多普勒效应全向信标导航的应用情况分析

　　摘要：民航飞机在飞行过程当中必须要不断的接收来自于地面台所发出的导航信号， 从而来对自身所处的位置做出判断。当前应用最为普遍的一种导航信号设备即为多普勒全向信标级， 其导航信号内的可变信号是基于多普勒效应所生成的， 基于对多普勒效应的原理分析， 同时综合以全向信标的工作过程， 便可对全向信标导航信号达到系统化的认知。本文将重点针对展开具体分析。
　　
　　关键词：多普勒效应； 全向信标； 导航；
　　
　　1引言
　　
　　处于航行状态的飞机必须实时确定自身的所处位置。而飞机要确定自身所处位置可供选择的方法多种多样， 如较为常用的记载定位系统、航管雷达定位、卫星定位等， 当前在民航领域主要采用的是地面导航台定位方式。其可通过对无线电波的发出与接收， 从而来测得飞行器相对于导航台所处的地理空间坐标， 并由此为飞行器提供方位指引， 并做出距离导航。多普勒全向信标机是通过地面台来对空域环境发出无线电信号， 飞行器在获取到地面台站所发出的信号以后， 经由分析处理后便可获得相应的方位角， 并得到自身目前的所处位置。
　　
　　2多普勒效应
　　
　　2.1 多普勒定义
　　
　　电磁波是经由特定媒介发送至接收方。在大多数情况下， 电磁波的源头发射点相较于信号获取一方是确定性的， 接收一方所得到的信号频率和电磁波源头频率大致相等。如果电磁波源头以及接收位置同时还包括了相对运动现象， 那么接收测量一方所获取到的频率则将与真实的电磁波源头频率存在出入。其频率差值的确定需通过相对运动情况来判断。这一种因为电磁波源头频率亦或是观察方相对媒介所发生的运动， 导致观察方察觉波频有所改变的情况即被称之为多普勒效应。
　　
　　2.2 发射与接收频率对比
　　
　　针对发射机与接收机相对运动状况展开分析， 相应接收机的接收频率改变即为：假定发射机发出F信号， 发射与接收设备间有相对运动现象， 速度以V表示， 则接收机d所获取到的信号频率Fr即为：
　　
　　据此表明， 在发射机发射频率信号保持恒定不变的状态下， 发射机和接收机天线间存在有相对运动的情况时， 接收机所获取到的信号频率将不再是发射频率， 而是在发射频率基础之上所多出的增量值， 也就是发生了多普勒频移现象。由上述公式可观察到， 在发射设备朝向接收设备移动的过程当中， 多普勒的频率移动则表示为 （+） , 相应的接收频率>发生频率；若情况反之， 多普勒频率移动表示为 （-） , 则接收频率<发射频率。
　　
　　2.3 旋转信号分析
　　
　　若预先设定接收设备和发射天线的间距要明显大于发射天线的旋转半径， 便可明确出环绕圆心所发出的信号内容在被接收前， 不会由于和接收设备的距离存在偏差而发生幅值改变。
　　
　　假定接收设备处于天线的正北位置， 天线由1点钟方向发出， 围绕圆心做逆时针转动， 速率为ρ周/秒。相较于接收设备而言， 在天线处于1点钟方向之时， 相应的运动仅为水平方向上的分量程度， 并不具备纵向位置上的运动变化， 在这时Vd值即为0, 相应的多普勒频移Fd同样也为0, 而在天线运动到了2点钟方向之时， 发射天线运动将完全朝向接收设备方位， 且此时的运动速度也将达到最大值， 与天线运动速度相当， 此时的多普勒频移Fd将会达到最大值。而在天线运动至3点状方向之时， 多普勒频移又会转回到1点钟的情况， Vd与Fd均为0.随着天线的继续运动， 在其到达4点钟方向之时， 发射天线与接收机之间距离逐渐拉大， 速度也将达到最大， 多普勒频移Fd为最大负值。
　　
　　3全向信标导航
　　
　　3.1 地面台信号
　　
　　未获得两个单独的30Hz调制信号， 全向信标发射机各自对载波信号以及边带波信号发出辐射。一般而言载波频率即为F0, 则相应的边带频率即为F0+9960Hz （上边带频率） 与F0-9960Hz （下边带频率） .利用合理化的管控策略来保障载波信号上下两端的信号水平基本保持不变， 在空域条件下合并产生为调幅信号， 利用机载设备对其进行处理。可将标准信号频率调幅到载波信号位置， 进而利用中央天线将其发出， 在接收设备内把标准信号频率解析出来。标准吸纳好频率是通过多普勒频率移动来达到信号调制目的的。上边待旋幅产生多普勒频移Fd之时， 接收设备所获取到的信号频率即为F0+9960Hz再加上多普勒频移之和， 而下边带因为与上边带为对称关系， 因此其所获得到的信号频率即为F0-9960Hz再减去多普勒频移， 通过滤波电路检波后， 便可获取到调频副载波， 经鉴别后便可获得可变30Hz信号。
　　
　　3.2 接收机处理
　　
　　天线设备在侦测到来自于地面台的信号内容后， 便可通过振幅和电路检波来对其展开分析， 其中一路可采取带通滤波进行处置， 得到相应的调频信息内容之后， 再经由限幅电路予以处理， 获取到的标准频率信号即为可变信号；另一路径获取到另一项30Hz信号， 相位对比器可将两信号展开对比， 得出的相对差即为飞机相较于地面台站的磁方位， 飞行员便可依据借助于电磁指示器来获得方位角。
　　
　　4结语
　　
　　总而言之， 多普勒效应的应用领域十分广泛， 如应用雷达监测飞机的飞行状态、测量汽车行驶速度、人造卫星追踪等。另外多普勒效应在目前的气象雷达观测中也发挥着极其重要的作用。将多普勒效应应用于全向信标导航中仅是其中很小一方面的应用内容， 相信随着现代通信技术的快速发展， 多普勒效应理念的应用范围必将会得到更加显着的拓展， 为人们提供以更加精准的定位服务。
　　
　　参考文献
　　
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　　[2]张福斌， 马朋， 王智辉， 等。基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航算法[J].兵工学报， 2016, 37 （7） .[2]张福斌， 马朋， 王智辉， 等。基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航算法[J].兵工学报， 2016, 37 （7） .　　
　　[3]文敏， 刘晔， 马纯清， 等。影响多普勒全向信标测向精度的因素探究[J].通讯世界， 2015, （17） .[3]文敏， 刘晔， 马纯清， 等。影响多普勒全向信标测向精度的因素探究[J].通讯世界， 2015, （17） .
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