系統(tǒng)工作原理

無線電導(dǎo)航所使用的設(shè)備或系統(tǒng)有無線電羅盤、伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)、奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及發(fā)展中的“導(dǎo)航星”全球定位系統(tǒng)等。
無線電信號中包含4個電氣參數(shù):振幅、頻率、時間和相位。無線電波在傳播過程中，某一參數(shù)可能發(fā)生與某導(dǎo)航參量有關(guān)的變化。通過測量這一電氣參數(shù)就可得到相應(yīng)的導(dǎo)航參量。根據(jù)所測電氣參數(shù)的不同，無線電導(dǎo)航系統(tǒng)可分為振幅式、頻率式、時間式（脈沖式）和相位式 4種。也可根據(jù)要測定的導(dǎo)航參量將無線電導(dǎo)航系統(tǒng)分為測角（方位角或高低角）、測距、測距差和測速 4種?，F(xiàn)代還根據(jù)無線電導(dǎo)航設(shè)備的主要安裝基地分為地基（設(shè)備主要安裝在地面或海面）、空基（設(shè)備主要安裝在飛行的飛機(jī)上）和衛(wèi)星基（設(shè)備主要裝在導(dǎo)航衛(wèi)星上） 3種。根據(jù)作用距離分為近程、遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程和全球定位4種。

無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)
利用無線電波直線傳播的特性，將飛機(jī)上的環(huán)形方向性天線轉(zhuǎn)到使接收的信號幅值為最小的位置,從而測出電臺航向(見無線電羅盤),這屬于振幅式導(dǎo)航系統(tǒng)。同樣，也可利用地面導(dǎo)航臺發(fā)射迅速旋轉(zhuǎn)的方向圖，根據(jù)飛機(jī)不同位置接收到的無線電信號的不同相位來判定地面導(dǎo)航臺相對飛機(jī)的方位角（見伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)），這屬于相位式導(dǎo)航系統(tǒng)。測角系統(tǒng)可用于飛機(jī)返航（保持某導(dǎo)航參量不變，例如保持電臺航向?yàn)榱?引導(dǎo)飛機(jī)飛向?qū)Ш脚_)。幾何參數(shù)（角度、距離等）相等點(diǎn)的軌跡稱為位置線。測角系統(tǒng)的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機(jī)所在錐面與地平面的交線)。測出兩個電臺的航向就可得到兩條直線位置線的交點(diǎn)，這交點(diǎn)就是飛機(jī)的位置。

無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)
利用無線電波恒速直線傳播的特性。在飛機(jī)和地面導(dǎo)航臺上各安裝一套接收、發(fā)射機(jī)。飛機(jī)向地面導(dǎo)航臺發(fā)射詢問信號，地面導(dǎo)航臺接收并向飛機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)回答信號。飛機(jī)接收機(jī)收到的回答信號比詢問信號滯后一定時間。測出滯后時間就可算出飛機(jī)與導(dǎo)航臺的距離。利用電波的反射特性，測定由地面導(dǎo)航臺或飛機(jī)的反射信號的滯后時間也可求出距離。無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)的位置線是一個圓周，它由地面導(dǎo)航臺等距的圓球位置面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測距系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機(jī)在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點(diǎn)確定飛機(jī)的位置（圖2）。定位的雙值性（有兩個交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來消除。測距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。

無線電導(dǎo)航測距差系統(tǒng)
在飛機(jī)上安裝一臺接收機(jī)，地面設(shè)置2～4個導(dǎo)航臺。各導(dǎo)航臺同步地（時間同步或相位同步）發(fā)射無線電信號，各信號到達(dá)飛機(jī)接收機(jī)的時間滯后與導(dǎo)航臺到飛機(jī)的距離成比例。測出它們到達(dá)的時間差就可求得距離差。與兩個定點(diǎn)保持等距離差的點(diǎn)的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統(tǒng)的位置線是球面雙曲面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個地面導(dǎo)航臺可求得兩條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點(diǎn)即可定出飛機(jī)的位置（圖3）。定位的雙值可用第三條雙曲線來消除?，F(xiàn)代使用的測距差系統(tǒng)大多是脈沖式或相位式的。

無線電導(dǎo)航測速系統(tǒng)
這種系統(tǒng)大多是利用多普勒效應(yīng)工作的。安裝在飛機(jī)上的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)以窄波束向地面發(fā)射厘米波段的無線電信號。由于存在多普勒效應(yīng)，飛機(jī)接收到由地面反射回來的信號頻率與發(fā)射信號頻率不同,存在一個多普勒頻移,測出多普勒頻移就可求出飛行器相對于地面的速度（見多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)）。再利用飛機(jī)上垂直基準(zhǔn)和航向基準(zhǔn)給出的俯仰角和航向角，將徑向速度分解出東向速度和北向速度，分別對時間求積分即可得出飛機(jī)當(dāng)時的位置。多普勒測速系統(tǒng)的位置線也是雙曲線，它是由等多普勒頻移的錐面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成的。多普勒導(dǎo)航測速系統(tǒng)屬于頻率式（見飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)）。

我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
我國目前正在使用的主要有兩類。一類叫無方向信標(biāo)，也叫中波導(dǎo)航臺，英文縮寫為NDB；另一類是甚高頻全向信標(biāo)(縮寫為VOR)和測距儀(縮寫為DME)組成的系統(tǒng)。
在中波導(dǎo)航臺系統(tǒng)中，飛機(jī)使用可以轉(zhuǎn)動的環(huán)狀天線接收信號，當(dāng)測到電波最強(qiáng)的方向時，天線停止轉(zhuǎn)動，于是就測出電臺與飛機(jī)之間的方位。飛機(jī)按這個方向飛行，就能準(zhǔn)確地飛到電臺所在的位置。中波導(dǎo)航臺準(zhǔn)確性低并且容易受到天氣的影響，但它價格便宜，設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，所以世界上很多中小型機(jī)場和發(fā)展中國家的多數(shù)機(jī)場還在使用它。我國廣大的西部地區(qū)的機(jī)場也在使用這種系統(tǒng)。
甚高頻全向信標(biāo)臺使用甚高頻電波，直線傳播，不受天氣影響，準(zhǔn)確度高。VOR的天線在發(fā)射時不停地轉(zhuǎn)動， 發(fā)射出的信號按方向改變而改變。飛機(jī)收到VOR信號時，機(jī)上的儀表按照信號的頻率和強(qiáng)度變化自動指示出正北方向和飛機(jī)相對于發(fā)射臺的方向。VOR的作用有效范圍在200千米以內(nèi)。通常在航路上每隔150千米左右建立一個VOR臺。飛機(jī)根據(jù)航空地圖上標(biāo)出的VOR臺的位置， 就可以在航路上順利地飛行了。在使用VOR航路飛行時，駕駛員只能知道發(fā)射臺的方向，但不能確定飛機(jī)與發(fā)射臺之間的距離。當(dāng)測距儀系統(tǒng)與VOR配套使用后，這個問題就解決了。DME的地面發(fā)射臺和VOR臺建在同一地點(diǎn)或建在機(jī)場附近。它所使用的頻率是超高頻，頻率在1000兆赫左右。這套系統(tǒng)由飛機(jī)上的詢問機(jī)和地面臺站上的應(yīng)答機(jī)構(gòu)成。飛機(jī)上的詢問機(jī)向地面發(fā)出一對脈沖信號，這脈沖之間的間隔是隨機(jī)的，使不同飛機(jī)發(fā)出的信號都是不同的。地面應(yīng)答機(jī)接受到這對脈沖信號后發(fā)回同樣的一對脈沖信號。把發(fā)出信號和收到返回信號所消耗的時間與無線電波傳播的速度相乘，就可以算出飛機(jī)與地面站之間的距離。測距儀可以測量出的距離最遠(yuǎn)可達(dá)500千米，誤差僅為200米左右。在天空中飛行的各架飛機(jī)在詢問時所發(fā)出的脈沖對的間隔不同，在接收時只接收自己所發(fā)出的脈沖信號。同時有幾架飛機(jī)向地面站詢問時，它們的信號彼此不會混淆。VOR--DME系統(tǒng)的無線電波在天空中劃出一條明確的通道，這條空中通道就叫航路。飛機(jī)在航路上飛行，隨時可以從儀表上得知自己的航向和位置，根據(jù)地面管制員的調(diào)度，一個接一個地按航路點(diǎn)飛行，一直飛完全程。VOR--DME導(dǎo)航系統(tǒng)保證了飛機(jī)能安全有秩序地飛行，極大地提高了空中的交通流量和飛行安全?，F(xiàn)在這個系統(tǒng)成為世界上大部分地區(qū)主要的導(dǎo)航手段。
建設(shè)VoR—DME的航路，費(fèi)用很高。不可能把地面上所有臺站之間都建立起航路。一般只能在中心城市之間或中心城市到一般城市之間設(shè)立航路。果飛機(jī)在兩個沒有航路的一般城市之間飛行，為了保證飛行安全，這時飛機(jī)不得不采取從一個城市沿著已有的航路飛到中心城市，再沿另一條航路飛往所要去的一般城市。這樣飛行不但浪費(fèi)了燃油和時間，又使航路變得擁擠。在飛機(jī)上應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)以后，才解決了這個問題。從兩個以上的VOR地面臺站收到的信號經(jīng)過飛機(jī)上的電子計(jì)算機(jī)處理后得出一條實(shí)際上沒有地面臺站的航線，在這條航線上設(shè)置出假想的航路點(diǎn)，飛機(jī)按照這條航線飛行，同樣也可順利抵達(dá)目的地。這種專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)被稱為航線計(jì)算機(jī)。飛機(jī)上配備了這種計(jì)算機(jī)后，就可以在能收到兩個以上VOR地面臺站所發(fā)出的信號的地方，按照計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的航線飛行，這種方法叫區(qū)域?qū)Ш?。它把VOR的導(dǎo)航范圍由幾條航路擴(kuò)展為一個平面，這個平面就是各個VOR導(dǎo)航臺站無線電信號所能覆蓋的整個平面。
VOR--DME系統(tǒng)使用的甚高頻和超高頻電波是直線傳播的，作用距離在200千米之內(nèi)。在浩瀚的大洋或大面積的無人區(qū)中，是無法建造出聯(lián)接一條航路的諸多VOR站的。為了滿足遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的需要，又開發(fā)出羅蘭系統(tǒng)和歐米加系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)使用了低頻和甚低頻的無線電波，作用距離都在2500千米以上。在地球表面只要建立起不多的這類臺站，就可以為飛機(jī)飛越大洋或遼闊的無人區(qū)導(dǎo)航。這種導(dǎo)航的缺點(diǎn)是精確度不夠高，而且需要功率非常強(qiáng)大的發(fā)射臺。20世紀(jì)60年代以后，有關(guān)專業(yè)人士們又開始尋找更好的方式以取代無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式進(jìn)入國際海事組織全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。
11月17日至21日，國際海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，交通運(yùn)輸部組團(tuán)參會，并代表中國政府向國際海事組織承諾我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能和運(yùn)行維護(hù)管理要求，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際海事領(lǐng)域的應(yīng)用政策，表達(dá)了我國政府的責(zé)任與態(tài)度。
交通運(yùn)輸部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，我國作為國際海事組織A類理事國，此次國際海事組織對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)可，將帶動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海領(lǐng)域的國際化、產(chǎn)業(yè)化。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也正式成為全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國際合法地位。這也是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)首次獲得國際組織的系統(tǒng)認(rèn)可。
此次國際海事組織認(rèn)可后，我國將繼續(xù)全面推進(jìn)國際電工委員會、國際航標(biāo)組織、國際海事無線電技術(shù)委員會、國際電信聯(lián)盟等國際技術(shù)組織的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)進(jìn)一步在國際海事領(lǐng)域的全方位應(yīng)用。