导航原理与系统Navigation Principles and Systems倪育德倪育德中国民航大学中国民航大学第4章 测距机4.1 概述 4.2 DME的基本工作过程4.4 DME系统的工作特征 4.5 DME询问器 4.6 LDB-101测距机信标 Navigation Principles and Systems4.3 DME系统在导航中的应用4.1 概 述一、一、DMEDME的发展历史的发展历史 由英国在二战间研制的Rebecca-Eureka系统演变而来； 1959年被ICAO采纳为国际标准导航系统； DME的装备量在世界范围内呈上升趋势。DME是高精度的近程脉冲（时间）测距导航系统CAUC4.1 概 述二、二、DMEDME的发展趋势的发展趋势CAUC4.2 DME的基本工作过程图片说明：DME信标常与DVOR信标合装在同一台站，但DME信标也可 与ILS的下滑信标合装。图中表示的是DME信标与DVOR信标合装的情况 ，在圆周上布置的天线为DVOR天线，而直立的是DME信标的天线。 CAUC4.2 DME的基本工作过程一、一、DMEDME测量的斜距测量的斜距斜距R飞行高度H水平距离R0DME信标 （应答器）DME机载系统 （询问器） 若8（HR），则RR0 ，其误差不会超过1； 在飞行的绝大部分时间内，都满足8（HR）。CAUC二、工作框图与时序（二、工作框图与时序（1 1）4.2 DME的基本工作过程定时器编码器发射机接收机译码器距离 计算指示器I接收机译码器延时器编码器发射机机载询问器地面应答器A询问RF信号应答RF信号BCDEFGHJACAUC4.2 DME的基本工作过程二、工作框图与时序（二、工作框图与时序（2 2）12/36s 12/30s T2 T1 T1 T0 T 发射时刻 接收时刻 A B C D EFGHIJT1：RF询问/应答在空间的传播时间 视频询问 RF询问 应答器译码脉冲 视频应答 RF应答 询问器译码脉冲 T2：应答器“延时器”的延时（可调） T0：信标的固定（系统）延时 T：发射时刻与接收时刻的时差 电波单程传播时间为：T1=0.5(T T0) CAUC4.2 DME的基本工作过程二、工作框图与时序（二、工作框图与时序（3 3）机载询问器测到的飞机与DME地面台之间的斜距R为 机载询问器计算的斜距R以海里（nm）为单位显示于十进制的距离指示器上。若时间以微妙计算，距离以海里计算，则得 12.359（s）是电波往返1nm所经历的时间。 CAUC4.2 DME的基本工作过程三、三、DMEDME的一般特性的一般特性 近程脉冲（时间）测距系统 电波采用视距传播，电波的极化形式为垂直极化 DME的分类 窄频谱特性的DME（DME/N） 宽频谱特性的DME（DME/W） 精密DME（DME/P） 辐射功率与作用距离 航路DME：辐射功率1kW，作用距离200nm 终端DME：辐射功率100W，作用距离25nm 系统延时（T0） 航路DME： T0必须设置在50s 终端DME： T0可以不设置在50s DME/N的精度：优于0.5nm（2） CAUC一、定位一、定位NMLALBVOR/DME 定位 定位4.3 DME系统在导航中的应用DME-CMrArBrCLALBLCDME-A DME-BCAUC二、计算地速和到台时间二、计算地速和到台时间4.3 DME系统在导航中的应用斜距R飞行高度H水平距离R0 DME应答器DME询问器 测量斜距：R(t) 计算地速： 计算到台时间（TTS）：TTS=R(t)/KTS CAUC三、避开保护空域和飞行等待三、避开保护空域和飞行等待4.3 DME系统在导航中的应用DME台R=常数飞行等待避开保护空域CAUC四、利用四、利用VOR/DMEVOR/DME实施近进实施近进4.3 DME系统在导航中的应用CAUC五、利用五、利用DME/DMEDME/DME或或VOR/DMEVOR/DME实行区域导航实行区域导航4.3 DME系统在导航中的应用CAUC一、一、系统的工作频段与波道（系统的工作频段与波道（1 1）4.4 DME系统的工作特征 工作频段：9621213MHz 机载询问RF：10251150MHz，f=1MHz，共有126个 询问RF 地面应答RF：9621213MHz，f=1MHz，共有252个 应答RF f 询问 f应答 =63MHz Y波道X波道1个询问RF2个应答RFCAUC4.4 DME系统的工作特征 一、系统的工作频段与波道（一、系统的工作频段与波道（2 2）YXX 126个X波道：1X，2X， ，126X 126个Y波道：1Y，2Y， ，126Y DME共有252个波道， 但有52个波道（116X 、Y，6069X、Y）通 常不用。CAUC4.4 DME系统的工作特征 一、系统的工作频段与波道（一、系统的工作频段与波道（3 3）DME只使用252个波道中的200个波道的原因： VOR有160个波道，ILS有40个波道，它们一共只有 200个波道； 为了避免DME与SSR之间可能产生的相互干扰： SSR的询问RF频率为1030MHz（69Y），应答RF频 率为1090MHz（3Y）。CAUC4.4 DME系统的工作特征 一、系统的工作频段与波道（一、系统的工作频段与波道（4 4）对于第N（N=1,2,126）波道 X波道 f询问=1025+（N1） MHz，1N 63 f应答= f询问63MHzY波道 f询问=1025+（N1） MHz，1N 63 f应答= f询问+63MHz X波道 f询问=1025+（N1） MHz，64N 126 f应答= f询问+63MHzY波道 f询问=1025+（N1） MHz，64N 126 f应答= f询问63MHz CAUC二、脉冲编码格式（二、脉冲编码格式（1 1）4.4 DME系统的工作特征 3.5s12s12s3.5s36s30s询问 脉冲对应答 脉冲对询问 脉冲对应答 脉冲对Y波道X波道高斯包络询问/应答 RF脉冲对CAUC4.4 DME系统的工作特征 二、脉冲编码格式（二、脉冲编码格式（2 2）上升时间：tr=2.50.5s 下降时间：tf=2.50.5s 脉冲宽度：=3.50.5s 脉冲对间隔询问X波道120.5s 询问Y波道360.5s 应答X波道120.5s 应答Y波道300.5s CAUC二、机载询问器的询问（二、机载询问器的询问（1 1）1.询问器的工作状态 4.4 DME系统的工作特征 搜索状态：询问器在不断发射询问信号的过程中，搜寻应答器对 自己询问的应答信号，并初步确定这一应答信号相对于发射时刻 的时间间隔的过程。搜寻时间一般小于1s。在搜寻阶段，距离指示 器不给出距离读数。 跟踪状态：随着飞机与地面台之间距离的变化，询问器能够自动 跟踪应答器对自己的应答信号，得到连续的距离读数。 记忆状态（类跟踪状态）：距离计算电路根据信号丢失前已知的 距离变化率连续更新距离读数。 搜索 状态跟踪 状态记忆 状态超过了记忆时间（412s） 在记忆期（412s）内重新获得应答 CAUC4.4 DME系统的工作特征 二、机载询问器的询问（二、机载询问器的询问（2 2）2.询问脉冲对的重复频率 搜索状态：询问脉冲对重复频率（PRF）=40150对/ 秒（Hz） 跟踪状态：询问PRF=1030Hz 记忆状态：询问PRF=1030Hz地面信标台每秒中辐射的脉冲对的数量存在一 个最大值（上限）CAUC4.4 DME系统的工作特征 二、机载询问器的询问（二、机载询问器的询问（3 3）3.询问器对自己应答信号的同步识别DME信标ABCD询问器采用“频闪搜索”技术，从众多 的应答信号中识别出对自己的应答信号。T1T2ABT3T4T1T2T3T4每一架飞机发出的相邻询问脉冲对之间的间 隔T是随机的，并且两个飞机发出询问的这种随 机性不可能相同。询问信号的这种随机性，导致了应答脉冲对 的间隔也是随机的。CAUC4.4 DME系统的工作特征 二、机载询问器的询问（二、机载询问器的询问（4 4）4.询问器的自动等待DME信标ABCD 询问器的自动等待是询问器刚开 始请求某一地面台服务时所处的一 种判断自己是否发射询问脉冲对的 状态。 询问器处于自动等待状态时，不发射询 问信号，只是接收地面台辐射的信号。 询问器只有当1s钟内所接收到的应答脉冲 对数量超过650（或450）时，它才结束自动 等待状态而转为搜索状态。CAUC4.4 DME系统的工作特征 二、机载询问器的询问（二、机载询问器的询问（5 5）自动等待 Rx接收 Tx不发射搜索 Rx接收 Tx发射 PRF=90Hz跟踪 Rx接收 Tx发射 PRF=22.5Hz记忆 Rx接收 Tx发射 PRF=22.5Hz1s内接收的脉冲对 数量超过450连续15次询问 中收到7次有效 应答不能保持“7/15”重新满足“7/15”记忆时间超过11.2sCAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（1 1）地面应答器辐射的信号共有3种 对询问信号的应答脉冲对转发脉冲对 填充脉冲对 识别脉冲对1.应答脉冲对（1） 应答率：单位时间内应答器发射的脉冲对的平均 数量，即发射的脉冲重复频率（PRF）。 应答效率：CAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（2 2）1.应答脉冲对（2） 最大应答率的计算DME的容量 为100架A/C95架A/C处于跟踪状态，询问PRF=24Hz5架A/C处于搜索状态，询问PRF=150Hz100架A/C 1s内发射的总询问数：3030信标台的应答效率小于100%信标台的最大应答率为：270090HzCAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（3 3）1.应答脉冲对（3） 接收机译码器延时器编码器发射机询问RF信号应答RF信号最大应答率 检测AGC 电路一旦检测到应答率大于2700Hz（过响应），则 AGC电路被启动，接收机中放增益降低。 CAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（4 4）1.应答脉冲对（4） DME信标ABCD一旦出现过响应，则 应答器的服务距离将逐渐 变小。 CAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（5 5）2.填充脉冲（1） DME信标如果应答器采用“有问才有答”的设计原则，将 会出现什么情况？ CAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（6 6）2.填充脉冲（2） 信标台存在最小应答率 ICAO规定，信标台的最小应答率应尽可能接近 700Hz。但实际DME信标大多采用1000Hz左右的最小 应答率。 填充脉冲是维持信标台最小应答率的一种脉冲 填充脉冲数=最小应答脉冲数转发脉冲数 （ 时间为在1s内） 一旦转发脉冲数达到或超过最小应答脉冲数，填充 脉冲便不复存在。 （时间为在1s内）CAUC4.4 DME系统的工作特征 三、地面应答器的应答（三、地面应答器的应答（7 7） 2.填充脉冲（3） 译码脉冲数 填充脉冲数 辐射脉冲数 0 1000 1 999 2 998 . . . 999 1000 1 0 1001 0 1002 0 . . . 2699 2700 2701 . . 3500 0 0 0 0 1000 1000 1