系統工作原理

無線電導航所使用的設備或系統有無線電羅盤、伏爾導航系統、塔康導航系統、羅蘭C導航系統、奧米加導航系統、多普勒導航系統、衛(wèi)星導航系統以及發(fā)展中的“導航星”全球定位系統等。
無線電信號中包含4個電氣參數:振幅、頻率、時間和相位。無線電波在傳播過程中，某一參數可能發(fā)生與某導航參量有關的變化。通過測量這一電氣參數就可得到相應的導航參量。根據所測電氣參數的不同，無線電導航系統可分為振幅式、頻率式、時間式（脈沖式）和相位式 4種。也可根據要測定的導航參量將無線電導航系統分為測角（方位角或高低角）、測距、測距差和測速 4種?，F代還根據無線電導航設備的主要安裝基地分為地基（設備主要安裝在地面或海面）、空基（設備主要安裝在飛行的飛機上）和衛(wèi)星基（設備主要裝在導航衛(wèi)星上） 3種。根據作用距離分為近程、遠程、超遠程和全球定位4種。

無線電導航測角系統
利用無線電波直線傳播的特性，將飛機上的環(huán)形方向性天線轉到使接收的信號幅值為最小的位置,從而測出電臺航向(見無線電羅盤),這屬于振幅式導航系統。同樣，也可利用地面導航臺發(fā)射迅速旋轉的方向圖，根據飛機不同位置接收到的無線電信號的不同相位來判定地面導航臺相對飛機的方位角（見伏爾導航系統），這屬于相位式導航系統。測角系統可用于飛機返航（保持某導航參量不變，例如保持電臺航向為零,引導飛機飛向導航臺)。幾何參數（角度、距離等）相等點的軌跡稱為位置線。測角系統的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機所在錐面與地平面的交線)。測出兩個電臺的航向就可得到兩條直線位置線的交點，這交點就是飛機的位置。

無線電導航測距系統
利用無線電波恒速直線傳播的特性。在飛機和地面導航臺上各安裝一套接收、發(fā)射機。飛機向地面導航臺發(fā)射詢問信號，地面導航臺接收并向飛機轉發(fā)回答信號。飛機接收機收到的回答信號比詢問信號滯后一定時間。測出滯后時間就可算出飛機與導航臺的距離。利用電波的反射特性，測定由地面導航臺或飛機的反射信號的滯后時間也可求出距離。無線電導航測距系統的位置線是一個圓周，它由地面導航臺等距的圓球位置面與飛機所在高度的地心球面相交而成。利用測距系統可引導飛機在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點確定飛機的位置（圖2）。定位的雙值性（有兩個交點）可用第三條圓位置線來消除。測距系統可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。

無線電導航測距差系統
在飛機上安裝一臺接收機，地面設置2～4個導航臺。各導航臺同步地（時間同步或相位同步）發(fā)射無線電信號，各信號到達飛機接收機的時間滯后與導航臺到飛機的距離成比例。測出它們到達的時間差就可求得距離差。與兩個定點保持等距離差的點的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統的位置線是球面雙曲面與飛機所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個地面導航臺可求得兩條雙曲線。根據兩條雙曲線的交點即可定出飛機的位置（圖3）。定位的雙值可用第三條雙曲線來消除。現代使用的測距差系統大多是脈沖式或相位式的。

無線電導航測速系統
這種系統大多是利用多普勒效應工作的。安裝在飛機上的多普勒導航雷達以窄波束向地面發(fā)射厘米波段的無線電信號。由于存在多普勒效應，飛機接收到由地面反射回來的信號頻率與發(fā)射信號頻率不同,存在一個多普勒頻移,測出多普勒頻移就可求出飛行器相對于地面的速度（見多普勒導航系統）。再利用飛機上垂直基準和航向基準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，分別對時間求積分即可得出飛機當時的位置。多普勒測速系統的位置線也是雙曲線，它是由等多普勒頻移的錐面與飛機所在高度的地心球面相交而成的。多普勒導航測速系統屬于頻率式（見飛機導航系統）。

我國無線電導航系統
我國目前正在使用的主要有兩類。一類叫無方向信標，也叫中波導航臺，英文縮寫為NDB；另一類是甚高頻全向信標(縮寫為VOR)和測距儀(縮寫為DME)組成的系統。
在中波導航臺系統中，飛機使用可以轉動的環(huán)狀天線接收信號，當測到電波最強的方向時，天線停止轉動，于是就測出電臺與飛機之間的方位。飛機按這個方向飛行，就能準確地飛到電臺所在的位置。中波導航臺準確性低并且容易受到天氣的影響，但它價格便宜，設備結實耐用，所以世界上很多中小型機場和發(fā)展中國家的多數機場還在使用它。我國廣大的西部地區(qū)的機場也在使用這種系統。
甚高頻全向信標臺使用甚高頻電波，直線傳播，不受天氣影響，準確度高。VOR的天線在發(fā)射時不停地轉動， 發(fā)射出的信號按方向改變而改變。飛機收到VOR信號時，機上的儀表按照信號的頻率和強度變化自動指示出正北方向和飛機相對于發(fā)射臺的方向。VOR的作用有效范圍在200千米以內。通常在航路上每隔150千米左右建立一個VOR臺。飛機根據航空地圖上標出的VOR臺的位置， 就可以在航路上順利地飛行了。在使用VOR航路飛行時，駕駛員只能知道發(fā)射臺的方向，但不能確定飛機與發(fā)射臺之間的距離。當測距儀系統與VOR配套使用后，這個問題就解決了。DME的地面發(fā)射臺和VOR臺建在同一地點或建在機場附近。它所使用的頻率是超高頻，頻率在1000兆赫左右。這套系統由飛機上的詢問機和地面臺站上的應答機構成。飛機上的詢問機向地面發(fā)出一對脈沖信號，這脈沖之間的間隔是隨機的，使不同飛機發(fā)出的信號都是不同的。地面應答機接受到這對脈沖信號后發(fā)回同樣的一對脈沖信號。把發(fā)出信號和收到返回信號所消耗的時間與無線電波傳播的速度相乘，就可以算出飛機與地面站之間的距離。測距儀可以測量出的距離最遠可達500千米，誤差僅為200米左右。在天空中飛行的各架飛機在詢問時所發(fā)出的脈沖對的間隔不同，在接收時只接收自己所發(fā)出的脈沖信號。同時有幾架飛機向地面站詢問時，它們的信號彼此不會混淆。VOR--DME系統的無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。飛機在航路上飛行，隨時可以從儀表上得知自己的航向和位置，根據地面管制員的調度，一個接一個地按航路點飛行，一直飛完全程。VOR--DME導航系統保證了飛機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。現在這個系統成為世界上大部分地區(qū)主要的導航手段。
建設VoR—DME的航路，費用很高。不可能把地面上所有臺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立航路。果飛機在兩個沒有航路的一般城市之間飛行，為了保證飛行安全，這時飛機不得不采取從一個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。這樣飛行不但浪費了燃油和時間，又使航路變得擁擠。在飛機上應用了電子計算機以后，才解決了這個問題。從兩個以上的VOR地面臺站收到的信號經過飛機上的電子計算機處理后得出一條實際上沒有地面臺站的航線，在這條航線上設置出假想的航路點，飛機按照這條航線飛行，同樣也可順利抵達目的地。這種專門設計的計算機被稱為航線計算機。飛機上配備了這種計算機后，就可以在能收到兩個以上VOR地面臺站所發(fā)出的信號的地方，按照計算機計算出來的航線飛行，這種方法叫區(qū)域導航。它把VOR的導航范圍由幾條航路擴展為一個平面，這個平面就是各個VOR導航臺站無線電信號所能覆蓋的整個平面。
VOR--DME系統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。在浩瀚的大洋或大面積的無人區(qū)中，是無法建造出聯接一條航路的諸多VOR站的。為了滿足遠距離導航的需要，又開發(fā)出羅蘭系統和歐米加系統。這兩種系統使用了低頻和甚低頻的無線電波，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臺站，就可以為飛機飛越大洋或遼闊的無人區(qū)導航。這種導航的缺點是精確度不夠高，而且需要功率非常強大的發(fā)射臺。20世紀60年代以后，有關專業(yè)人士們又開始尋找更好的方式以取代無線電導航系統。

北斗導航系統
北斗衛(wèi)星導航系統正式進入國際海事組織全球無線電導航系統。
11月17日至21日，國際海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，交通運輸部組團參會，并代表中國政府向國際海事組織承諾我國北斗衛(wèi)星導航系統的服務性能和運行維護管理要求，以及北斗衛(wèi)星導航系統在國際海事領域的應用政策，表達了我國政府的責任與態(tài)度。
交通運輸部有關負責人指出，我國作為國際海事組織A類理事國，此次國際海事組織對北斗衛(wèi)星導航系統的認可，將帶動北斗衛(wèi)星導航系統在航海領域的國際化、產業(yè)化。北斗衛(wèi)星導航系統也正式成為全球無線電導航系統的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。這也是我國北斗衛(wèi)星導航系統標準首次獲得國際組織的系統認可。
此次國際海事組織認可后，我國將繼續(xù)全面推進國際電工委員會、國際航標組織、國際海事無線電技術委員會、國際電信聯盟等國際技術組織的標準、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實現北斗系統進一步在國際海事領域的全方位應用。