包恩

摘要：民航飛機(jī)在空中的安全運行需要多方面的技術(shù)支持，當(dāng)然飛機(jī)運行的導(dǎo)航信號也是其安全飛行的至關(guān)重要因素。目前，在我國被廣為推廣的導(dǎo)航信號都是利用多普勒效應(yīng)所產(chǎn)生的。本文在多普勒效應(yīng)的相關(guān)區(qū)域進(jìn)行了一定的研究，并且對于其相關(guān)的原理部分也進(jìn)行了分析描述。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用分析;全向信號標(biāo);多普勒效應(yīng)

飛機(jī)在航行狀態(tài)下，在航行信號的支持下確定自己的方向。目前國內(nèi)外的航空導(dǎo)航技術(shù)呈多樣化發(fā)展，形式多樣包括了衛(wèi)星定位、轉(zhuǎn)發(fā)定位以及機(jī)載定位等等。在我國運用范圍比較廣的還是利用地面導(dǎo)航臺的技術(shù)對空中運行的飛機(jī)給予定位。地面導(dǎo)航臺對空中運行的飛機(jī)通過無線電波的發(fā)射和接受來確定導(dǎo)航臺與飛機(jī)的間距，和其飛行方向的定位，進(jìn)而為飛機(jī)提供導(dǎo)航支持。

一、全向信標(biāo)導(dǎo)航概述

全向信標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)主要由兩部分組成：地面上的發(fā)射機(jī)和機(jī)載的接受機(jī)。飛行員對地面臺的磁方向的確定是通過機(jī)載接受機(jī)在接受塔臺發(fā)射出的信號后分析處理所得的數(shù)據(jù)信息得出的。全向信標(biāo)地面臺會發(fā)出兩種信號：一種是信標(biāo)臺上所有的飛機(jī)都能夠在同一時間接受到的相同相位信號，叫做基準(zhǔn)信號。另外一種是在服務(wù)范圍內(nèi)的飛機(jī)同一時間點收到的信號相伴都不一樣，叫做可變信號?？勺冃盘柵c同一距離內(nèi)飛機(jī)接收到的不同信號相關(guān)聯(lián)。以磁北向作為基礎(chǔ)，再通過基準(zhǔn)信號和可變信號的不同進(jìn)行比較分析，來判斷飛機(jī)的飛行方向。

二、全向信標(biāo)導(dǎo)航的工作原理

全向信標(biāo)的導(dǎo)航系統(tǒng)包括了機(jī)載和地面兩部分。為飛行員提供地面臺和飛機(jī)的磁方向。全向信標(biāo)地面臺發(fā)射出的就是兩個獨立的30赫茲的信號，也就是其發(fā)射的帶有方向信息的信號。兩個30赫茲的信號分別就是沒有方向性同時所有飛機(jī)都可接受的基準(zhǔn)信號和信標(biāo)臺各方位上飛機(jī)接受的不同的可變信號。此兩信號于磁北方位是一樣的相位，若于任意的方位，其相位的差正是此方位與磁北方位存在的角度，用此兩種信號來進(jìn)行方位判定。

三、多普勒效應(yīng)

電磁波是由一定的特別中介發(fā)送到接受方，它是一種復(fù)雜的物理過程。一般情況下接收信號方和波源發(fā)射點都是確定的，而且信號接收方獲得的信號頻率與波源頻率是同一頻率。如果接受測量得到的頻率和波源頻率有一定差異，那么接收方和波源位置一定存在相對的運動情況。根據(jù)相對運動現(xiàn)象判定頻率差異。這種因為察看方的特殊媒介或者波源頻率而產(chǎn)生的變動，引起的察看方感覺頻率不一的情況就是多普勒效應(yīng)。

1.電磁波頻率。因為電磁波不是一種簡單的物理現(xiàn)象，過程非常復(fù)雜。人類現(xiàn)在能利用的電磁波規(guī)律很多，電磁波的頻率是被利用的最多的電磁波規(guī)律中的一種。應(yīng)用范圍十分廣泛，對人類社會的進(jìn)步起到了很重要的促進(jìn)作用，主要用于通信和遙控領(lǐng)域。

2.有關(guān)多普勒效應(yīng)的定義。一般狀況下電磁波的位置很固定（相對于空中飛行的飛機(jī)），機(jī)載接受機(jī)所接受的信號頻率與電磁波源頭頻率是一樣的。如果是在接收器和波源有相對運動的狀況下，兩者信號是存在一定差異。飛機(jī)當(dāng)前的行進(jìn)速度是可以經(jīng)過頻率的差異通過一定的方式進(jìn)行精準(zhǔn)運算得出。多普勒效應(yīng)就是因為察看方的特殊媒介或者波源頻率而產(chǎn)生的變動所引起的察看方感覺頻率不一的情況。

3.相對運動狀況下接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的頻率變化分析。地面發(fā)射機(jī)發(fā)射出來的也就是波源信號頻率是不會變的，而空中運行的飛機(jī)，是在不斷的變動的，不會固定不變。所以飛行中的飛機(jī)接受的頻率會與最初的波源頻率不同，因此多普勒效應(yīng)產(chǎn)生出來。飛機(jī)運行中接到的多普勒頻率移動值一般是正值。

4.天線進(jìn)行圓周運動時信號情況分析。發(fā)射塔的正北方有一架飛機(jī)，那么飛機(jī)接受機(jī)接受到的信號頻率與發(fā)射機(jī)的波源頻率是不同的，而且在時間推移中這個差異值會是一個變化的過程。利用一定的設(shè)備技術(shù)可以得到這種差異的規(guī)律性，而天線的轉(zhuǎn)動會引起頻率的升降變化，如設(shè)天線轉(zhuǎn)動30周/秒，那么飛機(jī)接受到的電磁信號就是30HZ，多普勒全向標(biāo)由此原理所得信號即為30赫茲。載波信號和上下邊帶信號形成空中調(diào)幅信號在解調(diào)和檢波得到副載波，其調(diào)頻為9960HZ+FD，最后可得可變30赫茲信號。

四、全向信標(biāo)機(jī)的可變信號

天線在旋轉(zhuǎn)中，方向不一樣飛機(jī)接收機(jī)接受的多普勒頻移也是存在不一樣的相位，相位跟飛機(jī)方位兩者間有著十分緊密的關(guān)聯(lián)，在飛機(jī)所獲取的多普勒頻移信號里就有飛機(jī)需要的方位信息。

以某一角度為參考，可以比較可變信號與參考信號的差異，得到參考信號與可變信號的相關(guān)差異，從而確定飛機(jī)相對于地面站的磁懸浮軸承。

五、全向信標(biāo)導(dǎo)航的實現(xiàn)

5.1全向信標(biāo)地面臺的信號

因為不同的調(diào)制信號各自所具的獨立性，所以發(fā)射機(jī)在進(jìn)行發(fā)射時能夠同時進(jìn)行，邊帶信號和載波信號是同時發(fā)射的。設(shè)調(diào)制信號為30赫茲，濾波信號的頻率為F0，則經(jīng)過分析：上邊帶頻率為F0+9960赫茲，下邊帶頻率為F0-9960赫茲。相伴和振幅、上下連帶波信號和載波信號經(jīng)過一定技術(shù)保持一致，發(fā)射時同時形成幅度調(diào)制信號。天線在旋轉(zhuǎn)過程中形成的上下邊帶信號跟多普勒頻移相結(jié)合形成了可變信號，載波和上邊以及下邊帶信號就結(jié)合而成幅調(diào)信號。一起同時操控著全向信標(biāo)發(fā)射機(jī)能使北向的基準(zhǔn)和可變信號一樣，而不同方向的飛機(jī)都可以收到同相位角數(shù)據(jù)信息。

5.2全向信標(biāo)機(jī)載接收機(jī)的接收處理

全向信標(biāo)機(jī)載接收機(jī)運行流程為：

源信號→接收機(jī)→振幅檢波→9960Hz濾波器→限幅器→鑒頻器→相位比較→電磁指示器

可變信號和基準(zhǔn)信號的形成過程并不一樣。首先是將天線設(shè)備接受到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過電路和振幅檢波得到一個調(diào)頻信號。然后分成兩路，一路經(jīng)鑒頻和限幅電路生成FM信號即可得到一個可變信號;另一路則經(jīng)過濾波器生成AM信號，就是基準(zhǔn)信號。通過基準(zhǔn)和可變兩個信號間的差異對比，就能夠?qū)Φ孛嬲镜亩ㄎ?，飛行員能獲得直接的方位角數(shù)據(jù)。

結(jié)論：多普勒效應(yīng)廣泛的被應(yīng)用于社會人民生活以及軍事各個方面，包括衛(wèi)星跟蹤、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、交通、雷達(dá)系統(tǒng)、汽車行業(yè)等等。航空上的運用也非常多，最有名的實例：2014年3月8日馬航MH370失聯(lián)，國際海事衛(wèi)星組織運用多普勒效應(yīng)理論，結(jié)合其他參考因素，在大量數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上給出了MH370的最終走向，MH370航班在南印度洋墜毀。隨著現(xiàn)代科技以及通信技術(shù)的發(fā)展，多普勒效應(yīng)的運用將會越來越寬闊，在民航運輸業(yè)也會被愈加重視和拓展其應(yīng)用范圍，為民航運輸業(yè)的安全保障做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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