第二章航空电子系统电子教案(无线电部分)课件.ppt

1、5/1/20231第二章 无线电导航系统无线电导航系统（基本内容）无线电导航系统（基本内容）无线电导航基础 DME 测距机 甚高频全向信标系统 仪表着陆系统 LRRA 无线电高度表 全球导航定位系统5/1/20232无线电导航基础(补充)1、导航基本概念1、导航参量3、导航定位方法4、无线电导航系统分类5/1/202331、导航基本概念5/1/202342、导航参量 导航系统的功用就是获取一导航系统的功用就是获取一个或多个各导航参量个或多个各导航参量.（1）航向（）航向（HDGHDG）由飞机所在位置由飞机所在位置 的磁北方向顺时针测量到航向线的角度的磁北方向顺时针测量到航向线的角度在水平面的投

2、影。以磁北在水平面的投影。以磁北 为基准的航向为基准的航向称为称为磁航向磁航向；以真；以真 北为基准的航向称为北为基准的航向称为真航向真航向。5/1/20235（2）方位角 是以磁北或真磁北或真北北为基准，顺时针量到水平面上某方向线的角度。飞机方位角 电台方位角（VOR方位角）相对方位角 5/1/20236飞机方位角 VOR方位角 相对方位角 飞机航向角角度之间的关系：VOR方位角=飞机方位角+/-180O =相对方位角+飞机航向角5/1/202373、导航定位方法位置线位置线 一个导航系统所测得的电信号的某一参量为定值时，该参量所对应的接收点位置的轨迹线。直线 测 向 VOR ADF 圆 测

3、距 DME LRRA 双曲线 测距差5/1/202383、导航定位方法 必须利用平面中的两条或两条以上的位置线相交，才能确定飞机的具体位置点。-定位系统 VOR+DME-定位系统 VOR+VOR-定位系统-定位系统 双曲线定位系统 测距差5/1/202394、无线电导航系统分类 按功能划分（1）定位：DME VOR（2）测高：LRRA（3）着陆引导：ILS（4）环境检测：WXR TCAS GPWS5/1/202310第一节 DME测距机一、系统功用二、DME工作原理三、系统组成及部件功用5/1/202311一、一、DME系统功用系统功用 通常，大型飞机的飞行高度在 30 000 ft左右,飞机

4、与DME台的距离在35 n mile以上，所测得的斜距R与实际水平距离的差别小于1%。飞机在着陆进近的过程中与DME台的距离小于 30n mile，其飞行高度通常也已降低（距离为6 n mile时高度为5000 ft），因而所测得的斜距与水平距离的差别仍然为1%左右。所以在实用中把斜距称为距离是可以接受的。只有在飞机保持较高的高度平飞接近测距台的情况下，斜距与实际水平距离之间才会出现较大的误差。利用测距机所提供的距离信息，结合全向信标（VOR）系统所提供的方位信息，即可按-定位法确定飞机的位置，并进而计算地速、预计到达时间和其他导航参数。这些计算是由FMC完成的。地面DME台通常是和VOR信标

5、台同台安装的。同样，利用所测得的飞机到两个或三个测距台的距离，也可按-或-定位法确定飞机的位置，进行各种导航计算。利用机场测距台和机场VOR台，则可以实现对飞机的进近引导。5/1/202312二、DME测距机工作原理1、基本原理5/1/202313 频率及波道选择 在 9621213 MHz范围中（L波段），共有 252个测距波道，波道间隔1 MHz。其中机载测距机的询问发射频率为10251150 MHz，测距机的接收频率（测距信标台的发射频率）比询问频率高或低 63 MHz。当VOR和LOC频率选定时，DME频率即配对产生。5/1/2023142、DME系统实际的工作方式（工作过程）系统实际

6、的工作方式（工作过程）5/1/2023153、应答识别闪频原理 为了获得距离信息，测距机首先必须解决的一个基本问题是如何从测距台的众多的应答信号中识别出对本机询问的应答信号来。所谓闪频闪频，就是在测距机中设法使询问脉冲对信号的重复频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。这样，同时工作的多台测距机的询问脉冲重复频率就会各不相同，为对所接收的应答信号进行同步识别提供了基础。5/1/2023165/1/2023174、距离计算 测距机发出的询问信号与相应的测距信标台应答信号所经历的是往返距离2R。计入测距信标台的固定延迟50s。250rtcR光速C=1.618 105 n miles。若时间以微秒

7、计，距离以海里计，式中的12.359 us是射频信号往返 1 n mile距离所经历的时间。359.1250rtR5/1/202318三、系统部件组成及功用v 飞机上同上装有两套相同的（机载）测距机，每套的组成：*测距机（询问器）*显示器 RDDMI/EHSI*控制板 与 VHF NAV共用 *天线5/1/2023195/1/202320v系统部件功用vDME询问器 用于向地面发射询问脉冲对，接收应答脉冲对，对信号处理，计算距离并将计算所得到的距离数据送到DME指示器（数字距离信息）和飞机其它系统（模拟距离信息）。输出音频识别信号输往AIS。v显示器v RDDMI v EHSI：v 人工调谐，

8、VOR/ILS方式下 左上角 三位数字显示 v 100NM 显示三位正整数 v 100NM显示带有一位小数v 自动调谐，无距离显示 右下角显示AUTO5/1/2023215/1/2023225/1/2023233、控制板5/1/2023244、DME天线天线 与与ATC天线可以互换天线可以互换5/1/202325小结小结 一、系统功用 二、DME工作原理（工作频率、工作过程、闪频原理、距离计算原理）三、系统组成及部件功用5/1/202326思考题 DME系统功用、量程、工作频率 测距机的工作状态及其转换关系 距离计算原理 DME部件组成与功用 DME系统显示5/1/202327第二节 甚高频全

9、向信标系统 一、一、VOR的功能的功能 二、二、VOR系统的基本原理系统的基本原理 三、机载三、机载VOR系统组成及部件功能系统组成及部件功能 5/1/202328一、一、VOR的功能的功能（一）（一）VOR系统在航空导航中的基本功能系统在航空导航中的基本功能1、定位5/1/2023295/1/202330 2、沿选定的航路导航（一）（一）VOR系统在航空导航中的基本功能系统在航空导航中的基本功能5/1/202331（二）有关的角度定义及角度关系5/1/202332 1、方位测量原理二、二、VOR系统的基本原理系统的基本原理5/1/2023331、方位测量原理、方位测量原理可变相位信号：用可变

10、相位信号：用30Hz对载波调幅，相位随对载波调幅，相位随VOR台的径向方位而变化。台的径向方位而变化。基准相位信号：先用基准相位信号：先用30Hz对对9960Hz副载波调副载波调频，然后调频副载波再对频，然后调频副载波再对载波调幅。而载波调幅。而30Hz调频信调频信号的相位在号的相位在 VOR台周围台周围 360方位上是相同的。方位上是相同的。二、二、VOR系统的基本原理系统的基本原理5/1/2023345/1/2023355/1/202336 2、航道偏离指示原理 二、二、VOR系统的基本原理系统的基本原理5/1/202337 3、向背台指示电路的指示原理 二、二、VOR系统的基本原理系统的

11、基本原理5/1/202338三、机载三、机载VOR系统组成及部件功能系统组成及部件功能1、VOR接收机接收机VOR接收机接收和处理接收机接收和处理VOR台发射的方位信息。接台发射的方位信息。接收机提供如下的输出信号收机提供如下的输出信号5/1/202339三、机载三、机载VOR系统组成及部件功能系统组成及部件功能5/1/202340三、机载三、机载VOR系统组成及部件功能系统组成及部件功能5/1/2023415/1/2023425/1/202343小结小结 一、一、VOR的功能的功能 二、二、VOR系统的基本原理系统的基本原理(方位测量原理,航道偏离指示原理)三、机载三、机载VOR系统组成及部

12、件功能系统组成及部件功能5/1/202344思考题VOR系统在导航系统中的基本功能有关角度定义及角度关系方位测量、向背台指示原理VOR接收机提供的输出有哪些？VOR频率如何划分?简要说明VOR的两个30Hz信号的区别5/1/202345第三节 仪表着陆系统 一、一、ILS的功用及着陆等级的功用及着陆等级 二、二、ILS系统组成及地面设备配置系统组成及地面设备配置 三、三、ILS系统的基本原理及显示系统的基本原理及显示5/1/202346一、仪表着陆系统的功用及着陆等级一、仪表着陆系统的功用及着陆等级 1功用功用 2着陆标准等级着陆标准等级5/1/2023471功用功用 在恶劣气象条件和能见度不

13、良条件下给驾驶员提供引导信息，保证飞机安全进近和着陆。5/1/202348二、着陆标准等级二、着陆标准等级 类设施的运用性能：在跑道视距不小于800m的条件下，以高的进场成功概率，能将飞机引导至60m的决断高度。类设施的运用性能：在跑道视距不小于400m的条件下，以高的进场成功概率，能将飞机引导至30m的决断高度。a类设施的运用性能：没有决断高度限制，在跑道视距不小于200m的条件下，着陆的最后阶段凭外界目视参考，引导飞机至跑道表面。因此目叫“看着着陆”（see to land）。b类设施运用性能：没有决断高度限制和不依赖外界目视参考，一直运用到跑道表面，接着在跑道视距50m的条件下，凭外界目

14、视参考滑行，因此目叫“看着滑行”（see toxi）。c类设施的运用性能：无决断高度限制，不依靠外界目视参考，能沿着跑道表面着陆和滑行。5/1/202349二、二、ILS的系统组成及地面设备配置的系统组成及地面设备配置 ILS系统包括三个分系统：系统包括三个分系统：提供横向引导的航向信标（提供横向引导的航向信标（localizer）系统）系统 提供垂直引导的下滑信标（提供垂直引导的下滑信标（glidealope）系统）系统 提供距离的指点信标（提供距离的指点信标（marker beacon）5/1/202350航向和下滑信标产生的引导信号5/1/202351三、系统工作基本原理三、系统工作基本

15、原理 1 航向偏离指示原理航向偏离指示原理 2 下滑指示的基本原理下滑指示的基本原理 3 指点信标系统指点信标系统5/1/2023521 航向偏离指示原理航向偏离指示原理 航向信标工作频率为航向信标工作频率为108.10111.95 MHz108.10111.95 MHz范围中范围中1/10 MHz1/10 MHz为奇数的频率，共有为奇数的频率，共有4040个波道。个波道。地面航向台沿跑道中心线两侧发射两束水平交叉的辐射波地面航向台沿跑道中心线两侧发射两束水平交叉的辐射波瓣，跑道左边的甚高频载波辐射波瓣被瓣，跑道左边的甚高频载波辐射波瓣被90Hz90Hz低频信号调幅，低频信号调幅，跑道右边的甚

16、高频载波辐射波瓣被跑道右边的甚高频载波辐射波瓣被150Hz150Hz低频信号调幅。低频信号调幅。当飞机在航向道上时，当飞机在航向道上时，90Hz90Hz调制信号等于调制信号等于150Hz150Hz调制信号。调制信号。若飞机偏离到航向道的左边，若飞机偏离到航向道的左边，90Hz90Hz调制信号大于调制信号大于150Hz150Hz调调制信号制信号 反之，反之，150Hz150Hz调制信号大于调制信号大于90Hz90Hz调制信号调制信号5/1/202353航向信标辐射场及偏离指示 5/1/2023542 下滑指示的基本原理下滑指示的基本原理 下滑信标工作频率为下滑信标工作频率为329.15335MH

17、z329.15335MHz的的UHFUHF波段，频率间波段，频率间隔隔150 kHz150 kHz，共有，共有4040个波道。航向信标和下滑信标工作频个波道。航向信标和下滑信标工作频率是配对工作的。机上的航向接收机和下滑接收机是统率是配对工作的。机上的航向接收机和下滑接收机是统调的，控制盒上只选择和显示航向频率，下滑频率自动调的，控制盒上只选择和显示航向频率，下滑频率自动配对调谐。配对调谐。下滑接收机的通过对下滑接收机的通过对90Hz90Hz和和150Hz150Hz调制音频下滑的比较，调制音频下滑的比较，引导飞机对准下滑道。引导飞机对准下滑道。如所接收的如所接收的90Hz90Hz信号等于信号等

18、于150Hz150Hz信号，下滑偏离指针指在信号，下滑偏离指针指在中心零位（中心零位（C C飞机）。飞机）。若飞机在下滑道的上面，若飞机在下滑道的上面，90 Hz90 Hz音频大于音频大于150Hz150Hz音频，偏音频，偏离指针向下指（离指针向下指（A A飞机），表示下滑道在飞机的下面。飞机），表示下滑道在飞机的下面。反之，飞机在下滑道下面时，反之，飞机在下滑道下面时，150Hz150Hz音频大于音频大于90Hz90Hz音频，音频，指针向上指（指针向上指（B B飞机），表示下滑道在飞机的上面。飞机），表示下滑道在飞机的上面。5/1/202355下滑信标辐射场和偏离指示5/1/2023563

19、指点信标系统指点信标系统 指点信标台发射频率均为指点信标台发射频率均为75MHz75MHz。而调制频率。而调制频率和台识别码各不相同，以便使飞行员识别飞机和台识别码各不相同，以便使飞行员识别飞机在哪个信标台上空。在哪个信标台上空。航道指点信标台安装在沿着着陆方向的跑道中航道指点信标台安装在沿着着陆方向的跑道中心线延长线上。心线延长线上。在飞机飞越各指点信标台上空时，对应的指点在飞机飞越各指点信标台上空时，对应的指点信标指示灯亮，且可听道各指点信标台所发射信标指示灯亮，且可听道各指点信标台所发射的不同的音频编码键控调制。的不同的音频编码键控调制。5/1/2023575/1/202358小结小结

20、一、一、ILS的功用及着陆等级的功用及着陆等级 二、系统组成及地面设备配置二、系统组成及地面设备配置(三个分系三个分系统统)三、三、ILS系统的基本原理及显示系统的基本原理及显示5/1/202359思考题LOC 、G/S、MB功用什么是决断高度？航向信标系统发射与接收及显示情况下滑道信标系统发射与接收及显示情况指点信标灯光指示和音频提示5/1/202360第四节第四节 无线电高度表无线电高度表5/1/202361一、无线电高度表的功用一、无线电高度表的功用1 1、功用、功用 测高范围为测高范围为0 025002500英尺，属于低高度无线高英尺，属于低高度无线高度表度表 主要用于飞机主要用于飞机

21、进近着陆进近着陆和和起飞阶段起飞阶段。无线电高度加到高度指示器，提供飞机相对地无线电高度加到高度指示器，提供飞机相对地面的高度显示。同时还通过输出接口供给机上面的高度显示。同时还通过输出接口供给机上其他系统，作为计算参数。其他系统，作为计算参数。5/1/2023622 2、无线电高度表的测高基础：、无线电高度表的测高基础：测高远离：测高远离：LRRALRRA天线向地面发射无线电波，经天线向地面发射无线电波，经地面反射后，再返回飞机。测高是测量电波地面反射后，再返回飞机。测高是测量电波往返传播的时间往返传播的时间tt。式中：式中：H H 飞机离地高度飞机离地高度 c c 电波传播速度电波传播速度

22、因此，测高利用无线电的两个特性：因此，测高利用无线电的两个特性：无线电从地面的反射特性无线电从地面的反射特性 电波传播速度是常数电波传播速度是常数 （3 310108 8米米/秒）秒）cHt25/1/2023633 3、地面对电波的反射的类型：、地面对电波的反射的类型：？镜面反射镜面反射 散射（叫漫反射）散射（叫漫反射）漫反射的条件：地面不平度波长漫反射的条件：地面不平度波长因此，无线电高度表应使地面成漫反射，而因此，无线电高度表应使地面成漫反射，而不是用镜面反射。不是用镜面反射。若地面为镜面反射时，飞机倾斜或俯仰时，若地面为镜面反射时，飞机倾斜或俯仰时，接受不到地面反射信号接受不到地面反射信

23、号4 4、工作频率：、工作频率：4300MHz（c波段）波段）使用较高频率，使地面成漫反射。使用较高频率，使地面成漫反射。5/1/2023645 5、无线电高度表的类型、无线电高度表的类型根据测量电波传播时间根据测量电波传播时间tt的方法不同，可分为：的方法不同，可分为：普通普通FMCWFMCW高度表高度表 属于频率无线电测距系统属于频率无线电测距系统 等差频等差频FMCWFMCW高度表高度表 脉冲式高度表脉冲式高度表 属于脉冲测距系统属于脉冲测距系统5/1/202365二、无线电高度表的组成二、无线电高度表的组成5/1/2023661、无线电高度显示（、无线电高度显示（RADH）RA显示从显

24、示从-202500英尺，字是白色，大于英尺，字是白色，大于2500英尺，显示空白。英尺，显示空白。5/1/202367 2、决断高度显示、决断高度显示DH显示在显示在RA的上面，字是绿色。包括的上面，字是绿色。包括DH后面跟着是后面跟着是选定的决断高度。选定的决断高度。EFIS控制板上控制板上DH选择范围是选择范围是-20999英尺。显示范围是英尺。显示范围是0999英尺。如果选择英尺。如果选择DH是负值，则显示空白。是负值，则显示空白。5/1/202368 3、决断高度警戒、决断高度警戒当飞机下降到当飞机下降到DH高度以下时，高度以下时，RA从白色变成从白色变成黄色，黄色，DH显示从绿色变成

25、黄色，并在开始的显示从绿色变成黄色，并在开始的三秒期间，字母三秒期间，字母DH闪亮。有的飞机还出现音闪亮。有的飞机还出现音响信号。响信号。5/1/202369 4、决断高度警戒结束、决断高度警戒结束决断高度警戒可以自动结束或人工复位。决断高度警戒可以自动结束或人工复位。自动结束出现在飞机着地或飞机爬升到自动结束出现在飞机着地或飞机爬升到比选定决断高度高比选定决断高度高75英尺时。人工复位英尺时。人工复位是通过按压是通过按压EFIS控制板上的复位按钮实控制板上的复位按钮实现的。现的。复位后，复位后，RA显示回到白色，显示回到白色，DH显示回显示回到绿色。到绿色。5/1/202370 5、无效数据

26、显示、无效数据显示当当RA或或DH数据无效时，分别出现黄色警告旗。数据无效时，分别出现黄色警告旗。5/1/202371三、三、LRRA系统工作原理系统工作原理 1、普通调频连续波（、普通调频连续波（FMCW）高度表测高原理）高度表测高原理设：中心频率为4300MHz，调制频率FM为100Hz，频移F为100MHz普通FMCW高度发射信号 5/1/202372 1、普通调频连续波（、普通调频连续波（FMCW）高度表测高原理）高度表测高原理测高原理：发射机发射信号一路经宽方向性天线发射到地面，取样部分发射信号直接加到接收机信号混频器（直达信号），与反射信号相混频。5/1/202373差频与高度的关

27、系差频与高度的关系 高度越高，差频越大，因此可用差频的大小来测量高度。高度越高，差频越大，因此可用差频的大小来测量高度。HcFFftdtdffffFMrrtb41普通普通FMCW高度表阶梯误差高度表阶梯误差 是指在一个调制周期内，一个脉冲（差频）所代表的高度。是指在一个调制周期内，一个脉冲（差频）所代表的高度。例如，发射信号的调制频率为例如，发射信号的调制频率为100Hz，频移为，频移为100MHz，则：，则：(Hz/米米)即频率刻度为即频率刻度为133Hz/米，也就是说高度变米，也就是说高度变1米，差频变化米，差频变化133Hz。因为因为1米米=3.28英尺，所以频率刻度为英尺，所以频率刻度

28、为40.5Hz/英尺。在整个测高范围英尺。在整个测高范围02500尺内，差频范围是尺内，差频范围是0101KHz。HHFb133103100101004865/1/2023742、等差频等差频FMCW高度表测高原理高度表测高原理 测高原理 在等差频FMCW高度表中，保持差频Fb和频段F不变，而调制周期TM是随飞机高度变化的。由于发射信号是调频连续波，而且差频保持不变，故叫等差频FMCW高度表。由于当飞机高度增加时电波往返传播时间t增加，因此需增大调频波的调制周期TM才能保持差频Fb不变。反之，当飞机高度减小时，电波往返传播时间t也减小，因此需减小调频波的调制周期。所以这种高度表实际上是用调制周

29、期TM的大小来测量高度的。5/1/202375四、影响四、影响LRRA性能的因素性能的因素1、飞机安装延时（、飞机安装延时（AID）校正）校正2、发射机对接收机泄漏信号的影响 因此，发射功率不能太大，通常小于0.5瓦，接收机灵敏度不能太高，这就限制了无线高度表的测高范围 5/1/2023763、多路径发射干扰多路径反射的弱信号也会被放大，而产生虚假的高度指示 减小多路干扰的方法是：如等差频FMCW高度表，搜索要从零高度向高高度搜索，保证跟踪最先到达的一次反射信号，就锁定到这个正确高度上（最短距离）。在普通FMCW高度表中，使用跟踪滤波器（频谱滤波器），跟踪最低差频，可滤除多路径反射信号产生的差

30、频5/1/2023774、散射干扰 5、多设备安装减小互相干扰的方法 6、飞机倾斜和俯仰时对测高的影响5/1/202378小结 一、无线电高度表的功用一、无线电高度表的功用 二、无线电高度表的组成二、无线电高度表的组成 三、三、LRRA系统工作原理系统工作原理 四、影响四、影响LRRA性能的因素性能的因素5/1/202379思考题说明无线电高度表的功用，量程。说明无线电高度表的简单工作原理（高度和频率的关系）在有EFIS的飞机上，高度是如何显示的？（即在EADI上的显示内容）高度表DH报警、ALT报警的出现及其复位方法5/1/202380第五节 全球导航定位系统 GPS的功用与特点 GPS的系

31、统组成与工作频率 GPS地面支持网的组成 卫星导航电文 伪码测距原理 GPS用户设备 GPS信号处理 GPS工作方式 系统检查和使用5/1/202381一、一、GPS 的功用与特点的功用与特点 卫星导航是利用人造地球卫星来进行导航,相当于把导航台搬到天上,卫星是空间导航台.导航星全球定位系统（Navstar Global Positioning System），简称GPS系统。特点:GPS系统可在全球范围内，全天候为海上、陆上、空中、空间的用户连续地提供高精度的位置、速度和时间信息，并且有良好的抗干扰和保密性能，对导航定位、大地测量，以及精密授时等均具有重要意义。5/1/202382 GPS系

32、统有21 颗工作卫星和 3 颗在轨的备用卫星，它们平均配置在六个轨道上。卫星发射用伪随机码（伪码）调制的两种频率；L11575.42MHZ,L21227.6MHZ。用户设备用测量到几颗卫星的距离的方法，来确定观察点的位置。GPS系统能连续提供三维位置（经度、纬度、高度）、三维速度和时间，实现近乎实时的导航定位。5/1/202383 伪码有 P码、CA码、Y码三种。P码信号，定位精度高，保密性好，仅供美军和特许用户使用，实时定位精度优于16米，测速精度优于 0.l米秒，授时精度优于 0.1微秒。CA码信号供一般用户使用，定位精度可达 2 0 4 0 米.美 国 采 用 S A(s e l e c

33、 t i v e Availability)技术,把C/A码的定位精度限制在100米范围.CA码采用差分 GPS技术，可以达到米级的定位精度；供测地用的采用无码技术的用户设备，可以达到厘米级的相对定位精度。5/1/202384 P码的精度高，但编制 P码的方程式早已公开。美国计划在必要时要实施 AS（Antispoofing反电子欺骗）政策，将 P码加密编译成 Y码，Y码的编制方程式严格保密。Y 码用于有潜在威胁的军事环境中。5/1/202385二、二、GPS的系统组成与工作频率的系统组成与工作频率 该系统由地面支持网、空中卫星群和用户设备三个子系统组成。5/1/202386 1、地面支持网：

34、监控卫星并根据测算结果向卫星提供时间改正参数、卫星星历等资料。2、空中卫星群：卫星接收来自地面站的信息，并向用户发射以 CA 码和 P 码调制的、带有时间信息和卫星星历等导航参数的1575.42MHz和 1227.60MHz两种载波频率的信号。3、用户设备：接收卫星发射的时间信号和卫星轨道信息，求得卫星位置，利用时间信号和伪码相关测量卫星到测者的伪距，并由计算机解算用户位置、速度等参数。5/1/202387GPS系统的地面支持网系统的地面支持网 组成：GPS系统的地面支持网由五个监测站、一个主控站和四个注入站组成。太平洋太平洋南大南大西洋西洋印度洋印度洋北太平洋北太平洋5/1/202388工作

35、概况：监测站收集卫星及当地气象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等导航信息，然后由注入站每隔8h向卫星发送一次，更新卫星资料，以便卫星向用户设备转发导航信息。GPS系统的地面支持网系统的地面支持网5/1/202389 一、监测站一、监测站监测站（MS）有5个，分别设在太平洋的夏威夷、科罗拉多的斯普林斯、马绍尔群岛的夸贾林岛、印度洋的迪戈加西亚岛、南大西洋的阿森松岛等。每个监测站有一台用户接收机，若干台环境数据传感器，一架原子钟和一台计算机信息处理机.它的任务是对所有视见卫星每1.5s测量一次距离数据；监测导航信息；收集当地环境气象数据；（通过环境传感器收集当地的气象数据，为了计算对

36、流层校正数据）.监测站的计算机控制所有数据的收集，并将得到的数据存贮，然后把这些数据送到主控站。5/1/202390 二、主控站二、主控站 主控站（MSC）设在美国科罗拉多州斯普林斯的联合空间工作中心。它负责对系统控制部分的运转实行全面的控制。具体任务是：提供GPS系统的时间基准；处理由各监控站送来的数据,编制各卫星的星历；计算各卫星钟的偏差和电离层校正参数等，然后把不断更新的导航信息送到注入站再转发给卫星。监测站每6秒钟将其所测得的卫星距离信息和气象数据发送给主控站，主控站对测量结果中各种已知的偏差如电离层延时，对流层折射等进行修正；然后进行一次数据处理,得到卫星位置、卫星速度、卫星的时钟偏

37、差等估值：然后按一定格式转化为导航电文送入注入站.5/1/202391三、注入站三、注入站 目前注入站有4个，分别位于美国的科得角，南大西洋的阿森松岛，印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的马绍尔群岛的夸贾林岛。注入站为主控站和卫星之间提供接口关系。它用 1754MHz1854MHz的频率向卫星注入有关数据。注入数据有用户导航信息（包括时钟校正参数、大气校正参数、卫星星历及全部历书数据)。5/1/202392三、卫星导航电文 导航电文是卫星提供给用户的信息，它包括卫星状态(卫星的健康状态)、卫星星历、电离层修正参数和卫星钟偏差校正参数以及时间等内容。5/1/202393 一、导航电文及其格式 导航电文

38、是二进制文件，它是按一定格式组成数据帧，按帧向外播送。每颗卫星的数据占用一帧.一帧由5个子帧组成一个帧。一帧50个字,每个字30个码位,共1500个码位,时间30s.每个子帧10个字,时间6s.头2个字为遥测字(TEL)和转换字(HOW),由星载设备产生,后8个字为导航电文,由地面站注入给卫星.25个帧组成一个主帧.一个主帧是一个完整的历书,历书包括了所有在轨卫星的简略星历数据.(一帧)导航电文的结构图5/1/202394 1.TEL：遥测码 每个子帧的第一个字码为遥测字（TEL），遥测字头8位作捕获导航数据的前导；随后14位是遥测电文，内容包括地面注入数据的状态，诊断信息等，指导用户是否选用

39、该卫星。2.HOW:转换码 每个子帧的第二个字码为转换码.它可以辅助用户从捕获的C/A码转换到捕获P码.3.导航信息:每个子帧中的后8个字为导航信息或专用电文,是由地面控制站注入给卫星的。5/1/202395四、伪码测距原理 上一行是接收到的卫星伪码信号，下一行是接收机产生的伪码信号，它的格式与卫星的伪码相同，由接收到的卫星伪码信号相对于接收机产生的伪码信号的延迟量，就可得卫星与用户接收机之间的距离。这种未经修正的距离称为伪距。5/1/202396五、五、GPS用户设备用户设备 GPS用户设备包括GPS接收机及其天线，并包括内部配套的或外部选装的控制显示设备。接收机和天线是用户设备的核心部分。

40、它的主要功能是接收GPS系统的卫星信号并进行处理、量测和数据输出。波音747-400飞机上有两套GPS接收机和天线，其机载GPS接收机称为GPS传感组件（GPSSU），它接收信号后算出飞机位置，并更新GPS时钟。这些数据送给飞行管理计算机系统（FMCS），飞机状态监控系统（ACMS）和数据管理组件（DMU）。在FMCS中的导航功能为利用GPS和其他导航传感器一起综合计算飞机位置，并能在CDU上读出。5/1/2023975/1/202398六、六、GPS信号处理信号处理、射频部分、射频部分 射频部分的GPS天线接收卫星信号，此信号经滤波和放大然后送到A/D转换器。、A/DA/D转换器转换器 将模

41、拟信号转换成数字信号，以便进行数字信号处理。5/1/202399、处理器、处理器 信号处理器控制信号的捕获跟踪、测量时间、决定信号的有效性和数据解码。处理器有12通道，可同时处理12个卫星的信号。其中某几个通道用以对已跟踪卫星处理数据，而另外几个通道用以搜索捕获新出现的卫星。5/1/2023100、ARINC429ARINC429接受器接受器 从IRU送来的数据，一部分用于初始方式，另一部分用于当跟踪卫星不足4颗时的辅助方式。、导航计算、导航计算 利用从卡尔曼滤波器来的对4颗跟踪卫星作导航位置计算和更新，以确定用户的实时位置。、GPSGPS时钟时钟 GPS时钟必需由上述导航解去更新，不断算出时

42、钟偏差。5/1/2023101、ARINC429ARINC429发送器发送器 不断更新的GPS位置，速度和时钟数据等信息由此发送给飞行管理计算机（FMC），并送到数据管理组件（DMU）。GPS接收机的输出数据为：机载GPS接收机可以提供给飞行员的信息有：经度，纬度，高度，精确时间和地速。5/1/2023102、连续自检（、连续自检（BITEBITE）监测器）监测器 连续地对GPSSU处理器、卫星数据、A/D转换器和射频信号完好性进行监测，当检测到重要故障时，进入GPS故障方式。、非易失性存贮器（、非易失性存贮器（NVMNVM）当检测到一个故障后，NVM记录了这个故障，以便今后被车间维修所调用。

43、当NVM填满后，新的故障记录将取代最老的故障记录。5/1/2023103、接收机自治式完好性监测（、接收机自治式完好性监测（RAIMRAIM）接收机自治式完好性监测（RAIM）用以对卫星测量进行误差的检测和隔离，从对5颗卫星进行测距提供数据余度，因而可作完好性检查，RAIM的算法解出完好性质量指标称为水平完好性极限（HIL），FMC可以根据此HIL决定其数据是否可用。如果对6颗卫星测量，则可以判断出那个卫星不好。因而可以从导航解组合中排除这颗卫星。5/1/2023104 七、七、GPSGPS工作方式工作方式、初始方式、初始方式 通电后先进入初始方式，同时进行自测试，其信号处理部分接受从IRS输

44、入的初始位置（纬度、经度和高度）数据，此时无导航或测量输出，30秒钟后GPSSU进入捕获方式。、捕获方式、捕获方式 GPSSU寻找并跟踪锁定卫星信号，在开始计算GPS数据以前至少捕获四颗卫星的信号。从初始方式输入的时间位置和高度数据可以算出当前应能见到那些卫星。如果没有时钟和惯性位置可用，则捕获时间就要较长，约需10分钟，直至捕获并跟踪到四颗以上卫星。正常捕获方式约56分钟。5/1/2023105、导航方式、导航方式 在跟踪锁定了至少4颗卫星以后，进入导航方式，GPSSU测定并算出位置、速度、加速度和时间，可以供输出。当跟踪锁定不足4颗卫星，则GPSSU进入高度支助方式。、高度辅助方式、高度辅

45、助方式 利用IRS的惯性高度加上地球半径参与计算，这样只要能跟踪着3颗卫星，就能算出飞机位置和其他数据，当重新跟踪4颗卫星后，立即恢复导航方式。5/1/2023106、推测方式、推测方式 当跟踪着的卫星少于3颗，GPSSU进入推测方式，这时从IRU送来高度、航迹角、地速数据进行计算，此方式只能维持30秒短时间，30秒钟后仍然不能跟踪4颗卫星，GPSSU返回捕获方式。、故障方式、故障方式 如果出现重要故障，GPSSU进入故障方式，此时其输出数据无效。、自测试方式、自测试方式 通电开始自动进入自测试方式，由软件程序使其进入对各个电路的测试，以验证其正常工作，全部通过后自动进入初始方式。如果自测试失败，则自动进入故障方式。5/1/2023107八、系统的检查和使用5/1/2023108思考题GPS的系统的组成及各部分的功用机载GPS系统包括？机载GPS功用？GPS工作频率-1575.42MHZ工作方式