全向信標導航中多普勒效應的應用分析

張蘊菁

中國民用航空局華北地區空中交通管理局 北京 100621

引言

飛機航行需要在導航信號的引導下才能處在規定航線中，若是信號傳輸出現問題，那么飛機就無法準確判斷當前所處位置，同時地面管控也無法尋找到飛機位置，這樣就極易導致飛機出現飛行風險。在近幾年發展過程中，我國也在對這一信號傳輸與定位系統進行優化，目的就是在飛機航行過程中能夠保證其飛行安全性，同時對飛機位置進行實時判斷。因此在發展過程中，全向信標導航應運而生，在應用過程中多普勒效應為飛機準確定位與數據實時傳輸帶來了幫助，那么全向信標導航到底具有怎樣的應用優勢，多普勒效應的作用價值與優勢又有哪些，本文就對以上問題進行總結分析。

1 多普勒效應

1.1 多普勒定義

其實最簡單來說，多普勒就是將電磁波通過特殊媒介將信息進行傳輸的一種信號傳播方式。一般情況下，若是要利用電磁波對信號進行傳輸，在傳輸過程中就會因為信號頻率與接收方信號頻率問題導致其接收效率受到影響，并且在信號傳播過程中還會受到外界運動現象的影響，導致頻率輸送與接收出現一定差異，最終影響到信號傳遞質量與效率。在應用了多普勒技術后，在電磁波傳輸過程中，其頻率差異就可以得到準確判斷，那么在傳輸過程中就可以通過判斷出的頻率差異對傳輸頻率進行調節，這樣就可以有效降低接收方信號不穩定的問題[1]。

1.2 發射與接收頻率對比

在實際信號傳輸過程中，為了保證信號傳輸的穩定性與有效性，就需要對發射機和接收機的相對運動進行分析，在調整過程中就需要對接收機與接收頻率通過以下方式進行改變，如：發射機在運行中輸出F信號，且運行過程發射與接收信號過程存在相對運動，運動速度就用V表示，那么最終接收機收取到的信號就會變成Fr。所以說在實際運行過程中，信號傳輸與接收過程會受到運動的影響出現變化，同時接收到的信號也會直接出現增量值，這一現象的專業名稱叫作多普勒頻移。應用多普勒進行優化的目的，就是為了保證信號傳輸與接收能夠保持一致，即在最大程度上讓輸出的F信號能夠在被接收時無限趨近于F，進而有效提高數據準確性[2]。

1.3 旋轉信號分析

若是在實際運行過程中，可以將接收設備與發射信號的距離明確出來，并將傳輸信號的范圍擴大到接收設備與信號發射點半徑之外，就可以有效提高信號傳輸的有效性，并降低信號傳輸與接收數值的差異。舉一個模擬案例，若是接收設備的位置處于發射點的正北方，那么在信號傳輸時由1點鐘方向發出，在傳輸的同時做環繞逆時針轉動，且轉動速率為p周/秒。那么此時對于接收設備來說，只要發射點在1點鐘方向之時，那么其運動也只能是水平方向上的分量程度，其縱向位置運動并不成立，這一階段的Vd值也就是0，同時多普勒頻移Fd也是0，在運動過程中發射點轉向了2點鐘方向，那么此時的發射信號與發射點也就都指向了接收設備方位，與此同時其運動值也就到達了頂點，并且和發射點的運動速度相同，多普勒頻移Fd也會提升到最高。但是在運行中發射點移動到3點鐘方向，此時的多普勒頻移就會移動回1點鐘，那么此時的Vd與Fd均為0。在發射點運動過程中，發射點移動到了4點鐘方向，信號發射點和接收設備的距離就會越來越大，同時速度也會隨之增加，最終多普勒頻移Fd出現最大負值。

2 全向信標導航

2.1 地面臺信號

若是在運行過程中沒有分配兩個30Hz單獨調制信號，那么全向信標發射機就會向載波信號與邊帶波信號發出輻射。一般情況下載波頻率為F0，那么其邊帶頻率也就是（F0+F0-）9960Hz（上下邊帶頻率）。在實際工作中，有關部門需要結合實際情況對載波信號兩端進行控制，同時還要在空域條件下將其調整為調幅信號，以保證在運行過程中能夠通過機載設備開展基本工作。那么在實際工作中就需要將標準信號調整到載波信號位置，并應用中央天線將信號發出，這樣就可以保證接收設備能夠將信號解析出來。在實際工作中若要獲取標準信號頻率，那么就需要通過多普勒頻率移動進行調制。在信號傳輸過程中在上邊帶限幅作用下產生多普勒頻移Fd，此時接收設備獲取到的信號為F0+9960Hz加多普勒頻移，因為上邊與下邊的關系相對，所以信號頻率就是F0-9960Hz減多普勒頻移，此時再通過檢波工作就可以得到調頻副載波，最終鑒別后信號就是30Hz信號。

2.2 接收機處理

在實際運行過程中，天線設備可以實時接收地面信號，在接收到信號后可以通過振幅以及電路檢波對信號內容進行分析，同時還可以進行帶通濾波工作，當調頻信號接收完成后，系統就會利用限幅電路進行處理，以保證其可以轉變成為可變信號；在信息收集過程中接收機還能夠獲取30Hz信號，那么此時相位對比器就會將這兩個信號進行對比，飛行員就能夠在電磁指示器上了解方位信息。

3 結束語

通過以上總結可以了解到，在當前這一應用技術不斷優化的背景下，全向信標導航的應用優勢有哪些，同時也了解到多普勒效應能夠為信息傳輸帶來怎樣的幫助。那么在實際工作中，有關部門就需要對這一技術進行更加深入的探究，同時還要在時代發展背景下設計出更加高效的信息傳輸技術，以保證在實際工作中能夠有效提高數據傳輸與接收穩定性，保證定位服務能夠更加精準，進而推動我國民航事業長久穩定發展，并引導其步入現代化發展進程中。