Yousong
一个高尚的工程师! 一个纯粹的工程师! 一个有道德的工程师! 一个脱离了高级趣味的工程师! 一个有益于妇女的工程师! ----白求恩的兄弟白球干

NAB/ADF vs VOR

先从业务逻辑层面总结概述一下我对ADF和VOR的区别的理解:ADF技术只能知道NDB信标相对于飞机当前姿态在什么位置,也就是说, 如果飞机当前绝对坐标不变,机身旋转,则ADF指数会相应变化 ,换句话说, 在NDB信标台360度环上,adf都有可能输出同一个角度,必须结合飞机当前的绝对航向,才能确定自己在ndb的哪个方向上 ;而VOR就升级了,不需要知道飞机当前的姿态,就能知道飞机当前在VOR信标台的哪个发射反向,也就是说飞机原地不平移,自身姿态随便怎么变化,VOR的输出角度都不会变!

接下来聊聊具体的技术实现.

ADF/NDB是最古老的无线电定型技术,NDB发射台向空间发射均匀强度的无线电信号,由定向接收天线360度旋转,哪个方向信号强度最大,这信号就从那个方向过来,下面仍然是罗德的介绍视频

NDB发射射频频率范围是icao定义是中波190khz~1750khz,但由于很多区域500khz以上就用于民用广播台,所以实际应用中大部分区域是用190khz~535khz这样的一个范围

NDB定向大多为简单的AM调制,(这么窄的范围也没法fm调制,否则带宽都占完了)调制一个400或者1020hz的AM音频在载波上面,我说听到的通常是一段Morse code+一段正弦波,(Morse用于确认这个台号是否和自己地图上看到的一致,正弦用于给ADF设备提供一段稳定信号)但我从网上实测下来,音频不一定都是400或者1020,youtube上几个视频解码出来各个音频都不是这个tone

还是放上Boeing的ADF设备系统图

天线部分比较特殊,由上面的感应天线和下面两个环形天线组成,通过ADF control panel 可以切换adf模式,切到ANT模式,则只打开感应(sens)天线工作。感应天线可以用于收听NDB上的音频;切到ADF模式,则打开感应天线和环形天线,感应天线和环形天线组合,可以获取飞机是向台还是背台,这里的具体原理,我还不甚了解,其中还包括一个BFO的概念,大致是用于过滤出更清晰的Morse Code的作用,但是详细原理有待挖掘后更新

Youtube上挖了一些老外测试ADF的视频,非常有意思,上面那个天线会自己转动,我是没见过什么世面,头一次见

之前一直觉得ADF应该是比较交单的定向技术,慢慢深入发现这上面还是有很多技术点,而且没有系统性的解释,都是各个网站上只言片语,所以暂时留着这些疑惑,继续探索!

下面继续说说VOR

VOR就更为复杂了,VOR的核心设计思想是由两个同频率信号时间差(实际上是相位差)来告知接收者,你相对于我在什么方向,设计思想来源于早期的航海灯塔,看下面这个图可以快速搞清楚VOR的顶层设计原理

VOR principle.gif

原理很简单对吧,一个全向发射的参考信号,一个周期固定的旋转方向信号,接收机判断这两个信号到达的时间差,即可知道接收机相对于基站的方向,所以上面提到VOR对飞机当前的姿态不感知。原理很简单,但是真实的VOR的射频信号相对就复杂多了,网上找了一个VOR信号设计图纸

核心设计思想:参考信号(中间)和变化信号(上面)一起发出30hz的信号,参考信号在所有方向上相位相同,变化信号在不同的方向上于参考信号对应出不同的相位差,接收机只需要解算出这个相位差,即可知道自己在什么方向上。

由于鉴相需要同频率的信号才能鉴相,但是两个同频率的信号不可能通过同一种调制方式在一个中心频率下发射出去(无法过滤复原),所以其中一路就需要二次调制,如上图,30hz的参考信号先用9960的fm(480的满幅频偏)调制成FM,这样就是一个9480~10440的信号,将这个信号再调制成AM发射出去,(屠杀的相加是空间信号叠加,并不是发射出去之前相加)和30hz角度信号相加,带上1020hz的Morse识别码(有的还有一个语音频谱带),再进行调制,这样的话,3个信号频率每个都差别在1个数量级以上,不会相互干扰,解调出来后两个30hz的可以用于鉴相,1020的过滤到音频,输出给飞行员

我个人觉得下面这个视频很好的解释了VOR信号的本质,上面系统图来自于该视频第5分钟

可见,VOR的确是又AM和fm二次载波构成的,下面这个表格是VOR的频率成分和频谱图

VOR另一个技术点,就是CVOR(普通VOR)和DVOR(多普勒VOR),多普勒VOR消除掉多普勒效应,使得定向更精准,这一点,我一直没有看很明白,主要是天线部分比较难懂,下面这个视频讲的很细,但是我不能全懂,也希望有人能一起交流。

总结一下两种VOR在业务层面的区别

1,基站不同,DVOR要比CVOR大很多,而且贵很多;2,接受设备相同,但是精度不同,DVOR能到1度,CVOR大约4度;3,DVOR设计之初就是为抗干扰设计的,所以在高楼反射多的场景,DVOR精度更好!至于基站的信号拓扑图,如下是我从youtube一个专门讲VOR的视频不求甚解截取的,

VOR的天线,是门大学问,这个知识面我暂时覆盖不到,大体原理仍然是天线矩阵的原理,感兴趣的同学可以看下面的视频

最后奉上波音的VOR接受系统框图

VOR的频率范围是108~118Mhz,每50khz一个信道,所以理论上一共200个信道,但是由于有4mhz是与ILS的localizer 交替 共用,另外,112.3~113.25Mhz还保留出来了,所以使用使用的VOR信道频率只有120个,在网上找了相关频率分布的图片!注意到,DME和VOR是可能会成对出现的,成对出现是频率是一一对应关系的!DME设备由于是应答设备,所以后面单独开文,

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