多普勒效应在全向信标导航中的应用分析

【摘要】 民航飞机的安全飞行离不开导航信号的支持，当前我国广泛应用的导航信号主要通过多普勒效应所a生，本文对多普勒效应的有关原理进行了详细的立柱与分析。

【关键词】 应用分析 全向信号标 多普勒效应

处于航行状态下的飞机要在导航信号的支持下对自身的方位进行判定。当前飞机定位方法主要包含卫星定位、机载定位以及转达定位等，我国则主要采用地面导航台技术对飞机进行定位。地面导航台能够接收并发射无线电波，对导航台与飞机之间的距离与方位进行测量，为飞机提供导航支持。

一、全向信标导航概述

全向信标导航系统主要由机载接收机与地面发射机构成。机械接收机能够对塔台发射信号进行接收与处理，将处理后的数据信息显示出来，飞行员则能够通过数据信号推断出地面台的磁方位。全向信标地面台所释放出的信号包含基准信号与可变信号两种信号，其中基准信号是同一时间点上，信标台上所有的飞机均能够接收到相同的相位信号；可变信号则是在同一时间点上，服用范围内的飞机所接收到的信号相伴各不相同。飞机能够对基准信号与可变信号之间的差异进行判定，以磁北方位为基础，判断当飞机的飞行方向。

二、多普勒效应

1、电磁波频率。电磁波是一种十分复杂的物理现象，电磁波频率是人类应用最为广泛的电磁波规律之一，主要应用于遥控与通信等领域。

2、多普勒效应定义。通常情况下，相对机来说，电磁波的位置是固定不变的，波源频率与飞机收讯信号有着相同的频率。在接收者与波源之间相对运动的状态下，波源信号则会与飞机所接受的信号体现出一定程度的差异。利用频率差数据能够对飞机当前的飞行速度进行精确的计算。通过观察者或波源的相对媒质运动情况，观察者能够对电磁波频率的变化情况进行分析，这种分析方法被称之为多普勒效应。

3、接收机与发射机相对运动状态下频率变化分析。发射机所释放的电磁波信号频率是固定不变的，飞机在飞行的状态下，所接收到的电磁波信号则会在频率上则会不同于电磁波在发射时的频率，多普勒频移由此产生。处于运动状态下的飞机所接收的电磁波信号多普勒频移信号为正值。

4、天线绕圆周旋转时的接收信号情况分析。假设飞机处于发射塔正北方位的位置，发射机所释放的电磁波频率则会与接收机信号频率之间出现差异，随着时间的变化，二者之间的差异处于不断变化的过程中。飞航设备能够从二者之间的差异中得到一定的规律，天线旋转速率能够影响到频率的降低与升高。假设天线的旋转速率为每秒30周，飞机所能够接收到的电磁波信号30Hz。多普革全向标通过该原理所接收的可变信号即为30Hz。上下边带信号和载波信号在空中形成调幅信号，在接收机里解调后，经过滤波电路检波，得到9 960Hz+Fd的调频的副载波，鉴频后得到可变30Hz信号。

三、全向信标机的可变信号

下划线在旋转运动的过程中，不同方位的飞机所能够接收到的多普勒频移也有着不同的相位，飞机方位信息与相位之间有着十分密切的关系。飞机所得到的多普勒频移信号中就包含飞机所需要的方位信息。

以某一特定角度的相伴为基准，就可以将可变信号与基准信号之间的差异对比出来，得到基准信号与可变信号之间的相伴差，判定相对于地面台的飞机的磁方位。

四、全向信标导航的实现

4.1全向信标地面台的信号

不同调制信号之间是相互独立的，全向信标发射机能够同时释放边带波信号与载波信号。若调制信号为30Hz，将载波频率记为F0，上、下边带频率则可分别记为Fo+9960Hz与Fo-9960Hz。通过各种手段使相伴与幅度、上下连带波信号与载波信号之间保持一致。在信号发射的同时形成调幅信号。基准信号则可以以载波信号为载体直接对进行调幅，飞机从路由天线接收基准信号，在接收信号的同时对基准信号进行解调。可变信号则是天线在旋转过程中所释放出来的上下边带信号并结合多普勒频移而得到的信号。载波信号与上下边带信号相结合产生调幅信号，经过解调后的信号，电路检波的处理后形成调频副载波，最后形成可以用于确定方位的可变信号。同步控制全向信标发射机能够使北方们基准信号与可变信号保持一致，使处于不同方位的飞机均能够接收到相同的方位角指标。

4.2全向信标机载接收机的接收处理

全向信标机载接收机运行流程为：

源信号接收机振幅检波9960Hz滤波器限幅器鉴频器相位比较电磁指示器

机械接收天线在获取信号数据后，经过电路检波与振幅检波，得到调频信号。再经过鉴频电路与限幅电路生成FM信号，生成一个针对多普勒全向信标的可变信号。另一路在滤波器的作用下生成AM信号，即针对针对多普勒全向信标的基准信号。对比分析基准信号与可变信号的相伴差异，能够得出相对于地面台站来说的磁方位，飞行员能够对方位角数据进行直接读取。

结束语：多普勒效应广泛应用于民用与军事领域中，应用形式包含人造卫星跟踪、汽车速度测量及雷达系统中，随着现代通信技术的不断发展，相信多普勒效应理念的应用范围将会得到进一步的拓展，为用户提供更加准确的定位服务。