甚高頻全向信標（VOR）信號的監測方法

袁冰清，李思靜

（1.國家無線電監測中心上海監測站，上海 201419；2.國家無線電監測中心深圳監測站，深圳 518120）

1 引言

甚高頻全向信標（VHF Omni-directiona l Range，簡稱VOR）是現代航空無線電導航中廣泛使用的一種地面設備，或用于航路導航，或用于機場飛機進場的引導，是飛機安全飛行著陸的保障。作為無線電管理部門，我們必須從無線電信號監測方面入手，準確掌握VOR信號的信號特征及監測方法，快速判斷一些民航干擾，為民航飛機的安全提供有效的技術支撐。

2 甚高頻全向信標系統特征

甚高頻全向信標分為常規全向信標（CVOR）和多普勒全向信標（DVOR），對航空器接收機來講，兩者是兼容的，但是現在國內外一般都使用DVOR，因此本文主要針對DVOR信號的監測。為了更好地識別與準確監測DVOR信號，我們必須對DVOR信標系統有大致的了解。

多普勒甚高頻全向信標基于多普勒效應的原理，即通過相對運動產生的相位差實現定位功能。在實際應用中，DVOR與機載甚高頻全向信標接收機相結合，由機載接收機可測得地面VOR信標臺的磁方位角。如果設在航線上，可以利用兩個VOR信標臺或一個信標臺和一個測距臺（DME）實現飛機的定位，引導飛機沿航線飛行，與DME配合完成區域導航；如果VOR臺設在機場附近，可用于引導飛機進出港，并可輔助儀表著陸系統引導飛機安全著陸等。

根據不同的用途，VOR地面導航臺分為兩大類：

（1）航路VOR臺（A類）：用于航路導航，112-117.925 MHz，頻道間隔50kHz，發射功率200W，作用距離200海里。

（2）終端VOR（B類）：用于終端引導飛機進場，108-112MHz，頻道間隔50kHz，發射功率50W，作用距離25海里。

這兩類信號在頻譜和信號監測上是沒有區別的，都是由同樣的天線與發射機系統發射的。

2.1 發射天線與發射機系統

DVOR的發射天線系統包括2個24頭的奇、偶天線分配開關，49個改進型阿爾福特天線[1]（Alford antenna），其中48個作為邊帶天線，均勻地分布在直徑為13.5米的圓周上，并分別與2個天線分配開關相連，1個作為中央天線。

工作時，天線以30r/s的速度圍繞中心（中央天線）逆時針方向旋轉，向空間輻射甚高頻正旋波信號，從而在空間足夠遠的任意方位上都可以獲得30Hz調制的甚高頻調頻信號。在順時針各方位上解調處的30Hz低頻調制信號（即多普勒頻移）的相位始終超前磁北方位，超前的角度就等于以磁北為基準接收點所處的徑向方位角。這個調頻的低頻30Hz調制信號被稱為多普勒甚高頻全向信標的30Hz可變相位信號。中央天線向空間全方位輻射一個30Hz調制的甚高頻調幅信號，此信號被稱為DVOR的30Hz基準相位信號。只要保證30Hz可變相位信號與30Hz基準相位信號在磁北方位同向，那么，任意方位上的飛機接收機就可以通過比較兩個30Hz信號的相位實現全向信標的定位功能。DVOR的中央天線還負責向空間發射自身的音頻1020Hz莫爾斯代碼的識別信號和語音信號。因此DVOR發射系統簡單原理圖如圖1[2]所示：

圖1 DVOR發射系統原理

2.2 信號頻譜組成

在空間任何點上觀察，VOR信號頻譜主要由三部分組成：基準相位信是用30Hz基帶信號直接對載波調幅（AM）；可變相位信號是先用30Hz基帶信號對9960Hz副載波調頻（FM），再調頻副載波對載波調幅（AM）；識別信號為調制單音1020Hz國際莫爾斯電碼，頻偏為50Hz，通常由3個英文字母組成碼組，莫爾斯呼號每30s等間隔地發射1到3次。語音跟識別主要是給甚高頻全向信標提供一個地空語音通信波道，與導航功能在同一射頻載波上工作。因此，VOR信號頻譜示意圖如圖2所示：

圖2 全VOR信號頻譜示意圖

3 VOR信號的監測

3.1 監測條件

若無特殊要求，應在下列條件下進行測試：

3.1.1 正常的試驗大氣條件[3]

⊙ 溫度 ：15℃ ～35℃。

⊙ 相對濕度：20%～80%。

⊙ 試驗場所的氣壓。

3.1.2 監測地點與范圍（一般開場監測）[4]

根據具體的甚高頻全向信標的臺址而定，一般監測地點在機場內，在監測天線半徑100米范圍內，應平坦開闊，無高大建筑物，盡量避開高壓輸電線、鐵路等影響電磁環境的物體。

3.2 監測用儀器和器件

所用測試儀器應經過計量合格并在有效期內，儀器的誤差應小于被測參數容許誤差的三分之一。所用儀器和器件如下：

3.2.1 頻譜分析儀

⊙ 頻率范圍包括108MHz-117.975MHz。⊙ 射頻輸入阻抗50Ω。

3.2.2 全向天線

⊙ 頻率范圍：108MHz-117.975MHz。

⊙ 輸入阻抗：50Ω。

⊙ 駐波比 ：＜1.5。

⊙ 極化方式：水平極化。

⊙ 水平場型 ：0°～360°方向，≤ ±0.5dB。

⊙ 方位準確度 ：在仰角0～40°mw ≤ ±5°。

3.2.3 50Ω同軸電纜

3.3 監測方法

3.3.1 監測準備工作

⊙ 檢查儀器設備是否正常工作。

⊙ 按圖3連接好監測設備，正式監測前開機預熱30分鐘。

圖3 監測設備連接圖

3.3.2 VOR信號監測（包括頻率、信號占用帶寬、場強、調制）

（1）將頻譜儀調諧到待監測信號的中心頻點f0。

（2）調整合適的動態顯示范圍，調整輸入衰減，使信噪比大于30dB。

（3）參數設置。估算帶寬，SPAN設置到帶寬估值的1.5～2倍；解調帶寬為帶寬估值的1～1.5倍；解調方式，整個信號的解調模式設為AM；檢波方式，最大峰值。

（4）設置頻譜儀的顯示模式為頻譜圖與瀑布圖。此時可以監測到完整的VOR信號頻譜，包括莫爾斯識別碼，記錄電平值，并對照莫爾斯碼對照表寫出該信號的識別碼。

（5）按實際要求填寫VOR信號監測記錄表。

4 VOR信號監測實例

根據以上的監測方法，我們選擇了某處機場附近對VOR信號進行了實際監測。圖4即為該機場的VOR發射天線，邊緣一圈天線陣為邊帶天線，輻射可變相位調頻信號，中間白色天線為中央天線，負責輻射調幅基準信號及識別莫爾斯信號。

圖4 某機場的VOR發射天線

圖5 117.2MHz的VOR信號頻譜及瀑布圖

圖5為某機場附近的某VOR信號監測頻譜及瀑布圖，在載波附近1020Hz左右為莫爾斯識別碼，由瀑布圖可明顯看到該VOR信號的識別碼為SHA。

5 結束語

本文對甚高頻全向信標（VOR）的發射系統結構、原理及信號頻譜做了簡單的介紹，對以后民航干擾查找有一定的指導作用，進一步保障了民航飛機的安全著陸。■

[1] 高俊.AWA全向信標設備[J].西北空管局航空電信人員培訓教材，2011.

[2] 鄭連興，倪育德.多普勒全向信標[M].北京：中國民航出版社，1997.

[3] MH/T4006.2-1998.航空無線電導航設備第2部分.甚高頻全向信標（VOR）技術.

[4] GBT 18897-2002.多普勒甚高頻全向信標性能要求和測試方法.