摘要：民航飛機在飛行過程當中必須要不斷的接收來自于地面臺所發出的導航信號， 從而來對自身所處的位置做出判斷。當前應用最為普遍的一種導航信號設備即為多普勒全向信標級， 其導航信號內的可變信號是基于多普勒效應所生成的， 基于對多普勒效應的原理分析， 同時綜合以全向信標的工作過程， 便可對全向信標導航信號達到系統化的認知。本文將重點針對展開具體分析。
關鍵詞：多普勒效應； 全向信標； 導航；
1引言
處于航行狀態的飛機必須實時確定自身的所處位置。而飛機要確定自身所處位置可供選擇的方法多種多樣， 如較為常用的記載定位系統、航管雷達定位、衛星定位等， 當前在民航領域主要采用的是地面導航臺定位方式。其可通過對無線電波的發出與接收， 從而來測得飛行器相對于導航臺所處的地理空間坐標， 并由此為飛行器提供方位指引， 并做出距離導航。多普勒全向信標機是通過地面臺來對空域環境發出無線電信號， 飛行器在獲取到地面臺站所發出的信號以后， 經由分析處理后便可獲得相應的方位角， 并得到自身目前的所處位置。
2多普勒效應
2.1 多普勒定義
電磁波是經由特定媒介發送至接收方。在大多數情況下， 電磁波的源頭發射點相較于信號獲取一方是確定性的， 接收一方所得到的信號頻率和電磁波源頭頻率大致相等。如果電磁波源頭以及接收位置同時還包括了相對運動現象， 那么接收測量一方所獲取到的頻率則將與真實的電磁波源頭頻率存在出入。其頻率差值的確定需通過相對運動情況來判斷。這一種因為電磁波源頭頻率亦或是觀察方相對媒介所發生的運動， 導致觀察方察覺波頻有所改變的情況即被稱之為多普勒效應。
2.2 發射與接收頻率對比
針對發射機與接收機相對運動狀況展開分析， 相應接收機的接收頻率改變即為：假定發射機發出F信號， 發射與接收設備間有相對運動現象， 速度以V表示， 則接收機d所獲取到的信號頻率Fr即為：
據此表明， 在發射機發射頻率信號保持恒定不變的狀態下， 發射機和接收機天線間存在有相對運動的情況時， 接收機所獲取到的信號頻率將不再是發射頻率， 而是在發射頻率基礎之上所多出的增量值， 也就是發生了多普勒頻移現象。由上述公式可觀察到， 在發射設備朝向接收設備移動的過程當中， 多普勒的頻率移動則表示為 （+） , 相應的接收頻率>發生頻率；若情況反之， 多普勒頻率移動表示為 （-） , 則接收頻率<發射頻率。
2.3 旋轉信號分析
若預先設定接收設備和發射天線的間距要明顯大于發射天線的旋轉半徑， 便可明確出環繞圓心所發出的信號內容在被接收前， 不會由于和接收設備的距離存在偏差而發生幅值改變。
假定接收設備處于天線的正北位置， 天線由1點鐘方向發出， 圍繞圓心做逆時針轉動， 速率為ρ周/秒。相較于接收設備而言， 在天線處于1點鐘方向之時， 相應的運動僅為水平方向上的分量程度， 并不具備縱向位置上的運動變化， 在這時Vd值即為0, 相應的多普勒頻移Fd同樣也為0, 而在天線運動到了2點鐘方向之時， 發射天線運動將完全朝向接收設備方位， 且此時的運動速度也將達到最大值， 與天線運動速度相當， 此時的多普勒頻移Fd將會達到最大值。而在天線運動至3點狀方向之時， 多普勒頻移又會轉回到1點鐘的情況， Vd與Fd均為0.隨著天線的繼續運動， 在其到達4點鐘方向之時， 發射天線與接收機之間距離逐漸拉大， 速度也將達到最大， 多普勒頻移Fd為最大負值。
3全向信標導航
3.1 地面臺信號
未獲得兩個單獨的30Hz調制信號， 全向信標發射機各自對載波信號以及邊帶波信號發出輻射。一般而言載波頻率即為F0, 則相應的邊帶頻率即為F0+9960Hz （上邊帶頻率） 與F0-9960Hz （下邊帶頻率） .利用合理化的管控策略來保障載波信號上下兩端的信號水平基本保持不變， 在空域條件下合并產生為調幅信號， 利用機載設備對其進行處理?？蓪藴市盘栴l率調幅到載波信號位置， 進而利用中央天線將其發出， 在接收設備內把標準信號頻率解析出來。標準吸納好頻率是通過多普勒頻率移動來達到信號調制目的的。上邊待旋幅產生多普勒頻移Fd之時， 接收設備所獲取到的信號頻率即為F0+9960Hz再加上多普勒頻移之和， 而下邊帶因為與上邊帶為對稱關系， 因此其所獲得到的信號頻率即為F0-9960Hz再減去多普勒頻移， 通過濾波電路檢波后， 便可獲取到調頻副載波， 經鑒別后便可獲得可變30Hz信號。
3.2 接收機處理
天線設備在偵測到來自于地面臺的信號內容后， 便可通過振幅和電路檢波來對其展開分析， 其中一路可采取帶通濾波進行處置， 得到相應的調頻信息內容之后， 再經由限幅電路予以處理， 獲取到的標準頻率信號即為可變信號；另一路徑獲取到另一項30Hz信號， 相位對比器可將兩信號展開對比， 得出的相對差即為飛機相較于地面臺站的磁方位， 飛行員便可依據借助于電磁指示器來獲得方位角。
4結語
總而言之， 多普勒效應的應用領域十分廣泛， 如應用雷達監測飛機的飛行狀態、測量汽車行駛速度、人造衛星追蹤等。另外多普勒效應在目前的氣象雷達觀測中也發揮著極其重要的作用。將多普勒效應應用于全向信標導航中僅是其中很小一方面的應用內容， 相信隨著現代通信技術的快速發展， 多普勒效應理念的應用范圍必將會得到更加顯著的拓展， 為人們提供以更加精準的定位服務。
參考文獻
[1]金磊， 陳帥， 劉亞玲， 等?；诜e分多普勒平滑偽距的導航算法研究[J].航天控制， 2015, 33 （1） .[1]金磊， 陳帥， 劉亞玲， 等?；诜e分多普勒平滑偽距的導航算法研究[J].航天控制， 2015, 33 （1） .
[2]張福斌， 馬朋， 王智輝， 等?；跈M坐標系的捷聯慣性導航系統/多普勒速度儀極區組合導航算法[J].兵工學報， 2016, 37 （7） .[2]張福斌， 馬朋， 王智輝， 等?；跈M坐標系的捷聯慣性導航系統/多普勒速度儀極區組合導航算法[J].兵工學報， 2016, 37 （7） .
[3]文敏， 劉曄， 馬純清， 等。影響多普勒全向信標測向精度的因素探究[J].通訊世界， 2015, （17） .[3]文敏， 劉曄， 馬純清， 等。影響多普勒全向信標測向精度的因素探究[J].通訊世界， 2015, （17） .
[4]舒嶸， 凌元， 崔桂華， 等。著陸導航激光多普勒雷達[J].紅外與毫米波學報， 2013, 32 （6） .[4]舒嶸， 凌元， 崔桂華， 等。著陸導航激光多普勒雷達[J].紅外與毫米波學報， 2013, 32 （6） .
關鍵詞：多普勒效應； 全向信標； 導航；
1引言
處于航行狀態的飛機必須實時確定自身的所處位置。而飛機要確定自身所處位置可供選擇的方法多種多樣， 如較為常用的記載定位系統、航管雷達定位、衛星定位等， 當前在民航領域主要采用的是地面導航臺定位方式。其可通過對無線電波的發出與接收， 從而來測得飛行器相對于導航臺所處的地理空間坐標， 并由此為飛行器提供方位指引， 并做出距離導航。多普勒全向信標機是通過地面臺來對空域環境發出無線電信號， 飛行器在獲取到地面臺站所發出的信號以后， 經由分析處理后便可獲得相應的方位角， 并得到自身目前的所處位置。
2多普勒效應
2.1 多普勒定義
電磁波是經由特定媒介發送至接收方。在大多數情況下， 電磁波的源頭發射點相較于信號獲取一方是確定性的， 接收一方所得到的信號頻率和電磁波源頭頻率大致相等。如果電磁波源頭以及接收位置同時還包括了相對運動現象， 那么接收測量一方所獲取到的頻率則將與真實的電磁波源頭頻率存在出入。其頻率差值的確定需通過相對運動情況來判斷。這一種因為電磁波源頭頻率亦或是觀察方相對媒介所發生的運動， 導致觀察方察覺波頻有所改變的情況即被稱之為多普勒效應。
2.2 發射與接收頻率對比
針對發射機與接收機相對運動狀況展開分析， 相應接收機的接收頻率改變即為：假定發射機發出F信號， 發射與接收設備間有相對運動現象， 速度以V表示， 則接收機d所獲取到的信號頻率Fr即為：
據此表明， 在發射機發射頻率信號保持恒定不變的狀態下， 發射機和接收機天線間存在有相對運動的情況時， 接收機所獲取到的信號頻率將不再是發射頻率， 而是在發射頻率基礎之上所多出的增量值， 也就是發生了多普勒頻移現象。由上述公式可觀察到， 在發射設備朝向接收設備移動的過程當中， 多普勒的頻率移動則表示為 （+） , 相應的接收頻率>發生頻率；若情況反之， 多普勒頻率移動表示為 （-） , 則接收頻率<發射頻率。
2.3 旋轉信號分析
若預先設定接收設備和發射天線的間距要明顯大于發射天線的旋轉半徑， 便可明確出環繞圓心所發出的信號內容在被接收前， 不會由于和接收設備的距離存在偏差而發生幅值改變。
假定接收設備處于天線的正北位置， 天線由1點鐘方向發出， 圍繞圓心做逆時針轉動， 速率為ρ周/秒。相較于接收設備而言， 在天線處于1點鐘方向之時， 相應的運動僅為水平方向上的分量程度， 并不具備縱向位置上的運動變化， 在這時Vd值即為0, 相應的多普勒頻移Fd同樣也為0, 而在天線運動到了2點鐘方向之時， 發射天線運動將完全朝向接收設備方位， 且此時的運動速度也將達到最大值， 與天線運動速度相當， 此時的多普勒頻移Fd將會達到最大值。而在天線運動至3點狀方向之時， 多普勒頻移又會轉回到1點鐘的情況， Vd與Fd均為0.隨著天線的繼續運動， 在其到達4點鐘方向之時， 發射天線與接收機之間距離逐漸拉大， 速度也將達到最大， 多普勒頻移Fd為最大負值。
3全向信標導航
3.1 地面臺信號
未獲得兩個單獨的30Hz調制信號， 全向信標發射機各自對載波信號以及邊帶波信號發出輻射。一般而言載波頻率即為F0, 則相應的邊帶頻率即為F0+9960Hz （上邊帶頻率） 與F0-9960Hz （下邊帶頻率） .利用合理化的管控策略來保障載波信號上下兩端的信號水平基本保持不變， 在空域條件下合并產生為調幅信號， 利用機載設備對其進行處理?？蓪藴市盘栴l率調幅到載波信號位置， 進而利用中央天線將其發出， 在接收設備內把標準信號頻率解析出來。標準吸納好頻率是通過多普勒頻率移動來達到信號調制目的的。上邊待旋幅產生多普勒頻移Fd之時， 接收設備所獲取到的信號頻率即為F0+9960Hz再加上多普勒頻移之和， 而下邊帶因為與上邊帶為對稱關系， 因此其所獲得到的信號頻率即為F0-9960Hz再減去多普勒頻移， 通過濾波電路檢波后， 便可獲取到調頻副載波， 經鑒別后便可獲得可變30Hz信號。
3.2 接收機處理
天線設備在偵測到來自于地面臺的信號內容后， 便可通過振幅和電路檢波來對其展開分析， 其中一路可采取帶通濾波進行處置， 得到相應的調頻信息內容之后， 再經由限幅電路予以處理， 獲取到的標準頻率信號即為可變信號；另一路徑獲取到另一項30Hz信號， 相位對比器可將兩信號展開對比， 得出的相對差即為飛機相較于地面臺站的磁方位， 飛行員便可依據借助于電磁指示器來獲得方位角。
4結語
總而言之， 多普勒效應的應用領域十分廣泛， 如應用雷達監測飛機的飛行狀態、測量汽車行駛速度、人造衛星追蹤等。另外多普勒效應在目前的氣象雷達觀測中也發揮著極其重要的作用。將多普勒效應應用于全向信標導航中僅是其中很小一方面的應用內容， 相信隨著現代通信技術的快速發展， 多普勒效應理念的應用范圍必將會得到更加顯著的拓展， 為人們提供以更加精準的定位服務。
參考文獻
[1]金磊， 陳帥， 劉亞玲， 等?；诜e分多普勒平滑偽距的導航算法研究[J].航天控制， 2015, 33 （1） .[1]金磊， 陳帥， 劉亞玲， 等?；诜e分多普勒平滑偽距的導航算法研究[J].航天控制， 2015, 33 （1） .
[2]張福斌， 馬朋， 王智輝， 等?；跈M坐標系的捷聯慣性導航系統/多普勒速度儀極區組合導航算法[J].兵工學報， 2016, 37 （7） .[2]張福斌， 馬朋， 王智輝， 等?；跈M坐標系的捷聯慣性導航系統/多普勒速度儀極區組合導航算法[J].兵工學報， 2016, 37 （7） .
[3]文敏， 劉曄， 馬純清， 等。影響多普勒全向信標測向精度的因素探究[J].通訊世界， 2015, （17） .[3]文敏， 劉曄， 馬純清， 等。影響多普勒全向信標測向精度的因素探究[J].通訊世界， 2015, （17） .
[4]舒嶸， 凌元， 崔桂華， 等。著陸導航激光多普勒雷達[J].紅外與毫米波學報， 2013, 32 （6） .[4]舒嶸， 凌元， 崔桂華， 等。著陸導航激光多普勒雷達[J].紅外與毫米波學報， 2013, 32 （6） .
