第4章测距机(修改).ppt

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1、,测距机,Navigation Principles and Systems,卢丹,中国民航大学电信学院,第4章 测距机,4.1 概述,4.2 DME的基本工作过程,4.4 DME系统的工作特征,4.5 DME询问器,4.6 LDB-101测距机信标,Navigation Principles and Systems,4.3 DME系统在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,4.1 概 述,一、DME的发展历史,由英国在二战间研制的Rebecca-Eureka系统演变而来；,1959年被ICAO采纳为国际标准导航系统；,DME的装备量在世界范围内呈上升趋势。,DME是高精度的近程脉冲（时间）测

2、距导航系统,中国民航大学 CAUC,4.1 概 述,二、DME的发展趋势,中国民航大学 CAUC,4.2 DME的基本工作过程,图片说明：DME信标常与DVOR信标合装在同一台站，但DME信标也可与ILS的下滑信标合装。图中表示的是DME信标与DVOR信标合装的情况，在圆周上布置的天线为DVOR天线，而直立的是DME信标的天线。,中国民航大学 CAUC,4.2 DME的基本工作过程,一、DME测量的斜距,若8（HR），则RR0，其误差不会超过1；,在飞行的绝大部分时间内，都满足8（HR）。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、工作原理,中国民航大学 CAUC,二、工作框图

3、与时序（1）,4.2 DME的基本工作过程,中国民航大学 CAUC,4.2 DME的基本工作过程,二、工作框图与时序（2）,中国民航大学 CAUC,4.2 DME的基本工作过程,二、工作框图与时序（3）,机载询问器测到的飞机与DME地面台之间的斜距R为,机载询问器计算的斜距R以海里（nm）为单位显示于十进制的距离指示器上。若时间以微妙计算，距离以海里计算，则得,12.359（s）是电波往返1nm所经历的时间。,中国民航大学 CAUC,4.2 DME的基本工作过程,三、DME的一般特性,近程脉冲（时间）测距系统,电波采用视距传播，电波的极化形式为垂直极化,DME的分类,窄频谱特性的DME（DME

4、/N）,宽频谱特性的DME（DME/W）,精密DME（DME/P）,辐射功率与作用距离,航路DME：辐射功率1kW，作用距离200nm,终端DME：辐射功率100W，作用距离25nm,系统延时（T0）,航路DME：T0必须设置在50s,终端DME：T0可以不设置在50s,DME/N的精度：优于0.5nm（2）,中国民航大学 CAUC,一、定位,定位,定位,4.3 DME系统在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,二、计算地速和到台时间,4.3 DME系统在导航中的应用,测量斜距：R(t),计算地速：,计算到台时间（TTS）：TTS=R(t)/KTS,中国民航大学 CAUC,三、避开保护空域和飞

5、行等待,4.3 DME系统在导航中的应用,飞行等待,避开保护空域,中国民航大学 CAUC,四、利用VOR/DME实施近进,4.3 DME系统在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,五、利用DME/DME或VOR/DME实行区域导航,4.3 DME系统在导航中的应用,中国民航大学 CAUC,一、系统的工作频段与波道（1）,4.4 DME系统的工作特征,工作频段：9621213MHz,机载询问RF：10251150MHz，f=1MHz，共有126个询问RF,地面应答RF：9621213MHz，f=1MHz，共有252个应答RF,f 询问 f应答=63MHz,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系

6、统的工作特征,一、系统的工作频段与波道（2）,126个X波道：1X，2X，126X,126个Y波道：1Y，2Y，126Y,DME共有252个波道，但有52个波道（116X、Y，6069X、Y）通常不用。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,一、系统的工作频段与波道（3）,DME只使用252个波道中的200个波道的原因：,VOR有160个波道，ILS有40个波道，它们一共只有200个波道；,为了避免DME与SSR之间可能产生的相互干扰：SSR的询问RF频率为1030MHz（69Y），应答RF频率为1090MHz（3Y）。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,一

7、、系统的工作频段与波道（4）,对于第N（N=1,2,126）波道,中国民航大学 CAUC,二、脉冲编码格式（1）,4.4 DME系统的工作特征,中国民航大学 CAUC,二、脉冲编码格式（1）,4.4 DME系统的工作特征,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、脉冲编码格式（2）,中国民航大学 CAUC,二、机载询问器的询问（1）,1.询问器的工作状态,4.4 DME系统的工作特征,搜索状态：询问器在不断发射询问信号的过程中，搜寻应答器对自己询问的应答信号，并初步确定这一应答信号相对于发射时刻的时间间隔的过程。搜寻时间一般小于1s。在搜寻阶段，距离指示器不给出距离读数。,跟踪

8、状态：随着飞机与地面台之间距离的变化，询问器能够自动跟踪应答器对自己的应答信号，得到连续的距离读数。,记忆状态（类跟踪状态）：距离计算电路根据信号丢失前已知的距离变化率连续更新距离读数。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（2）,2.询问脉冲对的重复频率,搜索状态：询问脉冲对重复频率（PRF）=40150对/秒（Hz）,跟踪状态：询问PRF=1030Hz,记忆状态：询问PRF=1030Hz,地面信标台每秒中辐射的脉冲对的数量存在一个最大值（上限）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（3）,中国民航大学 CAUC,4

9、.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（3）,3.询问器对自己应答信号的同步识别,询问器采用“频闪搜索”技术，从众多的应答信号中识别出对自己的应答信号。,T1T2T3T4,每一架飞机发出的相邻询问脉冲对之间的间隔T是随机的，并且两个飞机发出询问的这种随机性不可能相同。,询问信号的这种随机性，导致了应答脉冲对的间隔也是随机的。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（4）,4.询问器的自动等待,原因：地面信标台有最大应答率的限制，如果询问信号太多，应答器的有效作用距离将减小，因此，为了防止地面信标台过载，询问器在开始请求应答器服务时，设置“自动等待”

10、状态，从而不影响地面台对其作用距离内的飞机的服务。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（4）,4.询问器的自动等待,询问器的自动等待是询问器刚开始请求某一地面台服务时所处的一种判断自己是否发射询问脉冲对的状态。,询问器处于自动等待状态时，不发射询问信号，只是接收地面台辐射的信号。,询问器只有当1s钟内所接收到的应答脉冲对数量超过650（或450）时，它才结束自动等待状态而转为搜索状态。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,二、机载询问器的询问（5）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（1）,地面应

11、答器辐射的信号共有3种,对询问信号的应答脉冲对转发脉冲对,填充脉冲对,识别脉冲对,1.应答脉冲对（1）,应答率：单位时间内应答器发射的脉冲对的平均数量，即发射的脉冲重复频率（PRF）。,应答效率：,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（2）,1.应答脉冲对（2）,最大应答率的计算,100架A/C 1s内发射的总询问数：3030,信标台的应答效率小于100%,信标台的最大应答率为：270090Hz,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（3）,1.应答脉冲对（3）,一旦检测到应答率大于2700Hz（过响应），则AGC电路被

12、启动，接收机中放增益降低。,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（4）,1.应答脉冲对（4）,一旦出现过响应，则应答器的服务距离将逐渐变小。,中国民航大学 CAUC,三、地面应答器的应答（4）,接收机灵敏度,4.4 DME系统的工作特征,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（5）,2.填充脉冲（1）,如果应答器采用“有问才有答”的设计原则，将会出现什么情况？,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（6）,2.填充脉冲（2）,信标台存在最小应答率,ICAO规定，信标台的最小应答率应尽可

13、能接近700Hz。但实际DME信标大多采用1000Hz左右的最小应答率。,填充脉冲是维持信标台最小应答率的一种脉冲,填充脉冲数=最小应答脉冲数转发脉冲数（时间为在1s内）,一旦转发脉冲数达到或超过最小应答脉冲数，填充脉冲便不复存在。（时间为在1s内）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（7）,2.填充脉冲（3）,表中，各类脉冲数是在1s内计得的,最小应答率设为：1000Hz,最大应答率设为：2700Hz,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的

14、工作特征,三、地面应答器的应答（8）,2.填充脉冲（4）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（9）,3.识别信号（1）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（10）,3.识别信号（2）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（11）,4.信标发射的封闭（1）,反射询问信号对DME系统的影响,使测距出错,可造成信标过载,使测距无法实现,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（12）,4.信标发射的封闭（2）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系

15、统的工作特征,三、地面应答器的应答（13）,4.信标发射的封闭（3）,中国民航大学 CAUC,4.4 DME系统的工作特征,三、地面应答器的应答（14）,5.应答效率,下述原因导致应答器的应答效率小于100%：,DME信标处在寂静时间内不能对询问进行应答,DME信标发射识别码“传号”时不能对询问进行应答,为了保证询问器可靠工作，ICAO规定，DME地面台的应答效率不能低于70%。,下述原因导致询问器不可能获得100%的对自己询问的应答：,DME信标的应答效率小于100%,本台DME询问器在发射询问脉冲时，或另一台询问器及两台SSR应答机在发射信号时，本台DME询问器的接收机均被抑制，使询问器在

16、这段时间内接收不到自己的应答信号。,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,一、询问器组成,FMC,RDDMIEHSI,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,天线：L波段刀型天线，与SSR天线可互换；,接收机：接收处理应答信号；,距离测量：测量计算询问器应答器之间的距离。,一、询问器组成,频率选择：控制盒和VOR/ILS共用，选定VOR/ILS后，DME自动配对。,发射机：产生、辐射询问信号；,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,二、询问器的工作过程（1）,1.自动等待状态及其结束,2.搜索状态（1）,定时脉冲的频率F=400Hz（固定），“颤抖脉冲产生器”的分频比n3

17、，10内随机出现的任意一个值，故输出的“颤抖脉冲”的频率（或询问脉冲对的频率）为40，133 Hz内随机的任意一个值。,颤抖脉冲或询问脉冲对频率变化随机的现象称为“频闪”,这种设计思想你不觉得很巧妙吗？对！是天才的设计！,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,二、询问器的工作过程（2）,2.搜索状态（2）,若对询问的应答没有到达询问器：“距离波门”与译码脉冲符合（相碰）的概率只有0.3%。即使应答PRF=2700Hz，1s内只有8.1个脉冲送到“符合计数器”。此时，可变延时T继续加大，询问器继续

18、搜索。,假设询问PRF=100Hz,若对询问的应答已到达询问器：“距离波门”与译码脉冲的符合（相碰）概率为100%。即使应答效率只有50%，1s内将有50个脉冲送到“符合计数器”。,一旦“符合计数器”检测到计数脉冲的这种突变，则表明已捕捉到对自己询问的应答，询问器将转为“跟踪状态”。,中国民航大学 CAUC,4.5 DME询问器,二、询问器的工作过程（3）,3.跟踪状态,定时脉冲的频率F=400Hz（固定），“颤抖脉冲产生器”的分频比n15，25内随机出现的任意一个值，故输出的“颤抖脉冲”的频率（或询问脉冲对的频率）为15，25 Hz内随机的任意一个值。,计算询问器与应答器之间的斜距：R=0.

19、5(T50)C。,4.记忆状态（类跟踪状态）,计算询问器与应答器之间的斜距：R=0.5(T50)C。,记忆时间的典型值：11.4s,中国民航大学 CAUC,4.5 DME-900询问器,三 总体结构,中国民航大学 CAUC,三 总体结构,4.5 DME-900询问器,中国民航大学 CAUC,DME-900 工作方式,1.准备,2.直接扫频 按一定的优先顺序和5个信标台配合,距离计算由DME实现，而定位由FMC实现,DME 故障2s DME,4.5 DME-900询问器,3.自由扫频 微处理器确定选择优先权,DME-900 自测试,DME NCD状态 2s DME,DME 正常状态检测结束 DME13.5,