全向信標(biāo)導(dǎo)航中多普勒效應(yīng)的應(yīng)用分析

張?zhí)N菁

中國(guó)民用航空局華北地區(qū)空中交通管理局 北京 100621

引言

飛機(jī)航行需要在導(dǎo)航信號(hào)的引導(dǎo)下才能處在規(guī)定航線(xiàn)中，若是信號(hào)傳輸出現(xiàn)問(wèn)題，那么飛機(jī)就無(wú)法準(zhǔn)確判斷當(dāng)前所處位置，同時(shí)地面管控也無(wú)法尋找到飛機(jī)位置，這樣就極易導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)飛行風(fēng)險(xiǎn)。在近幾年發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)也在對(duì)這一信號(hào)傳輸與定位系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，目的就是在飛機(jī)航行過(guò)程中能夠保證其飛行安全性，同時(shí)對(duì)飛機(jī)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。因此在發(fā)展過(guò)程中，全向信標(biāo)導(dǎo)航應(yīng)運(yùn)而生，在應(yīng)用過(guò)程中多普勒效應(yīng)為飛機(jī)準(zhǔn)確定位與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸帶來(lái)了幫助，那么全向信標(biāo)導(dǎo)航到底具有怎樣的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，多普勒效應(yīng)的作用價(jià)值與優(yōu)勢(shì)又有哪些，本文就對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析。

1 多普勒效應(yīng)

1.1 多普勒定義

其實(shí)最簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，多普勒就是將電磁波通過(guò)特殊媒介將信息進(jìn)行傳輸?shù)囊环N信號(hào)傳播方式。一般情況下，若是要利用電磁波對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中就會(huì)因?yàn)樾盘?hào)頻率與接收方信號(hào)頻率問(wèn)題導(dǎo)致其接收效率受到影響，并且在信號(hào)傳播過(guò)程中還會(huì)受到外界運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的影響，導(dǎo)致頻率輸送與接收出現(xiàn)一定差異，最終影響到信號(hào)傳遞質(zhì)量與效率。在應(yīng)用了多普勒技術(shù)后，在電磁波傳輸過(guò)程中，其頻率差異就可以得到準(zhǔn)確判斷，那么在傳輸過(guò)程中就可以通過(guò)判斷出的頻率差異對(duì)傳輸頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以有效降低接收方信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題[1]。

1.2 發(fā)射與接收頻率對(duì)比

在實(shí)際信號(hào)傳輸過(guò)程中，為了保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與有效性，就需要對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，在調(diào)整過(guò)程中就需要對(duì)接收機(jī)與接收頻率通過(guò)以下方式進(jìn)行改變，如：發(fā)射機(jī)在運(yùn)行中輸出F信號(hào)，且運(yùn)行過(guò)程發(fā)射與接收信號(hào)過(guò)程存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度就用V表示，那么最終接收機(jī)收取到的信號(hào)就會(huì)變成Fr。所以說(shuō)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，信號(hào)傳輸與接收過(guò)程會(huì)受到運(yùn)動(dòng)的影響出現(xiàn)變化，同時(shí)接收到的信號(hào)也會(huì)直接出現(xiàn)增量值，這一現(xiàn)象的專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)叫作多普勒頻移。應(yīng)用多普勒進(jìn)行優(yōu)化的目的，就是為了保證信號(hào)傳輸與接收能夠保持一致，即在最大程度上讓輸出的F信號(hào)能夠在被接收時(shí)無(wú)限趨近于F，進(jìn)而有效提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性[2]。

1.3 旋轉(zhuǎn)信號(hào)分析

若是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以將接收設(shè)備與發(fā)射信號(hào)的距離明確出來(lái)，并將傳輸信號(hào)的范圍擴(kuò)大到接收設(shè)備與信號(hào)發(fā)射點(diǎn)半徑之外，就可以有效提高信號(hào)傳輸?shù)挠行?，并降低信?hào)傳輸與接收數(shù)值的差異。舉一個(gè)模擬案例，若是接收設(shè)備的位置處于發(fā)射點(diǎn)的正北方，那么在信號(hào)傳輸時(shí)由1點(diǎn)鐘方向發(fā)出，在傳輸?shù)耐瑫r(shí)做環(huán)繞逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)速率為p周/秒。那么此時(shí)對(duì)于接收設(shè)備來(lái)說(shuō)，只要發(fā)射點(diǎn)在1點(diǎn)鐘方向之時(shí)，那么其運(yùn)動(dòng)也只能是水平方向上的分量程度，其縱向位置運(yùn)動(dòng)并不成立，這一階段的Vd值也就是0，同時(shí)多普勒頻移Fd也是0，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)射點(diǎn)轉(zhuǎn)向了2點(diǎn)鐘方向，那么此時(shí)的發(fā)射信號(hào)與發(fā)射點(diǎn)也就都指向了接收設(shè)備方位，與此同時(shí)其運(yùn)動(dòng)值也就到達(dá)了頂點(diǎn)，并且和發(fā)射點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度相同，多普勒頻移Fd也會(huì)提升到最高。但是在運(yùn)行中發(fā)射點(diǎn)移動(dòng)到3點(diǎn)鐘方向，此時(shí)的多普勒頻移就會(huì)移動(dòng)回1點(diǎn)鐘，那么此時(shí)的Vd與Fd均為0。在發(fā)射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，發(fā)射點(diǎn)移動(dòng)到了4點(diǎn)鐘方向，信號(hào)發(fā)射點(diǎn)和接收設(shè)備的距離就會(huì)越來(lái)越大，同時(shí)速度也會(huì)隨之增加，最終多普勒頻移Fd出現(xiàn)最大負(fù)值。

2 全向信標(biāo)導(dǎo)航

2.1 地面臺(tái)信號(hào)

若是在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有分配兩個(gè)30Hz單獨(dú)調(diào)制信號(hào)，那么全向信標(biāo)發(fā)射機(jī)就會(huì)向載波信號(hào)與邊帶波信號(hào)發(fā)出輻射。一般情況下載波頻率為F0，那么其邊帶頻率也就是（F0+F0-）9960Hz（上下邊帶頻率）。在實(shí)際工作中，有關(guān)部門(mén)需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)載波信號(hào)兩端進(jìn)行控制，同時(shí)還要在空域條件下將其調(diào)整為調(diào)幅信號(hào)，以保證在運(yùn)行過(guò)程中能夠通過(guò)機(jī)載設(shè)備開(kāi)展基本工作。那么在實(shí)際工作中就需要將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)調(diào)整到載波信號(hào)位置，并應(yīng)用中央天線(xiàn)將信號(hào)發(fā)出，這樣就可以保證接收設(shè)備能夠?qū)⑿盘?hào)解析出來(lái)。在實(shí)際工作中若要獲取標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，那么就需要通過(guò)多普勒頻率移動(dòng)進(jìn)行調(diào)制。在信號(hào)傳輸過(guò)程中在上邊帶限幅作用下產(chǎn)生多普勒頻移Fd，此時(shí)接收設(shè)備獲取到的信號(hào)為F0+9960Hz加多普勒頻移，因?yàn)樯线吪c下邊的關(guān)系相對(duì)，所以信號(hào)頻率就是F0-9960Hz減多普勒頻移，此時(shí)再通過(guò)檢波工作就可以得到調(diào)頻副載波，最終鑒別后信號(hào)就是30Hz信號(hào)。

2.2 接收機(jī)處理

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，天線(xiàn)設(shè)備可以實(shí)時(shí)接收地面信號(hào)，在接收到信號(hào)后可以通過(guò)振幅以及電路檢波對(duì)信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行分析，同時(shí)還可以進(jìn)行帶通濾波工作，當(dāng)調(diào)頻信號(hào)接收完成后，系統(tǒng)就會(huì)利用限幅電路進(jìn)行處理，以保證其可以轉(zhuǎn)變成為可變信號(hào)；在信息收集過(guò)程中接收機(jī)還能夠獲取30Hz信號(hào)，那么此時(shí)相位對(duì)比器就會(huì)將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，飛行員就能夠在電磁指示器上了解方位信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上總結(jié)可以了解到，在當(dāng)前這一應(yīng)用技術(shù)不斷優(yōu)化的背景下，全向信標(biāo)導(dǎo)航的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有哪些，同時(shí)也了解到多普勒效應(yīng)能夠?yàn)樾畔鬏攷?lái)怎樣的幫助。那么在實(shí)際工作中，有關(guān)部門(mén)就需要對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行更加深入的探究，同時(shí)還要在時(shí)代發(fā)展背景下設(shè)計(jì)出更加高效的信息傳輸技術(shù)，以保證在實(shí)際工作中能夠有效提高數(shù)據(jù)傳輸與接收穩(wěn)定性，保證定位服務(wù)能夠更加精準(zhǔn)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)民航事業(yè)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展，并引導(dǎo)其步入現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中。