理 3.1.2 直接调频式高度表 3.1.3 跟踪式高度表 3.1.1 频率测高（距）原理 频率测高通常利用调频发射信号与反射信号之间的差拍频率进行距离测量 3.1 频率式无线电高度表 3.1.1 频率测高（距）原理 3.1.2 直接调频式高度表 3.1.3 跟踪式高度表 一、 工作原理 合成信号的包络和相位均受反射信号中φ2的影响，即都隐含有高度信息。 二、 性能分析 1. 临界高度与阶梯误差 2. 最小可测高度 3. 最大可测高度 1. 临界高度与阶梯误差 1. 临界高度与阶梯误差 减小阶梯误差可以采取两种措施： 其一，尽可能提高工作频率，即降低工作波长λ0； 其二，尽可能增加最大频率偏移Δfm。 减小阶梯误差是以使线路复杂化为代价的，且受到各种条件的制约，并且这种误差是由高度测量方法引入的原理性误差，因而只能减小，无法彻底消除。 2. 最小可测高度 由于测量飞行高度的准确度不会超过±hcτ，即在0~2 hcτ的高度范围内，不可能准确给出飞行的高度，因此最小可测高度为2 hcτ。 3. 最大可测高度 3.1 频率式无线电高度表 3.1.1 频率测高（距）原理 3.1.2 直接调频式高度表 3.1.3 跟踪式高度表 3.1.3 跟踪式高度表 直接式调频高频度表以差拍频率fb作为因变量的工作原理 当高度由hmin变化到hmax时 fb将变化几万或几十万倍 要求接收通道必须有足够的带宽容许fb min→fb max及其附近的频谱成分通过 将给大高度时微弱信号的检测带来很大困难 一、工作原理 二、跟踪环路 作业： 分析直接调频方式高度表的特点。为什么其有不可克服的原理性误差？ 试根据式 来分析如何减小直接调频测高的阶梯误差。 跟踪式高度表为何也称为固定差拍频率的高度表，其工作原理是什么？其高度值最终由哪个信号参量反映出来？ 目前应用比较广泛的频率导航系统 3.1 频率式无线电高度表 3.2 多普勒导航系统 3.2 多普勒导航系统 3.2.1 一般概念 3.2.2 理论基础 3.2.3 工作原理 3.2.4 导航精度分析 3.2.1 一般概念 多普勒导航系统为频率测速推航系统，是一种基于多普勒效应的自主式导航设备。 系统的基本测量部件是多普勒导航雷达（Doppler Navigation Radar），通过测量载体在运动过程中发射到地面并反射回来的信号频率偏移或变化，计算出地速和偏流角，并在航姿系统的辅助下完成载体位置的推算功能。 多普勒雷达是许多军用、民用飞机自主远程导航的必选设备之一。 多普勒导航系统的优点： 系统基本上可以全天候工作； 飞机自备导航设备，不需要设置地面站； 可以提供全球导航，不受地区及国际协议的限制； 能够连续提供飞机的速度、角度和位置信息。推航位置的精度约为航程的2%，测速精度高达0.1%~0.3%，偏流角测量精度为1%。 多普勒导航系统的缺点： 需要罗盘、航姿系统等的姿态信息才能完成位置定位； 随着距离增加，定位精度随之下降； 系统测量的瞬时速度不如平均速度准确； 由于反射体的运动（如对于水面上的应用），精度会有所下降。 3.2 多普勒导航系统 3.2.1 一般概念 3.2.2 理论基础 3.2.3 工作原理 3.2.4 导航精度分析 3.2.2 理论基础 多普勒效应的实质是：当两个物体如辐射源和接收机之间存在相对运动时，接收机收到的信号频率，将与辐射源所发射的信号频率不同，两者之间相差一个多普勒频移fd，而频移量fd的大小与辐射源和接收机之间的相对径向运动速度成正比。 1. 辐射源朝向接收点作径向运动 2. 辐射源朝着偏离于接收点的方向上运动 3. B点为反射点、辐射源与接收点皆处于A点并沿AB连线径向运动 4. 运载体的地速及偏流角测量 在运载体运动速度方向与其轴向重合的情况下，角度Γ实际上是运载体轴向与天线射束中心方向的夹角，所以Γ为已知数。 在测得fd之后，就可容易地计算出地速v了，即运载体相对于地面的航行速度。 角度βa是ACB平面内运动速度矢量v和天线射束中心线之间的夹角。上式表明，多普勒频率是地速v和偏流角μ的函数。利用这一函数关系，通过测量fd，在已知地速或测量出地速的条件下，即可求出偏流角。 3.2 多普勒导航系统 3.2.1 一般概念 3.2.2 理