甚高频全向信标VOR的发展和应用

摘要：本文基于人类飞行导航方式、导航系统的发展历程，介绍了航空导航系统甚高频全向信标（VOR）的发展历史、VOR的设备组成、特点、定位方法、用途、安装、工作方式，同时介绍了多普勒全向信标DVOR的工作原理，以及VOR台的设置和建设要求。

关键词：VOR；导航；

中图分类号：TN965文献标识码： A

一、VOR的发展历史

近年来，随着航空业的高速发展，越来越多的高精度导航技术如卫星导航应用到航空领域中。甚高频全向信标VOR导航技术依靠其低成本、航线多等优点，依然是我国航空领域重要的导航方式。

甚高频全向信标（very high frequency omni-directional range）属于它备式导航，或称地面基准式导航（ground based navigation），是一种近程无线电相位测角系统，简称伏尔（VOR）。

VOR是第二次世界大战后期在美国首先发展起来的，1946年作为美国航空标准导航系统，1949年被ICAO采纳正式作为国际标准航线的无线电导航系统使用。为了克服地面站内地形地物带来的影响，20世纪60年代，联邦德国在普通伏尔（CVOR）的基础上又研制出了多普勒伏尔（DVOR），进一步提高了系统的测向精度。VOR的装备量在世界范围内呈上升趋势。

1964年，中国民航首次引进4套THOMSON的电子管式CVOR，安装在大王庄、无锡、昆明和英德。

二、VOR的一般特性

全向信标（VOR）与机载导航接收机配合工作，能全方向、不间断地向航空器提供方位信息，用于引导航空器沿着预定航路飞行、归航和进场着陆，必须与测距仪配合使用。国内普遍使用的多为多普勒全向信标（DVOR.）。

VOR设备组成如下：

①发射机系统；

②监视系统；

③控制和交换系统；

④天线系统；

⑤电源系统；

⑥遥控和状态显示系统。

VOR与无线电罗盘的作用基本一致，都可提供定位和航路导航功能，但两者相比较，VOR还具有下列特点：

①无线电罗盘采用地面无方向性发射，机上用方向性天线接收的方法测角；VOR则采用地面方向性天线（CVOR）或全向天线（DVOR）的旋转辐射，机上用无方向性天线接收的方法测量方位。

②VOR精度高于无线电罗盘，并可直接提供飞机相对于地面导航台的方位角，采用磁北向为方位基准，无须航向基准的辅助。

③VOR工作于超短波的高频波段，受静电干扰小，指示较稳定，但作用距离受到视距传播的限制。

④VOR对地面导航台的场地要求较高，如果地形起伏较大或有大型建筑物位于天线附近，则由于反射波的干扰，会引起较大的方位测量误差。

利用VOR有两种定位方法，一为测角定位（θ-θ定位），即测出飞机到两个已知位置VOR台的方位角，得到两条径向的位置线，由其交点来确定飞机的地理位置；二为测角－测距定位（ρ－θ定位），或称极坐标定位，即与时间测距系统DME相结合，通过测量飞机的方位角和到VOR/DME台的距离进行定位。

VOR提供航空器相对于地面全向信标台的磁方位，具体作用如下：

①机场范围内的VOR，保障飞机进出港；

②两个VOR，可以实现直线位置线定位；

③利用航路上的VOR，保证飞机沿航路飞行（VOR常和测距仪配合使用，形成极坐标定位系统，直接为民航飞机定位）；

④VOR还可以作为仪表着陆系统的辅助设备，保障飞机安全着陆。

伏尔系统从用途上分为航路伏尔和终端伏尔。航路VOR（CVOR）台址通常选在附近区域无障碍物的航路点上，如山的顶部，以尽量减小因地形效应引起的台址误差和多路径干扰。

在一条“空中航路”上，根据航路的长短、规定的航路宽度和伏尔系统的精度，可以设置多个CVOR台。每个CVOR台可辐射无限多的方位线或径向线作为预选航道，飞机沿着预选航道可以飞向或飞离CVOR台，并指出飞机偏离航道的方向（左或右）和角度，实现飞机的归航与出航。CVOR台还可作为航路检查点，为实行交通管制服务。

而终端VOR（TVOR）安装在机场，通常设置在跑道后方，采用跑道轴线的延长线作为方位基准来指示飞机相对跑道的方位。它常和测距仪（DME）或仪表着陆系统（ILS）的航向信标（LOC）装在一起，或者组成极坐标定位系统，或者利用和跑道中心延长线一致的TVOR台方位线，代替LOC对飞机进行着陆前的引导。

VOR/LOC的工作频率范围从108.00~117.95MHz，频率间隔50kHz，共有200个波道。航路VOR使用112.00~117.95MHz的120个波道；在108.00~111.95MHz之间的80个波道，由TVOR/LOC共用40个波道，LOC专用40个波道。

VOR系统采用视距传播的方式工作，其有效作用距离由接收机的灵敏度、地面台的发射功率、飞机飞行高度以及VOR台周围的地形地物等因素决定，其中CVOR的发射功率为100~200W，典型作用距离可达200海里；TVOR发射功率约为50W，工作距离一般在25海里以上。

CVOR的精度一般在±2°~±4°范围内，DVOR减小了场地误差，精度在≤1°范围内。全向信标台周围场地的地形地物，对其发射的电波信号的反射和再辐射所产生的多路径干扰，可使其辐射场型发生畸变，导致航道弯曲、摆动和抖动，影响飞行安全。

三、多普勒全向信标（DVOR）

无方向性天线本身无法建立与方位一一对应的关系，因此需要采取一定的措施。多普勒伏尔采用沿一定圆周旋转无方向性天线的相位测角原理，由于旋转天线的多普勒效应，辐射（或接收）的信号频率将被天线的转速所调制，就相当于对信号进行了频率调制，并使信号的相位发生相应变化，产生包络线相位与方位有一定关系的调相辐射场，从中可以确定运载体的方位，因而称为多普勒伏尔。

DVOR的天线系统由中央无方向性天线，和以它为中心在一定半径的圆周上均匀排列的48~50个边带天线组成，天线安装在一个大的金属反射网上面。中央无方向性天线由带有30Hz基准信号和1020Hz识别信号调幅的载频f的连续波信号馈电，向外辐射作为系统的基准信号。

采用大天线阵的另一个好处是，由于宽孔径天线具有削弱场地误差（如多路径效应）的能力，并且DVOR中采用了双边带发射，进一步减小了场地误差影响，其测量精度比CVOR大为提高，可以达到在任何径向（方位）上的误差不超过1°的精度。

图 DVOR/DME台

（在圆周上布置的天线为DVOR天线）

四、VOR台的建设

1、VOR台址

机场VOR台可设置在跑道的一侧，距跑道中线的距离符合机场侧净空要求（距跑道中线200~250m），也可以设置在跑道中线延长线上（距跑道端300~1100m），满足机场端净空的要求。、

航路VOR台设置在航路中线上，通常设置在航路的转弯点或走廊口。

2、VOR用地

全向信标台至少要有40*40的空间放置反射平台，再考虑设备机房和配套设施用房。根据《民用航空运输机场工程项目建设用地指标》（建标[2011]157号），DVOR/DME台用地面积指标见下表：

导航台站 台址 用地面积

DVOR/DME 场内 不超3000m2，保护区直径为300m

场外 不超5150m2，保护区直径为300m

与航线NDB合建 不超8000m2

3、CVOR的场地要求

常规全向信标台（CVOR）应设置于可获得全方位最大视距的位置。

①以CVOR天线基础中心为基准点，以天线基础水平面为基准面，半径200m以内不应有超出基准面高度的障碍物；半径200m～300m的障碍物相对于基准面的垂直张角应不超过1.5°，水平张角不超过10°；半径300m以内不应有超出基准面高度的铁路；半径300m以外的障碍物相对于基准面的垂直张角应不超过2°。

②以CVOR天线基础中心为基准点，以天线基础水平面为基准面，半径500m以内不应有超出基准面高度的110kV以上的高压输电线。

③进入CVOR的电源线和电话线应200m以外埋入地下。

4、DVOR的场地要求

①多普勒全向信标台（DVOR）台址应设置于满足使用需求并获得全方位最大视距的位置。

②以DVOR天线基础中心为基准点，以天线反射网平面为基准面，半径100m以内不应有超出基准面高度的障碍物；半径200m以内不应有超出基准面高度的公路、建筑物、堤坝、山丘等障碍物；半径100m~200m的树木相对于基准面垂直张角不应超过1.5°；水平张角应不超过10°；半径300m以内不应超出基准面高度的铁路；半径300m以外的障碍物相对于基准面的垂直张角应不超过2.5°。

③以DVOR天线基础中心为基准点，以天线反射网平面为基准面，半径200m以内不应有超出基准面高度的35kV及以上的高压输电线，半径500以内不应有超出基准面高度的110kV及以上的高压输电线。

VOR系统的工作范围决定于接收机灵敏度和地面台的发射功率，飞机高度以及VOR台周围的地形。工作范围受视距限制，而视距又受地球曲率的限制。

导航台的建设，特别是场外台站的建设，往往涉及到规划、国土、环保、地震、气象、消防等行政部门的要求，因此建设导航台站，除了必须满足国家与民航行业标准的要求，也需要满足建设地的地方行政法规。

五、总结

从最早期的目视地标的飞行导航方式，到使用地面设置火光站做导航，到后来使用无线电台做导航，人类发展出了各种导航系统，让航空器飞行不再受限于仅能在昼间和晴好天气下飞行，夜间飞行和恶劣天气的飞行可能性都实现了。VOR系统可用于航空器定位，等待飞行，引导航空器进离场，航路间隔。随着电子信息技术的发展，还将会有新的导航形式和新的导航设备投入使用，推动航空业的发展。

参考文献

[1]黄智刚.无线电导航原理与系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007年8月

[2]中国民用航空局.民用航空运输机场工程项目建设用地指标[Z].（建标[2011]157号）2011年12月

[3]中国民用航空局.民用航空通信导航监视台（站）设置场地规范 第1 部分：导航[S].（民航行业标准MH/T4003.1-2014）2014年2月8日

[4]中国民用航空局空中交通管理局.民航空管雷达站、导航台及甚高频遥控台配套设施配置要求[Z].（管理文件MD-TM-2010-007）