熊立飛

【摘要】 民航飛機(jī)的安全飛行離不開導(dǎo)航信號(hào)的支持，當(dāng)前我國廣泛應(yīng)用的導(dǎo)航信號(hào)主要通過多普勒效應(yīng)所產(chǎn)生，本文對(duì)多普勒效應(yīng)的有關(guān)原理進(jìn)行了詳細(xì)的立柱與分析。

【關(guān)鍵詞】 應(yīng)用分析 全向信號(hào)標(biāo) 多普勒效應(yīng)

處于航行狀態(tài)下的飛機(jī)要在導(dǎo)航信號(hào)的支持下對(duì)自身的方位進(jìn)行判定。當(dāng)前飛機(jī)定位方法主要包含衛(wèi)星定位、機(jī)載定位以及轉(zhuǎn)達(dá)定位等，我國則主要采用地面導(dǎo)航臺(tái)技術(shù)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行定位。地面導(dǎo)航臺(tái)能夠接收并發(fā)射無線電波，對(duì)導(dǎo)航臺(tái)與飛機(jī)之間的距離與方位進(jìn)行測(cè)量，為飛機(jī)提供導(dǎo)航支持。

一、全向信標(biāo)導(dǎo)航概述

全向信標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)主要由機(jī)載接收機(jī)與地面發(fā)射機(jī)構(gòu)成。機(jī)械接收機(jī)能夠?qū)λ_(tái)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行接收與處理，將處理后的數(shù)據(jù)信息顯示出來，飛行員則能夠通過數(shù)據(jù)信號(hào)推斷出地面臺(tái)的磁方位。全向信標(biāo)地面臺(tái)所釋放出的信號(hào)包含基準(zhǔn)信號(hào)與可變信號(hào)兩種信號(hào)，其中基準(zhǔn)信號(hào)是同一時(shí)間點(diǎn)上，信標(biāo)臺(tái)上所有的飛機(jī)均能夠接收到相同的相位信號(hào)；可變信號(hào)則是在同一時(shí)間點(diǎn)上，服用范圍內(nèi)的飛機(jī)所接收到的信號(hào)相伴各不相同。飛機(jī)能夠?qū)鶞?zhǔn)信號(hào)與可變信號(hào)之間的差異進(jìn)行判定，以磁北方位為基礎(chǔ)，判斷當(dāng)飛機(jī)的飛行方向。

二、多普勒效應(yīng)

1、電磁波頻率。電磁波是一種十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象，電磁波頻率是人類應(yīng)用最為廣泛的電磁波規(guī)律之一，主要應(yīng)用于遙控與通信等領(lǐng)域。

2、多普勒效應(yīng)定義。通常情況下，相對(duì)于飛機(jī)來說，電磁波的位置是固定不變的，波源頻率與飛機(jī)收訊信號(hào)有著相同的頻率。在接收者與波源之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，波源信號(hào)則會(huì)與飛機(jī)所接受的信號(hào)體現(xiàn)出一定程度的差異。利用頻率差數(shù)據(jù)能夠?qū)︼w機(jī)當(dāng)前的飛行速度進(jìn)行精確的計(jì)算。通過觀察者或波源的相對(duì)媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)情況，觀察者能夠?qū)﹄姶挪l率的變化情況進(jìn)行分析，這種分析方法被稱之為多普勒效應(yīng)。

3、接收機(jī)與發(fā)射機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下頻率變化分析。發(fā)射機(jī)所釋放的電磁波信號(hào)頻率是固定不變的，飛機(jī)在飛行的狀態(tài)下，所接收到的電磁波信號(hào)則會(huì)在頻率上則會(huì)不同于電磁波在發(fā)射時(shí)的頻率，多普勒頻移由此產(chǎn)生。處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的飛機(jī)所接收的電磁波信號(hào)多普勒頻移信號(hào)為正值。

4、天線繞圓周旋轉(zhuǎn)時(shí)的接收信號(hào)情況分析。假設(shè)飛機(jī)處于發(fā)射塔正北方位的位置，發(fā)射機(jī)所釋放的電磁波頻率則會(huì)與接收機(jī)信號(hào)頻率之間出現(xiàn)差異，隨著時(shí)間的變化，二者之間的差異處于不斷變化的過程中。飛航設(shè)備能夠從二者之間的差異中得到一定的規(guī)律，天線旋轉(zhuǎn)速率能夠影響到頻率的降低與升高。假設(shè)天線的旋轉(zhuǎn)速率為每秒30周，飛機(jī)所能夠接收到的電磁波信號(hào)30Hz。多普革全向標(biāo)通過該原理所接收的可變信號(hào)即為30Hz。上下邊帶信號(hào)和載波信號(hào)在空中形成調(diào)幅信號(hào)，在接收機(jī)里解調(diào)后，經(jīng)過濾波電路檢波，得到9 960Hz+Fd的調(diào)頻的副載波，鑒頻后得到可變30Hz信號(hào)。

三、全向信標(biāo)機(jī)的可變信號(hào)

下劃線在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，不同方位的飛機(jī)所能夠接收到的多普勒頻移也有著不同的相位，飛機(jī)方位信息與相位之間有著十分密切的關(guān)系。飛機(jī)所得到的多普勒頻移信號(hào)中就包含飛機(jī)所需要的方位信息。

以某一特定角度的相伴為基準(zhǔn)，就可以將可變信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的差異對(duì)比出來，得到基準(zhǔn)信號(hào)與可變信號(hào)之間的相伴差，判定相對(duì)于地面臺(tái)的飛機(jī)的磁方位。

四、全向信標(biāo)導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)

4.1全向信標(biāo)地面臺(tái)的信號(hào)

不同調(diào)制信號(hào)之間是相互獨(dú)立的，全向信標(biāo)發(fā)射機(jī)能夠同時(shí)釋放邊帶波信號(hào)與載波信號(hào)。若調(diào)制信號(hào)為30Hz，將載波頻率記為F0，上、下邊帶頻率則可分別記為Fo+9960Hz與Fo-9960Hz。通過各種手段使相伴與幅度、上下連帶波信號(hào)與載波信號(hào)之間保持一致。在信號(hào)發(fā)射的同時(shí)形成調(diào)幅信號(hào)?；鶞?zhǔn)信號(hào)則可以以載波信號(hào)為載體直接對(duì)進(jìn)行調(diào)幅，飛機(jī)從路由天線接收基準(zhǔn)信號(hào)，在接收信號(hào)的同時(shí)對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)?？勺冃盘?hào)則是天線在旋轉(zhuǎn)過程中所釋放出來的上下邊帶信號(hào)并結(jié)合多普勒頻移而得到的信號(hào)。載波信號(hào)與上下邊帶信號(hào)相結(jié)合產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)后的信號(hào)，電路檢波的處理后形成調(diào)頻副載波，最后形成可以用于確定方位的可變信號(hào)。同步控制全向信標(biāo)發(fā)射機(jī)能夠使北方們基準(zhǔn)信號(hào)與可變信號(hào)保持一致，使處于不同方位的飛機(jī)均能夠接收到相同的方位角指標(biāo)。

4.2全向信標(biāo)機(jī)載接收機(jī)的接收處理

全向信標(biāo)機(jī)載接收機(jī)運(yùn)行流程為：

源信號(hào)→接收機(jī)→振幅檢波→9960Hz濾波器→限幅器→鑒頻器→相位比較→電磁指示器

機(jī)械接收天線在獲取信號(hào)數(shù)據(jù)后，經(jīng)過電路檢波與振幅檢波，得到調(diào)頻信號(hào)。再經(jīng)過鑒頻電路與限幅電路生成FM信號(hào)，生成一個(gè)針對(duì)多普勒全向信標(biāo)的可變信號(hào)。另一路在濾波器的作用下生成AM信號(hào)，即針對(duì)針對(duì)多普勒全向信標(biāo)的基準(zhǔn)信號(hào)。對(duì)比分析基準(zhǔn)信號(hào)與可變信號(hào)的相伴差異，能夠得出相對(duì)于地面臺(tái)站來說的磁方位，飛行員能夠?qū)Ψ轿唤菙?shù)據(jù)進(jìn)行直接讀取。

結(jié)束語：多普勒效應(yīng)廣泛應(yīng)用于民用與軍事領(lǐng)域中，應(yīng)用形式包含人造衛(wèi)星跟蹤、汽車速度測(cè)量及雷達(dá)系統(tǒng)中，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，相信多普勒效應(yīng)理念的應(yīng)用范圍將會(huì)得到進(jìn)一步的拓展，為用戶提供更加準(zhǔn)確的定位服務(wù)。