系統(tǒng)工作原理

無(wú)線電導(dǎo)航所使用的設(shè)備或系統(tǒng)有無(wú)線電羅盤(pán)、伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)、奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及發(fā)展中的“導(dǎo)航星”全球定位系統(tǒng)等。
無(wú)線電信號(hào)中包含4個(gè)電氣參數(shù):振幅、頻率、時(shí)間和相位。無(wú)線電波在傳播過(guò)程中，某一參數(shù)可能發(fā)生與某導(dǎo)航參量有關(guān)的變化。通過(guò)測(cè)量這一電氣參數(shù)就可得到相應(yīng)的導(dǎo)航參量。根據(jù)所測(cè)電氣參數(shù)的不同，無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)可分為振幅式、頻率式、時(shí)間式（脈沖式）和相位式 4種。也可根據(jù)要測(cè)定的導(dǎo)航參量將無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)分為測(cè)角（方位角或高低角）、測(cè)距、測(cè)距差和測(cè)速 4種?，F(xiàn)代還根據(jù)無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的主要安裝基地分為地基（設(shè)備主要安裝在地面或海面）、空基（設(shè)備主要安裝在飛行的飛機(jī)上）和衛(wèi)星基（設(shè)備主要裝在導(dǎo)航衛(wèi)星上） 3種。根據(jù)作用距離分為近程、遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程和全球定位4種。

無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)角系統(tǒng)
利用無(wú)線電波直線傳播的特性，將飛機(jī)上的環(huán)形方向性天線轉(zhuǎn)到使接收的信號(hào)幅值為最小的位置,從而測(cè)出電臺(tái)航向(見(jiàn)無(wú)線電羅盤(pán)),這屬于振幅式導(dǎo)航系統(tǒng)。同樣，也可利用地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射迅速旋轉(zhuǎn)的方向圖，根據(jù)飛機(jī)不同位置接收到的無(wú)線電信號(hào)的不同相位來(lái)判定地面導(dǎo)航臺(tái)相對(duì)飛機(jī)的方位角（見(jiàn)伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)），這屬于相位式導(dǎo)航系統(tǒng)。測(cè)角系統(tǒng)可用于飛機(jī)返航（保持某導(dǎo)航參量不變，例如保持電臺(tái)航向?yàn)榱?引導(dǎo)飛機(jī)飛向?qū)Ш脚_(tái))。幾何參數(shù)（角度、距離等）相等點(diǎn)的軌跡稱(chēng)為位置線。測(cè)角系統(tǒng)的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機(jī)所在錐面與地平面的交線)。測(cè)出兩個(gè)電臺(tái)的航向就可得到兩條直線位置線的交點(diǎn)，這交點(diǎn)就是飛機(jī)的位置。

無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)距系統(tǒng)
利用無(wú)線電波恒速直線傳播的特性。在飛機(jī)和地面導(dǎo)航臺(tái)上各安裝一套接收、發(fā)射機(jī)。飛機(jī)向地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，地面導(dǎo)航臺(tái)接收并向飛機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)回答信號(hào)。飛機(jī)接收機(jī)收到的回答信號(hào)比詢問(wèn)信號(hào)滯后一定時(shí)間。測(cè)出滯后時(shí)間就可算出飛機(jī)與導(dǎo)航臺(tái)的距離。利用電波的反射特性，測(cè)定由地面導(dǎo)航臺(tái)或飛機(jī)的反射信號(hào)的滯后時(shí)間也可求出距離。無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)距系統(tǒng)的位置線是一個(gè)圓周，它由地面導(dǎo)航臺(tái)等距的圓球位置面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測(cè)距系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機(jī)在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點(diǎn)確定飛機(jī)的位置（圖2）。定位的雙值性（有兩個(gè)交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來(lái)消除。測(cè)距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。

無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)距差系統(tǒng)
在飛機(jī)上安裝一臺(tái)接收機(jī)，地面設(shè)置2～4個(gè)導(dǎo)航臺(tái)。各導(dǎo)航臺(tái)同步地（時(shí)間同步或相位同步）發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，各信號(hào)到達(dá)飛機(jī)接收機(jī)的時(shí)間滯后與導(dǎo)航臺(tái)到飛機(jī)的距離成比例。測(cè)出它們到達(dá)的時(shí)間差就可求得距離差。與兩個(gè)定點(diǎn)保持等距離差的點(diǎn)的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統(tǒng)的位置線是球面雙曲面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)可求得兩條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點(diǎn)即可定出飛機(jī)的位置（圖3）。定位的雙值可用第三條雙曲線來(lái)消除?，F(xiàn)代使用的測(cè)距差系統(tǒng)大多是脈沖式或相位式的。

無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)速系統(tǒng)
這種系統(tǒng)大多是利用多普勒效應(yīng)工作的。安裝在飛機(jī)上的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)以窄波束向地面發(fā)射厘米波段的無(wú)線電信號(hào)。由于存在多普勒效應(yīng)，飛機(jī)接收到由地面反射回來(lái)的信號(hào)頻率與發(fā)射信號(hào)頻率不同,存在一個(gè)多普勒頻移,測(cè)出多普勒頻移就可求出飛行器相對(duì)于地面的速度（見(jiàn)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)）。再利用飛機(jī)上垂直基準(zhǔn)和航向基準(zhǔn)給出的俯仰角和航向角，將徑向速度分解出東向速度和北向速度，分別對(duì)時(shí)間求積分即可得出飛機(jī)當(dāng)時(shí)的位置。多普勒測(cè)速系統(tǒng)的位置線也是雙曲線，它是由等多普勒頻移的錐面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的。多普勒導(dǎo)航測(cè)速系統(tǒng)屬于頻率式（見(jiàn)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)）。

我國(guó)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)
我國(guó)目前正在使用的主要有兩類(lèi)。一類(lèi)叫無(wú)方向信標(biāo)，也叫中波導(dǎo)航臺(tái)，英文縮寫(xiě)為NDB；另一類(lèi)是甚高頻全向信標(biāo)(縮寫(xiě)為VOR)和測(cè)距儀(縮寫(xiě)為DME)組成的系統(tǒng)。
在中波導(dǎo)航臺(tái)系統(tǒng)中，飛機(jī)使用可以轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)狀天線接收信號(hào)，當(dāng)測(cè)到電波最強(qiáng)的方向時(shí)，天線停止轉(zhuǎn)動(dòng)，于是就測(cè)出電臺(tái)與飛機(jī)之間的方位。飛機(jī)按這個(gè)方向飛行，就能準(zhǔn)確地飛到電臺(tái)所在的位置。中波導(dǎo)航臺(tái)準(zhǔn)確性低并且容易受到天氣的影響，但它價(jià)格便宜，設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，所以世界上很多中小型機(jī)場(chǎng)和發(fā)展中國(guó)家的多數(shù)機(jī)場(chǎng)還在使用它。我國(guó)廣大的西部地區(qū)的機(jī)場(chǎng)也在使用這種系統(tǒng)。
甚高頻全向信標(biāo)臺(tái)使用甚高頻電波，直線傳播，不受天氣影響，準(zhǔn)確度高。VOR的天線在發(fā)射時(shí)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)， 發(fā)射出的信號(hào)按方向改變而改變。飛機(jī)收到VOR信號(hào)時(shí)，機(jī)上的儀表按照信號(hào)的頻率和強(qiáng)度變化自動(dòng)指示出正北方向和飛機(jī)相對(duì)于發(fā)射臺(tái)的方向。VOR的作用有效范圍在200千米以內(nèi)。通常在航路上每隔150千米左右建立一個(gè)VOR臺(tái)。飛機(jī)根據(jù)航空地圖上標(biāo)出的VOR臺(tái)的位置， 就可以在航路上順利地飛行了。在使用VOR航路飛行時(shí)，駕駛員只能知道發(fā)射臺(tái)的方向，但不能確定飛機(jī)與發(fā)射臺(tái)之間的距離。當(dāng)測(cè)距儀系統(tǒng)與VOR配套使用后，這個(gè)問(wèn)題就解決了。DME的地面發(fā)射臺(tái)和VOR臺(tái)建在同一地點(diǎn)或建在機(jī)場(chǎng)附近。它所使用的頻率是超高頻，頻率在1000兆赫左右。這套系統(tǒng)由飛機(jī)上的詢問(wèn)機(jī)和地面臺(tái)站上的應(yīng)答機(jī)構(gòu)成。飛機(jī)上的詢問(wèn)機(jī)向地面發(fā)出一對(duì)脈沖信號(hào)，這脈沖之間的間隔是隨機(jī)的，使不同飛機(jī)發(fā)出的信號(hào)都是不同的。地面應(yīng)答機(jī)接受到這對(duì)脈沖信號(hào)后發(fā)回同樣的一對(duì)脈沖信號(hào)。把發(fā)出信號(hào)和收到返回信號(hào)所消耗的時(shí)間與無(wú)線電波傳播的速度相乘，就可以算出飛機(jī)與地面站之間的距離。測(cè)距儀可以測(cè)量出的距離最遠(yuǎn)可達(dá)500千米，誤差僅為200米左右。在天空中飛行的各架飛機(jī)在詢問(wèn)時(shí)所發(fā)出的脈沖對(duì)的間隔不同，在接收時(shí)只接收自己所發(fā)出的脈沖信號(hào)。同時(shí)有幾架飛機(jī)向地面站詢問(wèn)時(shí)，它們的信號(hào)彼此不會(huì)混淆。VOR--DME系統(tǒng)的無(wú)線電波在天空中劃出一條明確的通道，這條空中通道就叫航路。飛機(jī)在航路上飛行，隨時(shí)可以從儀表上得知自己的航向和位置，根據(jù)地面管制員的調(diào)度，一個(gè)接一個(gè)地按航路點(diǎn)飛行，一直飛完全程。VOR--DME導(dǎo)航系統(tǒng)保證了飛機(jī)能安全有秩序地飛行，極大地提高了空中的交通流量和飛行安全?，F(xiàn)在這個(gè)系統(tǒng)成為世界上大部分地區(qū)主要的導(dǎo)航手段。
建設(shè)VoR—DME的航路，費(fèi)用很高。不可能把地面上所有臺(tái)站之間都建立起航路。一般只能在中心城市之間或中心城市到一般城市之間設(shè)立航路。果飛機(jī)在兩個(gè)沒(méi)有航路的一般城市之間飛行，為了保證飛行安全，這時(shí)飛機(jī)不得不采取從一個(gè)城市沿著已有的航路飛到中心城市，再沿另一條航路飛往所要去的一般城市。這樣飛行不但浪費(fèi)了燃油和時(shí)間，又使航路變得擁擠。在飛機(jī)上應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)以后，才解決了這個(gè)問(wèn)題。從兩個(gè)以上的VOR地面臺(tái)站收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)飛機(jī)上的電子計(jì)算機(jī)處理后得出一條實(shí)際上沒(méi)有地面臺(tái)站的航線，在這條航線上設(shè)置出假想的航路點(diǎn)，飛機(jī)按照這條航線飛行，同樣也可順利抵達(dá)目的地。這種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為航線計(jì)算機(jī)。飛機(jī)上配備了這種計(jì)算機(jī)后，就可以在能收到兩個(gè)以上VOR地面臺(tái)站所發(fā)出的信號(hào)的地方，按照計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)的航線飛行，這種方法叫區(qū)域?qū)Ш健Ｋ裋OR的導(dǎo)航范圍由幾條航路擴(kuò)展為一個(gè)平面，這個(gè)平面就是各個(gè)VOR導(dǎo)航臺(tái)站無(wú)線電信號(hào)所能覆蓋的整個(gè)平面。
VOR--DME系統(tǒng)使用的甚高頻和超高頻電波是直線傳播的，作用距離在200千米之內(nèi)。在浩瀚的大洋或大面積的無(wú)人區(qū)中，是無(wú)法建造出聯(lián)接一條航路的諸多VOR站的。為了滿足遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的需要，又開(kāi)發(fā)出羅蘭系統(tǒng)和歐米加系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)使用了低頻和甚低頻的無(wú)線電波，作用距離都在2500千米以上。在地球表面只要建立起不多的這類(lèi)臺(tái)站，就可以為飛機(jī)飛越大洋或遼闊的無(wú)人區(qū)導(dǎo)航。這種導(dǎo)航的缺點(diǎn)是精確度不夠高，而且需要功率非常強(qiáng)大的發(fā)射臺(tái)。20世紀(jì)60年代以后，有關(guān)專(zhuān)業(yè)人士們又開(kāi)始尋找更好的方式以取代無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式進(jìn)入國(guó)際海事組織全球無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
11月17日至21日，國(guó)際海事組織海上安全委員會(huì)第94次會(huì)議在英國(guó)倫敦召開(kāi)，交通運(yùn)輸部組團(tuán)參會(huì)，并代表中國(guó)政府向國(guó)際海事組織承諾我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能和運(yùn)行維護(hù)管理要求，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)際海事領(lǐng)域的應(yīng)用政策，表達(dá)了我國(guó)政府的責(zé)任與態(tài)度。
交通運(yùn)輸部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，我國(guó)作為國(guó)際海事組織A類(lèi)理事國(guó)，此次國(guó)際海事組織對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)可，將帶動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海領(lǐng)域的國(guó)際化、產(chǎn)業(yè)化。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也正式成為全球無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國(guó)際合法地位。這也是我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)首次獲得國(guó)際組織的系統(tǒng)認(rèn)可。
此次國(guó)際海事組織認(rèn)可后，我國(guó)將繼續(xù)全面推進(jìn)國(guó)際電工委員會(huì)、國(guó)際航標(biāo)組織、國(guó)際海事無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)、國(guó)際電信聯(lián)盟等國(guó)際技術(shù)組織的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)進(jìn)一步在國(guó)際海事領(lǐng)域的全方位應(yīng)用。