地基无线电导航基本原理及系统简介

第一章 绪论\n\n1.1 无线电导航的定义与地位\n无线电导航是利用无线电波在空间中的传播特性，确定运动载体（飞机、船舶、车辆、人员等）的位置、速度、航向和时间等信息的技术。与卫星导航、惯性导航、天文导航相比，地基无线电导航具有自主性强、抗干扰能力好、不受外部系统授权限制等优势，至今仍是航空、航海和特种应用领域不可或缺的导航手段。\n\n1.2 地基无线电导航的分类体系\n按测量参数可分为：测角系统（伏尔VOR、测向仪）、测距系统（测距仪DME）、测距差系统（罗兰C、台卡）、测距和/测角组合系统（塔康TACAN、伏尔/DME）。按作用距离可分为近程、中程、远程和超远程系统；按信号体制可分为脉冲式、连续波式和复合式。\n\n1.3 发展脉络\n从二十世纪二十年代的四航道无线电航向信标，到二战期间的仪表着陆系统和罗兰A，再到战后罗兰C、伏尔/DME、塔康的大规模部署，地基无线电导航经历了从简单到复杂、从单一参数到多参数组合、从模拟到数字的演进过程。\n\n第二章 无线电导航的物理基础\n\n2.1 无线电波的传播特性\n地基无线电导航主要利用地波、空间波和天波（在特定系统中）传播。低频和甚低频段地波衰减小、传播稳定，适合远程和超远程导航；甚高频和特高频段以视距空间波为主，适合近程精密导航。传播路径中的大气折射、多径效应和地形地物影响是误差分析的重要内容。\n\n2.2 基本测量参量\n（1）幅度——用于信号检测与识别；（2）频率——多普勒频移可测速，频率标准决定系统精度；（3）相位——提供高精度测量，但存在整周模糊度问题；（4）传播时间——对应距离测量，是测距系统的基础；（5）到达角——通过幅度或相位比较确定方位。\n\n2.3 定位几何原理\n基于测距的圆定位（两个距离交会）、基于测距差的球面双曲定位（三个以上台站）、基于测角的直线定位以及组合定位。导航解算中的几何精度因子（GDOP）决定了台站几何布局对定位精度的影响。\n\n第三章 地基无线电导航系统基本原理\n\n3.1 测角原理\n（1）振幅比较法：通过旋转定向天线或比幅原理确定信号来向；（2）相位比较法：利用间隔天线单元接收同一信号的相位差求解到达角；（3）多普勒测角：旋转天线产生多普勒调制，解调后获得方位信息。伏尔系统即采用旋转心形方向图实现全方位测角。\n\n3.2 测距原理\n基于信号往返传播时间（如DME询问-应答体制）：距离等于光速乘以传播时延的一半，需扣除机载和地面设备的固定延时。应答式测距可有效解决收发同步问题，是航空近程导航的标准做法。\n\n3.3 测距差（双曲）原理\n用户接收多个同步发射台的信号并测量到达时间差，每一时差对应一条双曲面（平面近似为双曲线），多条双曲线交会即得位置。罗兰C采用脉冲相位结合体制：用脉冲包络消除相位测量的多值模糊，用载波相位提高测量精度，实现远程高精度定位。\n\n3.4 组合导航与自主完好性\n塔康将测距与测角集于一体，提供极坐标定位；伏尔/DME组合提供方位和距离信息。地基系统还可通过信号质量监测和误差模型实现对系统完好性的初步保障。现代接收机普遍采用多系统融合与卡尔曼滤波提高精度和连续性。\n\n第四章 典型地基无线电导航系统简介\n\n4.1 伏尔（VOR）\n工作于108～117.95兆赫，提供磁方位信息，分为常规伏尔、多普勒伏尔和精密伏尔。其覆盖范围取决于视距，常用于航路和终端区导航，与DME配对构成航线导航的基础设施。\n\n4.2 测距仪（DME）\n工作于960～1215兆赫，询问-应答脉冲体制，提供斜距测量。测距精度高、抗干扰能力强，与VOR、仪表着陆系统和区域导航配合使用。\n\n4.3 塔康（TACAN）\n工作于960～1215兆赫，军民两用，同时提供方位和距离。采用脉冲调制和旋转天线测角，测角误差表现为随方位变化的周期性误差，是战术航空导航的主流系统。\n\n4.4 罗兰C（LORAN-C）\n工作于100千赫频段，脉冲相位双曲体制，作用距离可达上千公里，曾是大规模海事和航空远程导航系统。其地波传播稳定、具有天波识别能力，具备一定的抗干扰和低噪声定位特性，近年在增强定位和授时服务方向有复兴趋势。\n\n4.5 其他系统\n包括台卡、奥米伽（已停用）、仪表着陆系统的航向与下滑信标、雷达信标应答器等，按其测量参量和技术体制简要介绍。\n\n第五章 导航误差与性能指标\n\n主要误差源包括台站位置误差、传播误差（大气折射、地波附加二次相位因子ASF）、接收机测量噪声和时间同步误差。系统性能指标一般采用精度（圆概率误差两倍均方根）、覆盖范围、可用性、连续性和完好性来表征。地基系统必须通过信号质量监控和数据校正手段保证其性能满足使用要求。\n\n第六章 地基无线电导航的干扰、抗干扰与现代化\n\n干扰形态包括连续波干扰、脉冲干扰、欺骗与压制以及空间环境噪声。对策包括提高接收机动态范围、窄带滤波、相关检测和综

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