1、航向信标航向信标幅度调制和矢量图幅度调制和矢量图电子信息工程学院电子信息工程学院31.正弦信号的矢量表示正弦信号的矢量表示l单个正弦波信号电子信息工程学院电子信息工程学院41.正弦信号的矢量表示正弦信号的矢量表示l两个正弦波信号两个正弦波信号电子信息工程学院电子信息工程学院51.正弦信号的矢量表示正弦信号的矢量表示l两个正弦波信号的叠加两个正弦波信号的叠加电子信息工程学院电子信息工程学院61.正弦信号的矢量表示正弦信号的矢量表示l 矢量图矢量图1E2ER0RE电子信息工程学院电子信息工程学院72.幅度调制幅度调制 1coscoscoscoscos22cbcbbce tEmttEmEEEe tE
2、tttbEcE载波上边频下边频AM：电子信息工程学院电子信息工程学院82.幅度调制幅度调制AM载波下变频上变频电子信息工程学院电子信息工程学院92.幅度调制幅度调制l 边带信号边带信号cosbEt下变频上变频边带信号矢量图0+=电子信息工程学院电子信息工程学院102.幅度调制幅度调制0CEcosbEt载波和边带同相载波和边带同相电子信息工程学院电子信息工程学院112.幅度调制幅度调制90 224mm90 0CEcosbEt载波和边带正交载波和边带正交包络频率为包络频率为290 电子信息工程学院电子信息工程学院122.幅度调制幅度调制 cosmm任意相位任意相位 222sin4mm0CEcosb
3、Et电子信息工程学院电子信息工程学院132.幅度调制幅度调制l 频谱频谱ILS 基本原理基本原理电子信息工程学院电子信息工程学院151.单频单频ILS的基本结构的基本结构电子信息工程学院电子信息工程学院16ILS信号信号l CSB信号信号 150Hz 和和90Hz调幅信号的和信号调幅信号的和信号30Hz 15090( )1sin5sin3cosCSBcStEmtmtt 150900.2mm150900.4mm航向信标下滑信标电子信息工程学院电子信息工程学院172.ILS信号信号时域波形图矢量图CSBCSB信号由载波和信号由载波和2 2个边带信号组成个边带信号组成90HZ90HZ边带信号和边带信
4、号和150Hz150Hz边带信号同相边带信号同相电子信息工程学院电子信息工程学院182.ILS信号信号l SBO信号信号 150Hz 和和90Hz调幅信号的差信号调幅信号的差信号BCEkE( )sin5sin3cossin5sin3cosSBOBcStEtttkEttt SBO信号和CSB信号的幅度比SBO信号相对于CSB信号的相位, k是可调的，ADU实现电子信息工程学院电子信息工程学院192.ILS信号信号时域波形图矢量图SBOSBO信号无载波，仅有信号无载波，仅有2 2个边带信号组成个边带信号组成90HZ90HZ边带信号和边带信号和150Hz150Hz边带信号反相边带信号反相电子信息工程
5、学院电子信息工程学院202.ILS信号信号CSBCSB信号和信号和SBOSBO信号形成原理框图信号形成原理框图电子信息工程学院电子信息工程学院212.ILS信号信号l天线分配单元天线分配单元对航向信标左右天线同相馈电，使航向面上对航向信标左右天线同相馈电，使航向面上CSBCSB信号最强；信号最强；对左右天线反相馈电，使航向面上对左右天线反相馈电，使航向面上SBOSBO信号为零；信号为零；近场的相位影响进行补偿；近场的相位影响进行补偿；电子信息工程学院电子信息工程学院222.ILS信号信号l Normarc 12单元馈电表单元馈电表电子信息工程学院电子信息工程学院23 2.ILS信号信号l 辐射
6、场信号辐射场信号 ILS信标产生的信标产生的CSB信号和信号和SBO信号经天线分配单元分别信号经天线分配单元分别通过天线辐射出去通过天线辐射出去 设天线对设天线对CSB信号的辐射方向图为信号的辐射方向图为 ，则有，则有 设天线对设天线对CSB信号的辐射方向图为信号的辐射方向图为 ，则有，则有 CSBF 150901sin5sin3cosCSBcCSBeEmtmtt F SBOF sin5sin3cosSBOcSBOekEtttF 电子信息工程学院电子信息工程学院24 2.ILS信号信号l 合成信号合成信号 150901sin5sin3cosTCSBSBOCSBSBOCSBSBOcCSBCSBC
7、SBeeemFkFm FkFEttt FFF 150150CSBSBOCSBmFkFMF 9090CSBSBOCSBm FkFMF电子信息工程学院电子信息工程学院253.DDM和和SDMl 国际民航组织国际民航组织ICAO附件附件10定义定义DDM DDM=Difference between the larger modulation factor and the smaller modulation factor 因此有因此有15090DDMMM15090SDMMM航向航向下滑下滑左左右右下下上上电子信息工程学院电子信息工程学院263.DDM和和SDMl 正常工作区正常工作区 (Norma
8、l working space),则 15090CSBSBOCSBSBOCSBCSBmFkFm FkFDDMFF 15090CSBSBOCSBSBOCSBCSBmFkFm FkFSDMFF 2SBOCSBFDDMkF901500.4SDMmm电子信息工程学院电子信息工程学院273.DDM和和SDMl 若若 ，则，则0 2cosSBOCSBFDDMkF矢量图矢量图电子信息工程学院电子信息工程学院283.DDM和和SDMl逆工作区逆工作区 (Inverse working space) 15090CSBSBOCSBSBOCSBCSBmFkFm FkFDDMFF 15090CSBSBOCSBSBOC
9、SBCSBmFkFm FkFSDMFF0.4DDM 2SBOCSBFSDMkF电子信息工程学院电子信息工程学院293.DDM和和SDMl矢量图矢量图电子信息工程学院电子信息工程学院303.DDM和和SDMDDM=SDM 工作区转换工作区转换 20.4SBOCSBFkF14SBOdBCSB SDM 最大值为最大值为0.6 20.6SBOCSBFkF10SBOdBCSB 电子信息工程学院电子信息工程学院314.航道扇区航道扇区l 附件附件10规定规定 所对应的区域成为航道扇区所对应的区域成为航道扇区 0.155DDM 20.155SBOCSBFDDMkF22SBOdBCSB 航道扇区边界航道扇区边
10、界 0.155,150,15.5%DDMA 2arctan()2swLsRI天线阵天线阵电子信息工程学院电子信息工程学院331.二单元天线阵二单元天线阵l 线阵线阵参考天线参考天线12EEE101rEEr1102 ()rr202rEEr2202 ()rr矢量图矢量图等幅同相馈电等幅同相馈电电子信息工程学院电子信息工程学院341.二单元天线阵二单元天线阵l远场条件远场条件路径差仅导致相位差路径差仅导致相位差1000011rrrEEEEErrrrrr 12sin2dr20EE 212sind 02sin2cosdEE天线方向图天线方向图电子信息工程学院电子信息工程学院351.二单元天线阵二单元天线
11、阵电子信息工程学院电子信息工程学院361.二单元天线阵二单元天线阵阵元间距增大，方向图栅瓣越多阵元间距增大，方向图栅瓣越多 电子信息工程学院电子信息工程学院371.二单元天线阵二单元天线阵l等幅反相馈电等幅反相馈电 02sin2sin2dEE 2sin2sindF电子信息工程学院电子信息工程学院381.二单元天线阵二单元天线阵电子信息工程学院电子信息工程学院391.二单元天线阵二单元天线阵0 0度方向形成零陷度方向形成零陷电子信息工程学院电子信息工程学院401.二单元天线阵二单元天线阵l等幅任意相位馈电等幅任意相位馈电 2sin2cos2dF 02sin2cos22dEE电子信息工程学院电子信
12、息工程学院412.M单元天线阵单元天线阵l 4单元天线阵单元天线阵 122cossinFd 222cos3 sinFd 12222cossin2cos3 sinFFFdd电子信息工程学院电子信息工程学院422.M单元天线阵单元天线阵电子信息工程学院电子信息工程学院432.M单元天线阵单元天线阵对数方向图对数方向图电子信息工程学院电子信息工程学院442.M单元天线阵单元天线阵6阵元方向图阵元方向图电子信息工程学院电子信息工程学院452.M单元天线阵单元天线阵6 6阵元方向图（契比雪夫加权）阵元方向图（契比雪夫加权）低副瓣低副瓣电子信息工程学院电子信息工程学院462.M单元天线阵单元天线阵l 对数
13、周期天线对数周期天线(Log Periodic Dipole Antenna ,LPDA) 非全向，可以进一步降低副瓣非全向，可以进一步降低副瓣电子信息工程学院电子信息工程学院472.M单元天线阵单元天线阵电子信息工程学院电子信息工程学院482.M单元天线阵单元天线阵Indra Normarc 12 12 单元单元Thales 14 单元单元反射引起的反射引起的DDM误差误差电子信息工程学院电子信息工程学院501.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动l 由于机场跑道附近存在如航站楼、塔台、车辆以及飞机由于机场跑道附近存在如航站楼、塔台、车辆以及飞机等障碍物，机载接收机除收到航向信标辐射的直达信号
14、等障碍物，机载接收机除收到航向信标辐射的直达信号外，还收到这些障碍物引起的反射信号外，还收到这些障碍物引起的反射信号 l DDM值出现误差值出现误差电子信息工程学院电子信息工程学院511.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动l 单反射源情况单反射源情况l反射物仅有一个反射物仅有一个l反射信号是全向的反射信号是全向的l调制信号只有一个（如调制信号只有一个（如150Hz)150Hz)l反射信号和直达信号同相位反射信号和直达信号同相位 为简化分析，做如下假设为简化分析，做如下假设电子信息工程学院电子信息工程学院521.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动矢量图矢量图载载波波边边带带载波载波边带边带121
15、2bbccEEmEE121212bbccccEEmEEEE2m1m122112121111bbccccccEEmEEEEEER12111RmmmRR电子信息工程学院电子信息工程学院531.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动9090 190 2111RmmmRR150150 1150 2111RmmmRR对航向对航向90Hz90Hz和和150Hz150Hz调制信号有调制信号有15090150 1150 290 190 2111111DDMmmRRmmmmRRRR电子信息工程学院电子信息工程学院541.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动150 190 1150 290 2111RDDMmmmmRR
16、15090150 1150 290 190 2111111DDMmmRRmmmmRRRR111directobjectRDDMDDMDDMRR电子信息工程学院电子信息工程学院551.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动l 直达信号和反射信号的相位关系直达信号和反射信号的相位关系直达信号和反射信号存在路径差，直达信号和反射信号存在路径差，因此二者存在相位差因此二者存在相位差进近时，相位差是变化的进近时，相位差是变化的电子信息工程学院电子信息工程学院56l 考虑相位关系，有考虑相位关系，有1.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动1cos1cos1cosdirectobjectRDDMDDMDDMRR进
17、近时，进近时，DDMDDM是振荡的是振荡的电子信息工程学院电子信息工程学院57l 实际中，由于障碍物和航向天线阵的作用，反射信号是实际中，由于障碍物和航向天线阵的作用，反射信号是有方向的，因而此时有方向的，因而此时 DDM曲线不再具有曲线不再具有 恒定包络，将偏差恒定包络，将偏差 曲线称为曲线称为Scalloping 1.反射引起的反射引起的DDM扰动扰动电子信息工程学院电子信息工程学院581.DDM弯曲幅度弯曲幅度l 当反射信号和直达信号同相时，当反射信号和直达信号同相时，DDM误差最大。误差最大。 当飞机位于跑道中心线上（航向面）时当飞机位于跑道中心线上（航向面）时, 111directo
18、bjectRDDMDDMDDMRR0directDDM1objectRDDMDDMR 10CSBobjectCSBFRFR定义为多径信号和直达信号载波电平比定义为多径信号和直达信号载波电平比 objectDDMR DDMBend Amplitude电子信息工程学院电子信息工程学院591.DDM弯曲幅度弯曲幅度l ICAO对对DDM弯曲的规定弯曲的规定Scalloping Scalloping 必须在规定之下必须在规定之下电子信息工程学院电子信息工程学院601.DDM弯曲幅度弯曲幅度l 重写弯曲幅度重写弯曲幅度 CSB信号方向图占主要影响，为说明该方向图的影响，信号方向图占主要影响，为说明该方向
19、图的影响，令令1 0CSBobjectobjectCSBFBend AmplitudeDDMF 0CSBobjectobjectCSBFBBPDDMFBeam Bend Potential电子信息工程学院电子信息工程学院611.DDM弯曲幅度弯曲幅度Thomson 13阵元天线阵元天线Normarc 12阵元天线阵元天线100.1objectBBP TH13=142uA BA TH13=14.2uABBP NM12=67.5uA BA NM12=6.75uA双频航向信标双频航向信标电子信息工程学院电子信息工程学院631.双频航向信标的引入双频航向信标的引入l 为了减少反射信号引起的航道弯曲，通
20、常需要采取较为了减少反射信号引起的航道弯曲，通常需要采取较多的天线单元，以使多的天线单元，以使CSB信号方向性函数获得较窄的信号方向性函数获得较窄的波瓣宽度波瓣宽度l 较窄的波瓣将造成航道宽度过窄，在飞机未找到航道较窄的波瓣将造成航道宽度过窄，在飞机未找到航道之前，缺乏相应的指引信号。之前，缺乏相应的指引信号。l 尽管航道信号几乎全部集中在天线正前方一小段范围尽管航道信号几乎全部集中在天线正前方一小段范围内，但仍有小部分旁瓣信号，在飞机离跑道过近仍有内，但仍有小部分旁瓣信号，在飞机离跑道过近仍有可能收到假航道信息可能收到假航道信息.l 这些旁瓣信号必需要一个相应的信号来覆盖它，并可这些旁瓣信号
21、必需要一个相应的信号来覆盖它，并可以指引飞机返回正常航道。因此就需要额外提供一个以指引飞机返回正常航道。因此就需要额外提供一个信号，这个信号称为余隙信号信号，这个信号称为余隙信号(Clearance)电子信息工程学院电子信息工程学院641.双频航向信标的引入双频航向信标的引入l 引入余隙信号的信标称为双频航向系统引入余隙信号的信标称为双频航向系统 l 双频航向系统辐射两个频率双频航向系统辐射两个频率4个信号，分别是航向信号个信号，分别是航向信号(CSB和和SBO)和余隙信号（和余隙信号（CSB和和SBO），两个信号的），两个信号的载波频差为载波频差为l 一般一般 辐射航向信号，辐射航向信号，
22、辐射余隙信号辐射余隙信号 l 为减弱障碍物的影响，航向信号波束较窄为减弱障碍物的影响，航向信号波束较窄 l 为增大覆盖范围，余隙信号波束较宽为增大覆盖范围，余隙信号波束较宽 5214kHzfkHz ffff 电子信息工程学院电子信息工程学院651.双频航向信标的引入双频航向信标的引入航向信号和余隙信号辐射方向图示意图航向信号和余隙信号辐射方向图示意图l捕获效应捕获效应 由于双频系统辐射两个频率的信号，当机载接由于双频系统辐射两个频率的信号，当机载接收机接收到两个不同的信号时，较强信号将首收机接收到两个不同的信号时，较强信号将首先被解调，弱信号的解调将被忽略，这就是捕先被解调，弱信号的解调将被忽
23、略，这就是捕获效应。获效应。 必须满足以下两个条件：必须满足以下两个条件： (1).强度相差强度相差10dB以上；以上； (2).频率不同频率不同,但两者的频差要落在接收机的带但两者的频差要落在接收机的带宽之内。宽之内。电子信息工程学院电子信息工程学院661.双频航向信标的引入双频航向信标的引入电子信息工程学院电子信息工程学院672.双频信标双频信标DDM22122StrongweakRRDDMDDMDDMStrongDDMweakDDM 0CLRobjectCRSFRF强信号强信号DDMDDM弱信号弱信号DDMDDM余隙余隙航向航向当飞机处于航向面上时，航向当飞机处于航向面上时，航向CSBC
24、SB信号强，因此信号强，因此，0StrongDDM 22weakRDDMDDM电子信息工程学院电子信息工程学院682.双频信标双频信标DDM 0CLRobjectCRSFRF22weakRDDMDDM 2220CLRobjectweakCRSFDDMDDMF 2120CLRobjectweakCRSFBBPDDMF电子信息工程学院电子信息工程学院692.双频信标双频信标DDMl 举例举例 设设02500.1directstrongobjectweakDDMDDMADDMDDMAR 单频：单频：0.1 ( 250)25objectBAR DDMA 220.1( 250)1.2522weakRBA
25、DDMA 双频：双频：显然，对于反射物体，双频信标有明显改进显然，对于反射物体，双频信标有明显改进电子信息工程学院电子信息工程学院702.双频信标双频信标DDMCSB电子信息工程学院电子信息工程学院712.双频信标双频信标DDMSBO近场效应近场效应电子信息工程学院电子信息工程学院731.近场效应近场效应l 前面我们均假设飞机处于远场，每个航向天线辐射信号的传前面我们均假设飞机处于远场，每个航向天线辐射信号的传播路径是平面波。当飞机飞近航向天线时，远场假设不再适播路径是平面波。当飞机飞近航向天线时，远场假设不再适用，必须考虑近场的影响。飞机处于近场时，信号传播路径用，必须考虑近场的影响。飞机处
26、于近场时，信号传播路径示意图如图所示。示意图如图所示。近场传播路径比远场近场传播路径比远场假设略长假设略长近场引入了额外的相近场引入了额外的相位滞后位滞后 22cosdr 电子信息工程学院电子信息工程学院741.近场效应近场效应l 二单元天线阵矢量图二单元天线阵矢量图电子信息工程学院电子信息工程学院751.近场效应近场效应第一对天线第一对天线电子信息工程学院电子信息工程学院761.近场效应近场效应第二对天线第二对天线电子信息工程学院电子信息工程学院771.近场效应近场效应第三对天线第三对天线电子信息工程学院电子信息工程学院782.近场效应对航向信标的影响近场效应对航向信标的影响l CSB信号的
27、影响信号的影响远场远场近场近场电子信息工程学院电子信息工程学院792.近场效应对航向信标的影响近场效应对航向信标的影响l SBO信号的影响信号的影响近场近场 2cosSBOCSBFDDMkF每对天线对每对天线对SBO信号的相移和信号的相移和CSB信号一样信号一样但是，馈电幅度不同但是，馈电幅度不同最外部天线对对最外部天线对对SBOSBO信号的馈电相对较大信号的馈电相对较大和和CSBCSB信号相比，信号相比，SBOSBO信号相移较大信号相移较大距天线阵越近，航向扇区越宽，近场相位调整距天线阵越近，航向扇区越宽，近场相位调整SBO信号插入信号插入-90度相移，调整度相移，调整ADU的移相器，使的移
28、相器，使DDM=0电子信息工程学院电子信息工程学院803.左右天线左右天线SBO信号不同的影响信号不同的影响l 产生原因产生原因n天线分配单元误差天线分配单元误差n地形横向斜坡地形横向斜坡(Terrain Sideway slope)远场远场近场近场电子信息工程学院电子信息工程学院813.左右天线左右天线SBO信号不同的影响信号不同的影响离天线近时，离天线近时，DDMDDM出现偏差出现偏差航向信标场强覆盖范围航向信标场强覆盖范围电子信息工程学院电子信息工程学院83航向信标场强覆盖范围航向信标场强覆盖范围方位角方位角俯仰俯仰信号强度：最低信号强度：最低机载接收机机载接收机电子信息工程学院电子信息
29、工程学院85电子信息工程学院电子信息工程学院86u1(t)=Um11+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos ctu2(t)=Um21+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)cos IIt， II为第二中频为第二中频u3(t)=Um31+m150sin 1t+m90sin 2t+m,gm(t)u4(t)=Um4m90sin 2tu5(t)=U5（直流）（直流）u6(t)=Um6m150sin 1tu7(t)=U7（直流）（直流）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的航向偏离杆的航向偏离杆u9(t)=U7+U5驱动驱动HSI的警告旗的警告旗u10(t)=U
30、m10gm(t)电子信息工程学院电子信息工程学院871. 1. 航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（1 1）u8(t)=U7U5驱动驱动HSI的航道偏离杆的航道偏离杆U5 m90U7 m150u8(t)=U7U5 DDM 在在航道扇区航道扇区内，设计内，设计HSIHSI的航道偏离杆，使其偏移量的航道偏离杆，使其偏移量 G Gl l与与差电压差电压u u8 8( (t t) )成正比，即成正比，即 G Gl l u u8 8( (t t) )。 Gl u8(t) DDM Gl=kl DDM Gl电子信息工程学院电子信息工程学院881. 1. 航道偏离杆的偏离（航道偏离杆的偏离（2 2）在航道扇区
31、内，偏移一个点，在航道扇区内，偏移一个点，对应偏移对应偏移1 1 电子信息工程学院电子信息工程学院892. HSI2. HSI警告旗警告旗u9(t)=U7+U5驱动驱动HSIHSI的警告旗的警告旗 当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，HSIHSI的警告旗升起，并给出告警的警告旗升起，并给出告警信号信号。没有接收到射频信号，或接收信号中没有没有接收到射频信号，或接收信号中没有90Hz90Hz或或150Hz150Hz调制调制信号；信号；90Hz90Hz或或150Hz150Hz信号幅度降到额定值的信号幅度降到额定值的10%10%，而另一个保持，而另一个保持在额定值的在额定值的2020。电子信息工程学院电子信息工程学院903.3.显示显示飞机偏右，左飞电子信息工程学院电子信息工程学院913.3.显示显示飞机不偏飞机不偏电子信息工程学院电子信息工程学院923.3.显示显示故障旗故障旗电子信息工程学院电子信息工程学院933.3.显示显示
