无线电导航

现代民用航空事业发展很快，国际和国内航班班次繁多，而飞机的速度愈来愈快，要保证飞机在白天或晚上，晴天或雾天的安全飞行，无线电导航起着很大作用。无线电导航担任着使飞机在规定的航线上飞行和在能见度不好的情况下引导飞机安全着陆的任务；同时还要使地面调度人员了解飞机的空中动态，以便及时指挥飞行。

一、无线电自动定向罗盘

为保证飞机在航路上正确飞行，通常在地面用长波导航台发射一个电波，而在飞机上装上无线电自动定向罗盘，它能自动地指示出地面长波导航台的方位。一般长波导航台的有效距离约200公里，所以在航线上每隔300—400公里处装上一座导航台就能使飞机沿航线飞行，如图（1）。

无线电自动定向罗盘的主要原理是靠一环状天线去寻找导航台方向，如图（2）。长波导航台从地面发出的电波是垂直极化波，环状天线中只有导线AB与CD能感应出电压E\(_{a}\)、Eb，当环状天线平面与电台方向垂直的时候，环状线圈中AB与CD导线与电台的距离相等，导线中感应电压是等相等幅的，所以环状线圈中输出为零。当环状天线平面与电台方向平行时，AB与CD导线和电台距离不一样，感应电压不等相，在环状天线中输出为最大。显然，环状天线的输出，与它相对于电台的位置有关，这是因为环状天线是一种有方向性的天线，它的方向性图\(^{*}\) 是一个8字形（图3）。从环状天线的方向性图，可以测出电台的方向，但是电台究竟在环状天线的前方还是后方，是确定不了的。要确定电波来自前方还是后方，还需要在环状天线中央加一单根垂直天线。单根垂直天线是无方向性的，即它的方向性图是一个圆形（图4a）。

无方向天线，经过移相90°（环状天线输出的电压在相位上与无方向天线感应电压相差90°）后与环状天线相加得出一个心脏形方向图来，根据这一单向特性，就可确定电台的方向。见图（4b）。

如果把垂直天线换相180°（即C与B相差180°）则合成心脏形如图（4c）。

在自动定向罗盘中，我们将无方向性天线不断换相180°，得出两个不同的心脏形方向图，见图（5）。垂直天线经自动倒换电子开关K，不断倒换相位，与环状天线相合成不同的输出电压加到接收机，从图中可看出当电台在Oa方向线上时，垂直天线不论倒换相位在那一位置，接收机输出都是相等的（OA=OB）。当电台在Ob方向时，垂直天线开关转换时，接收机中输出电压，从OA′变化至OB′，OA′电压大于OB′，接收机中输出一信号，驱动一马达，使环状天线顺时针方向转动，转到环形天线平面对准电台Ob方向，这时两电压相等接收机没有信号输出，马达停止转动。若电台在Oc方向，接收机中输出电压从OA\(_{1}\)变化1\(_{1}\)小于OB1，接收机输出一信号驱动马达，使环状天线逆时针方向转动，转到环状天线平面对准电台Oc方向。如电台在Oa方向的反面相差180°的方向上，这一点工作很不稳定，只要稍微偏离，接收机中就有输出信号，驱动马达，使环状天线转动，直到对准电台方向为止。

无线电自动定向罗盘的工作原理，就是自动地将环状天线对准导航台方向，环状天线的方位用同步机传送给驾驶舱中的指示仪表。飞机在导航台各个方位上无线电罗盘指示情况如图（6）所示。

二、全向信标台

长波导航台的频率一般在200—500千赫范围，容易受到雷电干扰，使飞机上无线电罗盘指示不稳定。现在航线导航采用甚高频（108—118兆赫）全向信标台。地面电台发射两个信号，一个是旋转信号（可变相位信号），一个是固定信号（参考相位信号）。

旋转信号是一个心脏形场型的电波，每秒旋转30次，飞机上接收机收到这个信号后，输出30赫的正弦波，其相位依飞机在电台各个不同方位而不同。固定相位信号是30赫调制的，这一信号的相位是不随飞机方位变化的。

在地面调整使固定信号与旋转信号30赫正弦波在磁北O°时，相位相同，这样30赫旋转信号与固定信号中30赫调制信号的相位差即飞机与全向信标台的方位，见图（7）。

飞机上的全向信标接收机收到这两种信号后，进行相位检波，即能指示出飞机在全向信标台那一方位上。全向信标台是属于甚高频范围，飞机高度愈高作用距离愈远，一般飞机在10,000米高度可有300多公里的有效距离，所以在航线上每隔500—600公里装一全向信标台，就能保证飞机正确地按规定航线飞行。有的全向信标台还装有测距机，当飞机上的测距机发出一询问信号，地面测距机收到此询问信号后即回答一信号，飞机根据发出的询问信号与回答信号之间的时间间隔，计算出飞机与地面全向信标台的距离。这样飞机不但知道与地面全向信标台的方位，还能知道与全向信标台的距离。当飞机在海洋式沙漠中飞行，地面上没有装设导航设备的条件时，飞机上可以装设多普勒雷达。它向地面发出电波，测出飞机的速度与航向，从而精确地计算出飞机在航线上的位置。此外飞机上也可装设“罗兰”接收机，接收地面远程“罗兰”导航系统信号，以确定飞机在航线上的位置。

地面调度人员要随时了解飞机在航线上飞行动态，是否有两架飞机互相接近的危险，这主要靠地面的远程雷达观察飞机是否在航线正常飞行。在飞行繁忙的区域还设置二次雷达，当雷达看到飞机时，但不知是几号飞机，飞行高度是多少，二次雷达能发出一询问信号，飞机收到此信号后，就由飞机上的应答机自动拍发自己的飞机号码及飞行高度。地面二次雷达显示器能以数字显示出飞机号码及高度。这样地面调度人员就能及时知道各航线上的飞行动态。

一、远、近归航台及指点标台

最简单的方法是在跑道中心延伸线上装上两个长波导航台，一个在距离跑道端一千多米处，称为近归航台，一个在距跑道端几公里处，称为远归航台。当飞机上的无线电罗盘接收到这两个归航台的信号指示在同一方向时，这时表示飞机已对准跑道方向，可以继续下降向跑道方向着陆。一般飞机上有两套无线电自动定向罗盘，可以同时指示两个导航台的方向。同时我们在远归航台和近归航台及距跑道端三百多米处装上指点标机。指点标机向上发射75兆赫的电波，飞机飞过它上空时收到指点标机信号，使飞机上指示灯发出闪光和铃响。装在远归航台的指点标机称为远指点标台，采用400赫调制，每秒发二个长划信号，闪蓝光。装在近归航台的指点标机称为近指点标台，采用1300赫调制，每秒发二个点划交替信号，闪红色光。装在跑道端三百多米处的指点标机称为内指点标台，采用3000赫调制，每秒发6个点的信号，闪白色光。飞机飞过不同指点标机上空时就知道飞机离跑道端有多少距离，及时调整飞行高度。当飞机飞过近归航台上空时，一般飞行高度约50米，那时离地面已很近，可以看到地面上的标志（如跑道灯光等），就可转入目视飞行着陆。见图（8）。

二、仪表着陆系统

利用远近归航台引导飞机进行着陆，只能在能见度不太坏的情况下进行。如能见度很低，一般利用仪表着陆系统进行着陆。仪表着陆系统包括航向台与下滑台。

航向台是安装在着陆端对方跑道头外，发射100多兆赫的电波，由90赫和150赫进行调制，使在着陆方向跑道中心线的左边90赫调制占优势，中心线的右边150赫调制占优势，只有在跑道中心线上两种调制度相等。这时飞机上的航向接收机的输出为0，指针指在中间位置，表示飞机在沿跑道的中心线方向上飞行。若飞机偏移在跑道中心线的左方，90赫调制占优势，飞机上仪表指针就偏右指示，表示正确的航道在右方；如飞机偏离在跑道中心线的右方，使150赫调制占优势，仪表指针偏左指示，表示正确的航道在左方，飞机应向左修正航向，使飞机沿跑道中心线飞行。见图（9）。

下滑台是安装在跑道着陆端离跑道中心线120米，在跑道端内，向着陆飞机发射300多兆赫的信号亦由90赫及150赫调制，在下滑道上面是90赫调制占优势，下面是150赫占优势，只有当飞机在规定的下滑道上时两个调制度相等，使飞机上的下滑仪指示在中间位置。当飞机高于下滑道时，下滑仪指针向下指示，表示正确航道在下方，飞机需将高度下降，直到下滑仪指针指在中间位置，才表示飞机是在规定的下滑道上飞行；当飞机高度低于下滑道时，下滑仪指针向上指示，表示飞机需升高才能在正确的下滑道上进行着陆。见图（10）。所以驾驶员只要保持使航向仪与下滑仪指针都指在中间位置，就可进行安全着陆。一般航向与下滑仪表合装在一个仪表内。当飞机飞过地面指点标台上空时，飞机就知道距着陆跑道端还有多少距离，随时作好着陆准备。

另外地面还有着陆雷达监视飞机是否正确地进行着陆。着陆雷达有二个荧光屏显示器，一个是航向显示器，显示飞机是否准确地沿跑道中心延伸线上飞行；一个是下滑显示器，显示飞机是否在规定的下滑线上飞行，如发现飞机有偏离航线，调度指挥人员就及时指挥飞行人员，纠正航向或下滑角，直至安全着陆在跑道上。

一般与着陆雷达一起装有甚高频自动定向台，当飞机与地面调度人员在甚高频波段通话时，甚高频自动定向台显示器上就产生一方位线表示该飞机的方向，这样可使调度人员知道所指挥飞机所在的方位。

随着无线电电子学的发展，无线电导航技术也将进一步发展，可以预期会出现多功能、适应性强、可靠性高而又便于使用和维修的各种组合导航系统应用到民用航空事业中来。(施文)