關于民用航空VOR/DME導航系統的研究

中國民用航空大連空中交通管理站　劉恕川

關于民用航空VOR/DME導航系統的研究

中國民用航空大連空中交通管理站劉恕川

將VOR臺和DME組合起來，則可以通過測角距實現飛機定位，所以能夠實現飛機導航功能。而在民用航空領域應用該種導航系統，則能夠為民用飛機飛行提供更多的安全保障。基于這種認識，本文對民用航空VOR/DME導航系統展開了研究，以期為關注這一話題的人們提供參考。

民用航空；VOR/DME導航系統；組合導航

1　引言

作為飛行員，必須要掌握無線電導航這種最基本的導航方式。就目前來看，VOR/DME導航憑借成本低和航線多的優勢，成為了民用飛機的重要無線電導航方式，可以引導飛機沿著預定的航線安全飛行。因此，每個合格的飛行員還應該加強VOR/DME導航系統和設備的使用方法的研究和應用，以便為飛機的飛行安全提供最基本的保障。

2　VOR/DME導航系統概述

所謂的VOR/DME導航系統，其實就是測距機DME和甚高頻全向無線電信標VOR組成的導航系統。利用VOR，則能夠完成飛機與電臺方位測角系統位的測量。作為區域性導航設備，VOR能夠從地面臺向空中飛機發送方位信息，可以幫助飛機確定相對于地面臺的方位。利用測距機，則能夠完成由詢問器到固定應答器距離的二次雷達系統的測量。所以，使用VOR/DME導航系統，可以實現飛機定位。在等待飛機飛行的過程中，可以利用該系統引導飛機進場，并且實現航路間隔和避開保護空域。

3　民用航空VOR/DME導航系統的工作原理

從系統工作原理上來看，民用航空VOR/DME導航系統能夠利用機載設備完成地面VOR臺發射的兩種信號的接收，同時完成信號相位差的測量，從而獲得飛機的磁方位。該方位又被稱之為徑向方位或VOR方位，將其反向180°，則能夠獲得電臺磁方位，而這兩個方位將都在指示器上顯示出來。將VOR地面臺當成是一個燈塔，其將向四周進行全方位光線的發射，并且完成自磁北方向進行順時針旋轉的光束的發射。此時，如果能夠完成從全方位光線到旋轉光束發射的時間間隔的記錄，同時知曉光束旋轉速度，就能夠完成觀察者磁方位角的計算。而VOR臺發射的信號為低頻信號，分別為可變相位信號和基本相位信號。其中，前者相當于旋轉光束，后者相當于全方位光線。在VOR臺周圍，基本相位信號在各方位上的相位相同，而可變相位信號的相位將隨著徑向方位變化而變化。基準和可變相位信號間的相位差，由飛機磁方位決定。完成VOR臺發射信號接收后，機載設備將完成信號相位差的測量，從而獲得飛機磁方位和VOR方位［1］。而系統測距機則是從機載詢問器發送詢問脈沖對開始測量工作，這些脈沖對會被地面信標臺接收，并產生50μs的延遲。在此基礎上，地面信標臺會進行回答脈沖對的發射，根據脈沖對發射和接收經過的時間，機載詢問器就能夠完成飛機到地面臺的斜距的計算。最后，系統會將計算得到的信息利用距離指示器顯示出來。作為一個常數，電波傳播速度為3*108m/s，飛機與地面信標臺斜距可以利用R=C/2（Tr-Td）=（Tr-Td）/τ計算。式中，R為斜距，C為地面水平距離，Tr為脈沖對發射到接收的時間，Td為延遲時間，τ=12.359，為射頻電波傳輸速度。

4　民用航空VOR/DME導航系統的設備構成

4.1VOR設備構成

從結構組成上來看，VOR系統將由地面全向方位導航臺和機載接收機構成。在系統距離較遠的情況下，擁有較大的定位誤差，所以需要與DME配合使用。

4.1.1地面設備

地面全向方位導航臺又被稱之為終端VOR臺，擁有40個波道，頻率在108.00-111.95MHz之間，擁有50W發射功率，距離能夠達到25NM。由于該導航臺采取的是低功率發射技術，所以不會對相同頻率的其他VOR臺產生干擾。但是，由于機場的建筑物較為密集，因此VOR精度會受多路徑干擾，只能在短距離導航中得到應用。通常的情況下，終端VOR臺會與DME一起安裝，從而構成極坐標定位系統。將其與LOC安裝在一起，終端VOR臺將與跑道中心擁有一致的方位線，可以引導飛機著陸。而航路上的VOR為航路VOR，通常安裝在山頂等無障礙物地點，能夠減少其所受干擾。該設備擁有120個波道，頻率在112.00-117.95MHz之間。從工作范圍上來看，系統工作范圍會受到視距限制，具體由發射功率、飛機高度和接收機靈敏度決定。在飛機高度達30000ft的情況下，VOR工作距才能夠達到200NM。

4.1.2機載設備

從結構組成上來看，VOR機載設備由甚高頻接收機、控制盒、指示儀表和天線構成，設備型號較多，擁有不同的方位信息處理方法，但功能大致相同。其中，接收機能夠提供方位信號、向/背臺信號、語音和臺識別信號等多種信號，能夠完成地面發射的方位信息的接收和處理。指示器可以將接收機提供的導航信息在駕駛員面前展示，從而幫助駕駛員進行飛機定位和導航。控制器可以進行VOR控制顯示，擁有頻率選擇、音量控制和試驗按鈕等功能。在現代飛機上，控制盒往往由VOR、DME和ILS等系統共同使用。此外，天線為VOR和LOC的共用天線，在機身上部或垂直安定面上安裝，可以避免電波受到機身的阻擋［2］。在實際應用的過程中，天線擁有全向水平極化的方向圖，能夠完成工作范圍內甚高頻信號的接收。

4.2DME設備構成

作為二次雷達系統，DME系統也由機載設備和地面信標設備構成。系統擁有252個波道，工作頻率在962-1213MHz之間，與相鄰波道之間擁有1MHz的間隔。

4.2.1地面設備

DME地面信標設備有較多類型，具體包含監視器、機內測試設備、應答器、電鍵器和控制單元等。其中應答器為主要設備，由發射機、接收機和視頻信號處理電路構成。在DME工作的過程中，發射機將完成脈沖對的產生、放大和發送，接收器則能夠完成詢問信號的接收、放大和譯碼。在收發頻率上，地面設備與機載設備相對應。相較于詢問頻率，測距信標臺發射頻率將高或低63MHz。而民用DME的不用波道有52個，具體為1-16X、Y和60-69X、Y。在設計上，地面DME臺能夠同時為100架飛機提供服務。

4.2.2機載設備

從結構組成上來看，機載DME設備由控制盒、天線、詢問器和距離指示器構成。而控制盒是與VOR共用的控制盒，可以進行發信機的控制和電路轉換。詢問器由收發信機構成，能夠實現詢問脈沖對的產生、放大、發射、譯碼和接收。在詢問器中，存在有距離計算電路，可以確保回答脈沖對的有效性，同時完成飛機到地面信標臺斜距的計算［3］。距離指示器負責進行斜距指示，能夠進行地速

和時間的顯示，但是只有在飛機沿著徑向線時才能得到準確數據。DME的天線為單個L波段天線，能夠進行信號的發射和接收，與VOR地面臺擁有配套的工作頻率。在VOR或ILS頻率得到較好的調諧后，則能夠完成DME頻率調定。在工作的過程中，DME設備將持續詢問地面信標臺，直至地面信標臺完成飛出系統作用距離的選擇。

5　結論

利用現階段國內民機技術和技術平臺，從而完成適合民用飛機的導航系統設計，則能夠為民用飛機的安全運行提供更多的保障。而VOR/DME導航系統可以在飛機定位和引導進場等方面得到應用，能夠確保飛行安全。因此，相信本文對民用航空VOR/DME導航系統展開的研究，可以為相關工作的開展帶來啟示。

［1］康永，許哲，王大中.民用航空導航技術現狀與發展趨勢分析［J］.現代導航，2012，06：428-432.

［2］孟繁棟，胡應東.民用飛機中IRS/VOR/DME組合導航技術研究［J］.現代工業經濟和信息化，2015，14：41-42+47.

［3］阮先麗，孫康寧，茍思羽.基于DME/VOR的區域導航性能預測算法［J］.現代導航，2014，01：16-20.

劉恕川（1988—），男，遼寧大連人，大學本科，助理工程師，研究方向：航路導航。