飛機的引導員,地面上的領航者

飛機在天上航行，怎樣才能不迷失方向呢？原來方向的引導全靠一位地面的領航員引導雷達指揮。星際旅行

引導雷達能自動地替人們完成一系列復雜的測量和計算工作，準確地測定飛機在天空中的位置，不斷地引導飛機準確到達指定地點，執(zhí)行各種戰(zhàn)斗任務�，F(xiàn)在的飛機大多是超音速的，飛行速度極快，若不是這位地面的“引導員”，飛機很難獨自完成任務。

引導雷達一般工作的波長為幾十厘米到十厘米左右的微波波段，只能準確地測定目標的方位和距離，不能測出目標的高度，因此需要測高雷達和引導雷達相配合，才能準確測出敵機的方位、距離以及高度，進而推算出它的航向、航速，迅速地引導我機迎擊空中來犯之敵。

引導雷達的最大特點是測得準。因為如果雷達測方位誤差1°的話，對距離在200公里處的目標來說，意味著目標位置偏差了3.5公里。若再加上高度和距離上的探測誤差，就可能使飛行員根本無法找到敵機而失去戰(zhàn)機。因此，引導雷達對飛機引導是否準確，往往對空戰(zhàn)的勝利有著極大影響。望遠鏡倍數(shù)

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飛機導航系統(tǒng)

aircraftnavigationsystem

確定飛機的位置并引導飛機按預定航線飛行的整套設備（包括飛機上的和地面上的設備）。

發(fā)展概況早期的飛機主要靠目視導航。20世紀20年代開始發(fā)展儀表導航。飛機上有了簡單的儀表，靠人工計算得出飛機當時的位置。30年代出現(xiàn)無線電導航，首先使用的是中波四航道無線電信標和無線電羅盤。40年代初開始研制超短波的伏爾導航系統(tǒng)和儀表著陸系統(tǒng)（見無線電控制著陸）。50年代初慣性導航系統(tǒng)用于飛機導航。50年代末出現(xiàn)多普勒導航系統(tǒng)。60年代開始使用遠程無線電羅蘭C導航系統(tǒng)，作用距離達到201*公里。為滿足軍事上的需要還研制出塔康導航系統(tǒng)，后又出現(xiàn)伏爾塔克導航系統(tǒng)及超遠程的奧米加導航系統(tǒng)，作用距離已達到10000公里。1963年出現(xiàn)衛(wèi)星導航,70年代以后發(fā)展全球定位導航系統(tǒng)。導航方法導航的關鍵在于確定飛機的瞬時位置。確定飛機位置有目視定位、航位推算和幾何定位三種方法。

目視定位是由駕駛員觀察地面標志來判定飛機位置；航位推算是根據(jù)已知的前一時刻的位置和測得的導航參數(shù)來推算當前飛機的位置；幾何定位是以某些位置完全確定的導航點為基準，測量出飛機相對于這些導航點的幾何關系，最后定出飛機的絕對位置。

飛機導航系統(tǒng)按工作原理可以分為：①儀表導航系統(tǒng)。利用

飛機上的儀表所提供的數(shù)據(jù)計算出飛機的各種導航參數(shù)。②無線電導航系統(tǒng)。利用地面無線電導航臺或空間的導航衛(wèi)星和飛機上的無線電導航設備對飛機進行定位和引導。③慣性導航系統(tǒng)。利用安裝在慣性平臺上的3個加速度計的測量結果連續(xù)地給出飛機的空間位置和速度。如果把加速度計直接裝在飛機機體上，并與航向系統(tǒng)和姿態(tài)系統(tǒng)結合起來進行導航便構成捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)。④天文導航系統(tǒng)。以天體為基準，利用星體跟蹤器測得星體高度角來確定飛機的位置。⑤組合導航系統(tǒng)。將以上幾種導航系統(tǒng)組合構成的性能更為完善的導航系統(tǒng)。

早期的領航概念中是沒有定位一說的，飛行員或者領航員只是通過觀察公路、鐵路、河流、山峰、城鎮(zhèn)或湖泊等地標來確定飛機的方位。單純的NDB或VOR也只是飛機定向的一種手段。直到80年代DME加盟無線電導航后，才使定向向定位前進了一步�，F(xiàn)在以GPS為代表的衛(wèi)星導航系統(tǒng)是被廣泛應用的精確定位的一種主要導航方式。

導航種類主要分慣性導航和無線電導航兩種。

慣性導航是指安裝在飛機上的慣性基準系統(tǒng)（IRS）。它主要由3個加速計和3個陀螺儀構成。加速計用于測量飛機的3個平移運動加速度，指示當?shù)氐卮咕�的方向；陀螺儀用于測量飛機的3個轉(zhuǎn)動運動的角位移，指示地球自轉(zhuǎn)軸的方向。計算機對測出的加速度進行兩次積

分，計算出飛機的位置。以A320飛機為例，它有3部慣性基準系統(tǒng)，就提供了3個慣性基準系統(tǒng)的位置給飛行管理計算機（FMC），飛行管理計算機則根據(jù)這3個位置再計算出一加權平均值，我們稱之為“混合慣導”（MIXIRS）位置。

無線電導航是指通過測定無線電波從發(fā)射臺到接收臺的傳播時間或相位和相角來進行定向定位的。地面雷達定位也是無線電導航的一種方式。現(xiàn)在一般將無線電導航分為陸基導航和星基導航兩種。

陸基導航依靠的是臺站與臺站之間的相對位置，由一個臺站到另一個臺站。譬如由NDB到NDB或由VOR到VOR或NDB與VOR之間。星基導航依賴的是一系列航路點的精確位置，它的主要特征是任一點的坐標化。它所使用的導航設施有：DME-DME、VOR-DME、GPS、GLONASS等。舉個簡單例子：回上海由東山（KN）到嵊縣（JF）到庵東（AND）一段，我們現(xiàn)在的飛行計劃中所使用的只是這幾個點的地理位置坐標，而不是它們的頻率，所以我們認為這是星基導航的方式。但如果GPS不可用或飛行管理計算機部分存在問題，我們就需要使用這些航路導航設施的具體頻率，向臺或者背臺飛行，從而達到進場的目的，這時候我們所使用的就是陸基導航的方式，也就是傳統(tǒng)的無線電導航模式。由此可見，不是說使用陸地上的導航設備就是陸基導航，也不是說星基導航是僅僅使用GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）。在區(qū)域?qū)Ш降默F(xiàn)階段，還是脫離不了這些航路導航設施的，或

許在未來的新航行系統(tǒng)中會完全拋棄現(xiàn)有的航路導航設施，實行點與點之間的直接對話。

我們通常所說的無線電位置，是指機載接收機向飛行管理計算機傳送接收到的信號，通過測距定位（DME-DME）或測距測向定位（DME-VOR），來確定的位置。其工作原理是：飛機起飛后，與飛行管理計算機有關的機載無線電導航系統(tǒng)開始工作，對兩個地理位置最好的DME臺（兩個臺與飛機連線之間的夾角大于30度小于150度）進行自動調(diào)諧，計算出距離后與導航數(shù)據(jù)庫里的各臺經(jīng)緯度以及從其它渠道得到的飛行高度等其它信息相結合，計算出飛機的無線電位置。當DME接收機無法接收到兩個符合條件的地面DME臺信號時，機載無線電導航系統(tǒng)就會選擇同一位置的DME/VOR。在盲降進近期間，用LOC（航向信標）更新使用LOC波束的橫向位置（DME/DME-LOC或VOR/DME-LOC）。

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）是星基導航系統(tǒng)的核心。它主要包括美國國防部掌握的GPS和前蘇聯(lián)從80年代開始建設現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理的GLONASS，以及由西歐歐洲空間局正在建設的NAVSAT系統(tǒng)。GPS是目前應用最廣泛的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，但在航空應用方面卻受到了技術和政策的干擾，在純民用的NAVSAT系統(tǒng)投入使用前，用戶還沒有自主選擇的空間，所以使用的還是INS/GPS這種組合，這也是現(xiàn)在我們最主要和最常用的導航方式。所以我們平常所說的GPS位置，對飛機而言，其實就是GPIRS，即INS/GPS的混合位置。每一部慣性基準系統(tǒng)都有一個和GPS的混合位置，飛行管理計

算機根據(jù)其品質(zhì)等級數(shù)及優(yōu)選性選擇其中的一個。

綜上所述可知，單純的NDB和VOR是不能定位的，那么慣導位置、無線電位置和GPIRS位置哪個才是代表飛機的位置呢？FMC（本文不涉及FMC對飛機其它系統(tǒng)提供其它類型數(shù)據(jù)的作用，單獨考慮其在坐標和位置方面的計算）考慮每個定位設備的精確性和完整性而選擇最精確的位置，從這個意義上來說，飛機的位置，就是FM的位置。假如GPS數(shù)據(jù)有效并且測試合格，那么GPS/INERTIAL為基本的導航方式。否則的話，使用無線電導航臺加慣導或僅用慣導。即FMGS（飛行管理引導系統(tǒng)，以A320為例，它包括2個飛行管理引導計算機FMGC、2個多功能控制顯示組件MCDU、1個飛行控制組件FCU和2個飛行增穩(wěn)計算機FAC）使用GPS或當GPS不工作時使用無線電導航臺更新FM位置。優(yōu)先順序為：IRS-GPS、IRS-DME/DME、IRS-VOR/DME、僅用IRS。飛行初始化時，每部FMGC（飛行管理引導計算機，我們通常講的FMC是指它的管理部分而沒有提及其引導部分）顯示一FM位置，這個位置是一個GPIRS；起飛時，F(xiàn)M位置更新為儲存在數(shù)據(jù)庫里的跑道入口位置；飛行中，F(xiàn)M位置向無線電位置或GPS位置接近，其接近率取決于飛機高度。FMGC一直在計算從混合慣導位置到無線電位置或GPS位置的矢量偏差。如果無線電位置或GPS位置可用，每部FMGC不斷更新這個偏差。所以飛機的位置不是單純的慣導位置或無線電位置或GPS位置，這和飛機的導航方式以及飛機所處的不同階段是相關的。當然，所有的位置都

是針對WGS-84坐標系而言的，在內(nèi)地使用北京54坐標系時，由于GPS使用的也是WGS-84坐標系，可能還會有所偏差，在這里就不額外表述了。

導航靠無線電導航和自主式導航。無線電導航包括：VOR/DME導航（需要VOR/DME地面信標臺）、GPS導航、ADF自動定向機（就是樓上說的NDB導航臺）、儀表著陸系統(tǒng)ILS。自主式主要是慣性基準系統(tǒng)。

地面監(jiān)視雷達那是地面空管用的，不是飛機的導航系統(tǒng)。地面監(jiān)視雷達包括一次雷達和二次雷達，和飛機上的ATC應答機組成ATCRBS或DABS。

二次雷達是以詢問-應答方式工作的，能給空中交通管制員提供飛機識別碼和高度信息。但并不提供速度信息！而飛機上的TCAS防撞系統(tǒng)只計算對方垂直速度，并不顯示對方速度。

一個飛機場都有人么部分組成

飛機場通訊導航設施

飛機場所需的各項通訊、導航設施的統(tǒng)稱。航空通訊有陸空通訊和平面通訊。

陸空通訊飛機場空中交通管制部門和飛機之間的無線電通訊。主要方式是用無線電話；遠距離則用無線電報。

①飛機場無線電通訊設施在城市劃定的發(fā)訊區(qū)修建無線電發(fā)訊臺，收訊區(qū)修建無線電收訊臺。無線電中心收發(fā)室則建在飛機場航管樓內(nèi)。發(fā)訊臺和收訊臺、收發(fā)室，以及和城市之間都要按照發(fā)射機發(fā)射功率的大小和數(shù)量，保持一定的距離。功率愈大，距離要愈遠。收、發(fā)訊臺的天線場地以及鄰近地區(qū)應為平坦地形，易于排除地面水，收訊臺址還應特別注意遠離各種可能對無線電電波產(chǎn)生二次輻射的物體（如高壓架空線和高大建筑物等）和干擾源（如發(fā)電廠、有電焊和高頻設備的工廠、礦山等）。20世紀80年代，載波通訊和微波通訊發(fā)達的區(qū)域，平面通訊一般不再利用短波無線電通訊設備。無線電發(fā)訊臺主要安裝對飛機通訊用的發(fā)射設備；也不再單建無線電收訊臺，而將無線電收訊臺和無線電中心收發(fā)室合建在飛機場的航管樓內(nèi)。②飛機場有線通訊設施。有電話通訊和調(diào)度通訊。航空導航分航路導航和著陸導航。

航路導航①中長波導航臺(NDB)。是設在航路上，用以標出所指定航路的無線電近程導航設備。臺址應選在平坦、寬闊和不被水淹的地方，并且要遠離二次輻射體和干擾源。一般在航路上每隔200～250公里左右設置一座；在山區(qū)或某些特殊地區(qū)，不宜用NDB導航。②全向信標/測距儀臺(VOR/DME)全向信標和測距儀通常合建在一起。全向信標給飛機提供方位信息；測距儀則給飛機示出飛機距測距儀臺的直線距離。它對天線場地的要求比較高。在一般情況下，要求以天線中心為中心，半徑300米范圍內(nèi)，場地地形平坦又不被水淹。該臺要求對二次輻射體保持一定的距離。臺址比中、長波導航臺的要

求嚴。在地形特殊的情況下，可選用多普勒全向信標/測距儀臺(DVOR/DME),以提高設備的場地適應性。該臺的有效作用距離取決于發(fā)射機的發(fā)射功率和飛機的飛行高度。在飛行高度5700米以上的高空航路上，兩臺相隔距離大于200公里。

③塔康(TACAN)和伏爾塔康(VORTAC)塔康是戰(zhàn)術導航設備的縮寫，它將測量方位和距離合成為一套裝置。塔康和全向信標合建，稱伏爾塔康。其方位和距離信息，也可供民用飛機的機載全向信標接收機和測距接收設備接收；軍用飛機則用塔康接收設備接收。塔康和伏爾塔康臺的設置以及臺址的選擇,和全向信標/測距儀臺的要求相同。④羅蘭系統(tǒng)(LORAN)遠距導航系統(tǒng)。20世紀80年代航空上使用的主要是“羅蘭-C”�！傲_蘭-C”系統(tǒng)由一個主臺和兩個至四個副臺組成羅蘭臺鏈�！傲_蘭-C”系統(tǒng)的有效作用距離，在陸上為201*公里，在海面上為3600公里。主臺和副臺間的距離可達到1400公里。按所定管轄地區(qū)的要求，設置主臺和副臺；并按一般的長波導航臺選址要求進行選址。

⑤奧米加導航系統(tǒng)(OMEGA)。和“羅蘭-C”一樣，是一種遠程雙曲線相位差定位系統(tǒng)。由于選用甚低頻波段的10～14千赫工作，作用距離可以很遠，兩臺之間的距離可達9000～10800公里。只要有8個發(fā)射臺，輸出功率為10千瓦，即可覆蓋全球。羅蘭系統(tǒng)和奧米加導航系統(tǒng)不是一個飛機場的導航設施，而是半個地球的甚至是全球性的導航設施。

飛機場終端區(qū)導航①歸航臺著陸引導設施。飛機接收導航臺的無線

電信號，進入飛機場區(qū)，對準跑道中心線進近著陸，這樣的導航臺稱歸航臺。歸航臺建在跑道中心線延長線上。距跑道入口的距離為1000米左右的稱近距歸航臺（簡稱近臺）；距離為7200米左右的稱遠距歸航臺（簡稱遠臺）。歸航臺一般都和指點標臺合建。指點標臺標出該臺與跑道入口的距離。在一個降落方向上，只設置一座歸航臺的（不論是近臺還是遠臺）稱單歸航臺著陸引導設施；如果有近臺和遠臺，則稱雙歸航臺著陸引導設施。歸航臺的選址要求基本上和航路上導航臺相同。由于飛機的速度越來越快，機載設備越來越先進，因此歸航臺引導著陸在中國飛機場已逐步淘汰。

②全向信標/測距儀臺(VOR/DME)除可用在航路上作為導航設備外，也可用作機場終端區(qū)導航設備。這時，該臺應設在跑道中心附近，距跑道中心線不少于150米、距滑行道中心線不少于75米。對周圍地形、地物的技術要求，和用作航路導航臺時相同。該臺也可布置在指定穿云轉(zhuǎn)彎點處，以引導飛機穿云下降。

③儀表著陸系統(tǒng)(ILS)。是20世紀70年代國際上通用的著陸引導設備。由航向臺(LOC)、下滑臺(G/P)、外指點標臺(OM)、中指點標臺(MM)和內(nèi)指點標臺(IM)組成。航向臺向飛機提供航向引導信息；下滑臺向飛機提供下滑道引導信息；外、中、內(nèi)指點標臺則分別向飛機提供飛機距跑道入口距離的信息。

儀表著陸系統(tǒng)中，各臺臺址和跑道間的相互關系如圖[飛機場著陸引導設備臺站平面布置圖（以一個著陸方向為例）]所示。在下述距離范圍內(nèi)，按技術要求選定。航向臺設在跑道中心線延長線上、距跑道

終端約200～900米，具體位置取決于天線陣前方的場地,天線陣的安裝高度和天線所發(fā)射的場型。下滑臺設在跑道的任一側(cè)。距跑道中心線120～200米距跑道入口約300～450米,具體位置取決于下滑天線前方場地的坡度、場地前方障礙物的高度和下滑角的大小。外、中、內(nèi)指點標臺均設在跑道中心線延長線上,外臺距跑道入口7200±300米；中臺1050±150米;內(nèi)臺300～450米。在指點標臺安裝有困難的地方，可在飛機場內(nèi)下滑臺處安裝精密測距儀，用以起到相當于指點標臺的作用。儀表著陸系統(tǒng)中各臺的修建，除了確定各臺的位置外，尚須根據(jù)各臺所發(fā)射的場型分別定出各臺天線場地的大小和對周圍地形、地物的技術要求。航向臺和下滑臺的技術要求比較嚴格，地形要平坦，不被水淹,坡度不大于1％；要防止和避開二次輻射體的干擾；對架空線路、道路、車輛、飛機、柵欄、金屬和非金屬物體等都有不同的距離要求。

儀表著陸系統(tǒng)的運用性能分為三類：Ⅰ類引導飛機下降到60米的決斷高度,并在跑道視程不少于800米的條件下，成功地進行進近；Ⅱ類引導飛機下降到30米的決斷高度，并在跑道視程不少于400米的條件下,成功地進行進近；Ⅲ類又分Ⅲ類A、Ⅲ類B和Ⅲ類C。Ⅲ類A沒有決斷高度的限制，在跑道視程不少于200米的條件下,在著陸的最后階段，借助外部目視設施，降落在跑道上，并沿跑道滑行。Ⅲ類B與Ⅲ類A同，但跑道視程為不少于50米，不帶外部目視設施引導飛機到跑道；之后借助外部目視設施在跑道上滑行。Ⅲ類C沒有決斷高度的限制,不借助外部目視設施引導飛機至跑道和在滑行道滑

行。

④地面指揮引進系統(tǒng)。由飛機場監(jiān)視雷達(ASR)和精密進近雷達(PAR)組成。沒有飛機場監(jiān)視雷達則不能稱地面指揮引進系統(tǒng)，只能稱精密進近雷達（也稱著陸雷達）。

(a)著陸雷達在復雜氣象條件下引導飛機著陸的輔助設備。有效作用距離,在中雨天氣時不少于15公里;一般天氣不少于35公里。作用范圍：水平面為左右10;垂直面為-1～8。在著陸雷達有效區(qū)域的飛機,根據(jù)飛機回波偏離雷達顯示器上理想航向線和下滑線的相對位置以及飛機到著陸點的距離，用無線電話指揮飛機下降到?jīng)Q斷高度,然后駕駛員用目視著陸。著陸雷達的布置,在一般情況下,只要跑道足夠長,在一條跑道兩個降落方向上都可使用同一設備。其位置一般定在跑道的中間、距跑道中心線120～185米。

(b)飛機場監(jiān)視雷達。用來辨別監(jiān)視和調(diào)配飛機場場區(qū)飛行動態(tài)。其位置與航管樓距離不要超過設備電纜所允許的長度（一般不超過201*米），設在開闊和不被水淹地方，應保證視界遮蔽仰角不得大于0.5。對別的雷達設備、測距儀和全向標臺等應分別保持一定距離。⑤微波著陸系統(tǒng)。由方位引導仰角引導和拉平仰角引導等設備所組成。方位引導是在水平面上可在跑道中心線每邊20～60區(qū)域內(nèi)提供任意要求的航道，仰角引導是在垂直面上可以提供許多下滑道(如從1～15)，拉平仰角引導基本原理與仰角引導相同，但所發(fā)射的是更窄更薄的波瓣,以便為拉平階段的飛機提供精確的仰角引導信息，該系統(tǒng)具有提供精密測距信息的能力。微波著陸系統(tǒng)工作在微波波

段，空間掃描的波瓣主要依靠天波來形成，受地形和地物的影響較小，因此具有儀表著陸系統(tǒng)無法比擬的高精度、高穩(wěn)定性、易架設、易調(diào)整等優(yōu)點。

隨著電子計算技術、各類導航設施和傳輸手段的提高、發(fā)展而成為自動化空中交通管制系統(tǒng)。航路系統(tǒng)把以前人工獲取和處理信息的方法,改變?yōu)樽詣踊�設施裝有應答機的飛機提供連續(xù)的高度和標記信息，全部信息輸入計算裝置進行處理，及時修正飛行數(shù)據(jù)，并以自動目標跟蹤的字母數(shù)字形式顯示在雷達顯示器上，將能做到復雜交通的自動預示和預先規(guī)劃交通流量。在航站區(qū)，自動雷達航站系統(tǒng)(ARTS)提供一次雷達目標和信息雷達目標兩者的自動跟蹤，在雷達顯示器上顯示每架飛機的字母數(shù)字信息。自動化系統(tǒng)能更快速、更精確地進行空中和航站管制。（見彩圖[甚高頻全向信標臺無線電導航設備之一(廈門航空港)]

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