顓建

摘 要 DVOR導(dǎo)航系統(tǒng)在空管和機(jī)場(chǎng)有著廣泛的應(yīng)用，它是CVOR系統(tǒng)的升級(jí)和增強(qiáng)版，相比于CVOR，DVOR有著信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)、對(duì)地形要求小、方位分辨率強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，深受民航系統(tǒng)的青睞。本文從空間調(diào)制的理論出發(fā)，深入探討DVOR設(shè)備原理，結(jié)合THALES DVOR 432設(shè)備詳細(xì)論述信號(hào)從產(chǎn)生到發(fā)射的過(guò)程，以及信號(hào)在空中的合成。

關(guān)鍵詞 空間調(diào)制；DVOR；混合調(diào)制；多普勒效應(yīng)

中圖分類號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0001-02

1 多普勒效應(yīng)頻移

多普勒效應(yīng)是指物體輻射的波長(zhǎng)因?yàn)椴ㄔ春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是頻率發(fā)生了變化，DVOR設(shè)備使用此原理，將發(fā)射源方位信息與調(diào)頻波相位很巧妙的一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，如圖1所示，根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)發(fā)射源在半徑為r的圓周上做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收點(diǎn)接收到的信號(hào)為調(diào)頻信號(hào)，根據(jù)多普勒頻移公式不難導(dǎo)出接收點(diǎn)的信號(hào)。

理解了多普勒效應(yīng)后，我們便可以知道，在DVOR系統(tǒng)中是沒有頻率調(diào)制這一環(huán)節(jié)的，它靠的是天線的模擬旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生多普勒頻移以達(dá)到調(diào)頻的目的。

2 空間調(diào)制

空間調(diào)制只是相位控制合成的另一種說(shuō)法，在DVOR原理中，空間調(diào)制具體是指發(fā)射的信號(hào)在空間中疊加合成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅波信號(hào)。DVOR發(fā)射機(jī)的一項(xiàng)重要功能就是將3個(gè)精密控制的信號(hào)發(fā)射出去以便在空間中合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅波。

習(xí)慣上將叫作上邊帶頻率，將叫作下邊帶頻率，需要注意的是在幅度調(diào)制中幅度，頻率、和，相位三個(gè)要素必須相互匹配，否則合成的信號(hào)將變形。

很多時(shí)候我們關(guān)注的是信號(hào)的幅度，頻率、和，這兩個(gè)信號(hào)量，而忽略了相位，其結(jié)果就是在空間合成的信號(hào)比我們預(yù)想的信號(hào)大相徑庭，甚至得不到調(diào)幅信號(hào)，很多材料上對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的解釋可以用圖2表示。

兩個(gè)矢量信號(hào)和分別代表著上下邊帶，代表它們的初始相位，當(dāng)兩個(gè)邊帶合成信號(hào)的方向與載波信號(hào)方向一致時(shí)，合成信號(hào)最優(yōu)，當(dāng)兩個(gè)邊帶合成信號(hào)的方向與載波方向的夾角為90°時(shí)，合成信號(hào)最差，甚至出現(xiàn)調(diào)制度消失的情況，如圖3藍(lán)色（合成信號(hào)最優(yōu)）和紅色（合成信號(hào)最差，調(diào)制度消失）的波形所示。

根據(jù)式（5）很容易在復(fù)平面上做出如下圖4所示的圖形，其合成信號(hào)與模和相位的關(guān)系一目了然。上邊帶超前（滯后）載波的相位等于下邊帶滯后（超前）載波的相位，此時(shí)上邊帶和下邊帶的合成信號(hào)落在載波方向上，經(jīng)過(guò)時(shí)刻上邊帶的相位為，載波的相位為，下邊帶相位為，則上邊帶超前載波的相位為，而下邊帶滯后載波的相位也是，所以兩個(gè)邊帶的合成信號(hào)依然落在載波的方向上。隨著信號(hào)不停地旋轉(zhuǎn)合成的信號(hào)改變的只是數(shù)值上的大小，而方向和載波保持一致，體現(xiàn)為調(diào)制波在載波上的調(diào)制，三個(gè)信號(hào)的合成波則仍然為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅波。

3 混合調(diào)制

混合調(diào)制在DVOR設(shè)備中尤其重要，它在信號(hào)合成的最后環(huán)節(jié)扮演著將之前所述信號(hào)準(zhǔn)確地發(fā)射到空中的角色，以前關(guān)于混合函數(shù)的研究已經(jīng)很透徹了，但都是從頻域方面進(jìn)行的分析，這里將給出另一種解答。從功能性上來(lái)說(shuō)混合函數(shù)的作用類似于FFT中窗函數(shù)的作用，在THALES DVOR 432中有3種混合函數(shù)可以選擇，主用的是余弦平方波。THALES DVOR 432共有48根邊帶天線，其混合調(diào)制示意圖如圖5所示，上、下邊帶在奇偶天線上輪流輻射，在某一時(shí)刻，空中輻射的邊帶信號(hào)為：

混合函數(shù)滿足奇偶相加等于1的信號(hào)有很多可以選擇，例如矩形波。邊帶與混合函數(shù)調(diào)制后的信號(hào)幅頻特性如圖6所示，可以很明顯的看到矩形波的旁瓣比余弦平方波大的多，其不能夠很好的抑制旁瓣，諧波電平較大，鋸齒波等于矩形波的積分，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，這里就不再深入討論了（矩形波相當(dāng)于邊帶波形乘以1，也就是不加任何混合函數(shù)直接發(fā)射出去）。

以上都是傳統(tǒng)的混合函數(shù)分析方式，下面從另一個(gè)角度討論混合函數(shù)為何選擇余弦平方波。假設(shè)設(shè)備載波頻率為113MHz，則上邊帶的頻率為113.009 96MHz，從1號(hào)天線切換至3號(hào)天線輻射的時(shí)間為，約有156 958.3個(gè)周期的上邊帶信號(hào)輻射出去，如果選擇的混合函數(shù)為矩形波則3號(hào)天線初始輻射的信號(hào)電平為，依次切換下去，將在某個(gè)時(shí)刻天線輻射初始電平為最大值，此時(shí)對(duì)于天線轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的沖擊，設(shè)備損耗會(huì)變得尤其顯著。如果使用余弦混合函數(shù)調(diào)制，邊帶天線切換時(shí)，邊帶電平會(huì)始終先變?yōu)榱?，然后再逐漸變大，對(duì)設(shè)備損耗來(lái)說(shuō)會(huì)變得微不足道，如圖7所示。

綜上所述，可以看出來(lái)混合函數(shù)為余弦平方波可以有效地減少信號(hào)輻射過(guò)程中的諧波分量，又可以使邊帶能量非常平滑的從一個(gè)天線切換至另一個(gè)天線，對(duì)保護(hù)設(shè)備有著重要作用。

4 結(jié)論

本文詳盡地闡述了DVOR信號(hào)空間調(diào)制的主要內(nèi)容，從信號(hào)的調(diào)制、合成等基本概念出發(fā)，深入淺出地解釋了DVOR設(shè)備為何要這樣設(shè)計(jì)，以及這樣設(shè)計(jì)的好處?？臻g調(diào)制和混合調(diào)制關(guān)系密切，每一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要，在發(fā)射通路上缺一不可，值得思考的是如果標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波不分解為上、下邊帶和載波信號(hào)分別輻射，機(jī)載接收機(jī)接收到的信號(hào)還是有效的信號(hào)嗎？答案是不能保證空間信號(hào)的有效性，因?yàn)樘炀€的模擬旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)高次諧波，雖然去除直流分量的邊帶合成信號(hào)也有類似的波形，但是卻不符合多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的30Hz頻率調(diào)制，想要盡可能地消除高次諧波必須增加混合調(diào)制，這樣一來(lái)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波必須分解并分別輻射出去。