第十一章 甚高频全向信标系统 本章学习要点 ①理解VOR系统的工作原理； ②理解VOR地面台发射信号的原理； ③了解VOR机载设备；

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1 第十一章 甚高频全向信标系统 本章学习要点 ①理解VOR系统的工作原理； ②理解VOR地面台发射信号的原理； ③了解VOR机载设备；
第十一章 甚高频全向信标系统 本章学习要点 ①理解VOR系统的工作原理； ②理解VOR地面台发射信号的原理； ③了解VOR机载设备； ④了解VOR数字方位测量电路； 课时分配6学时

2 本章主要内容 第一节 VOR系统工作原理 ； 第二节 VOR地面台发射信号 ； 第三节 VOR机载设备 ; 第四节 VOR数字方位测量电路 ;

3 第一节 VOR系统工作原理 甚高频全向信标(Very high frequency Omnidirectional Range)系统，简称VOR(伏尔)，它是一种近程无线电导航系统。 VOR系统属于他备式导航，或称地面基准式导航(ground—based navigation)。 提问：1. 飞机在空中如何确定自身的位置？ 2. 由什么设备来完成？ 由地面发射台和机载设备组成。 地面设备通过天线发射从VOR台到飞机的磁方位信息(以磁北为基准零度)； 图11-1(1) VOR系统

4 一、有关的角度定义 机载设备接收和处理地面台发射的方位信息，并通过有关的指示器指示出从VOR台到飞机或从飞机到VOR台的磁方位角，如图所示。
VOR导航系统的功能之一是测量飞机的VOR方位角，而VOR方位角在无线电磁指示器(RMI)上的指示又是通过磁航向加相对方位指示的。 因此，了解这些角度的定义和相互关系，有助于理解VOR机载设备的工作原理。 图11-1(2) VOR指示器

5 从VOR台的磁北方向顺时针测量到VOR台与飞机连线之间的夹角，叫飞机磁方位(见图）。它是以VOR台为基准来观察飞机相对VOR台的磁方位。
图11-1(3) 方位角定义

6 磁航向是指飞机所在位置的磁北方向和飞机纵轴方向(机头方向)之间顺时针方向测量的夹角，如图
相对方位角 飞机纵轴方向和飞机到VOR台连线之间顺时针方向测量的夹角，叫相对方位角，或称电台航向，如图所示。 图11-1(4) 方位角定义

7 从上述4个角度的定义，可以得到如下的结论：
VOR方位与飞机磁航向无关；只与飞机相对VOR台地理位置有关，如上左图所示。 飞机磁方位和VOR方位相差180º，如上左图所示。 VOR方位等于磁航向加相对方位，如上右图所示。

8 二、VOR导航系统的用途 VOR系统在航空导航中的基本功能有两个方面。 1．定位(position—fixing)
得到两条位置线，利用两条位置线的交点便可确定飞机的地理 位置。这种定位方法叫测角定位，即θ—θ定位，如下图 （b）所示。

9 VOR台通常和测距台(DME)安装一起（O点），利用VOR设备测量飞机磁方位角θ；利用DME测量飞机到VOR／DME台的距离r，确定飞机的地理位置。这种方法叫测角—测距定位，即r—θ定位/极 坐标定位，如下图（a）所示。

10 2．沿选定的航路导航(navigation along established airways)
VOR台能够辐射无限多的方位线或称径向线(radial)，每条径向线表示一个磁方位角(磁北为基准零度)。驾驶员通过机上全向方位选择器OBS (omni-bearing selector)选择一条要飞的方位线，称预选航道。 全方位选择器和预选航道指示 VOR台方位线

11 飞机沿着预选航道可以飞向(To)或飞离(From)VOR台，以引导飞机沿预选航道飞往目的地。
（1）飞机沿2250方位线飞向(To)VOR台-1； （2）飞机沿 900方位线飞离(From)VOR台-1； （3）飞机沿2700方位线飞向(To)VOR台-2； （4）飞机沿450方位线飞离(From) VOR台-2；

12 通过航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道的方向(左边或右边)和角度，并指引飞机沿正确航道飞行到达目的地；
飞机沿3500预选航道飞向(To) VOR台； 航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道，应向左边飞行； 航道偏离指示器指出飞机偏离预选航道，应向右边飞行；

13 三、VOR工作频率分配 在现代飞机上，VOR导航系统的机载设备与仪表着陆系统(ILS)的航向信标(LOC)的机载设备的有些部分是共用的。
VOR／LOC工作频率范围从108.00—117.95MHz，频率间隔50kHz，共有200个波道。其中108.00—111.95MHz之间的频率，VOR／LOC共用，有40个波道分配给ILS系统的LOC，分配如下： 108.00——用于试验 108.05——VOR 108.10——奇数100 kHz波道及再加50kHz的波道用于LOC； 配对下滑信标波道； 108.20——偶数100kHz波道及再加50kHz的波道用于VOR； 108.25 ∶ 111.90 111.95

14 112.00——112～117.95MHz之间间隔为50 KHz的所有频率 均用于VOR波道 112.05 ∶ 117.90 117.95 108.00MHz的频率没有分配给导航设备，留作试验用。也有一些波道(导航波段的低频率端)留作ILS的试验用，而不用于VOR。 如果VOR／LOC接收电路共用的话，试验频率使用117.95MHz。 机载接收机能够接收108.00—117.95MHz之间的所有波道，包括这些留作试验的频率。

15 四、地面台的配置 安装在机场的VOR台叫终端VOR台(TVOR)，使用108．00一111．95MHz之间的40个波道。发射功率约50W，工作距离25n mile。TVOR台之所以采用低功率发射，其一是不干扰在相同频率上工作的其他VOR台；其二，TVOR台位于建筑物密集的机场，多路径干扰严重影响VOR的精度，因此，只能用于短距离导航。 TVOR台通常和DME或LOC装在一起，VOR／DME台组成极坐标定位系统；VOR／LOC装在一起，利用和跑道中心延长线一致的TVOR台方位线，可以代替LOC对飞机进行着陆引导。

16 安装在航路上的VOR台叫航路VOR(enroute VOR)，台址通常选在无障碍物的地点，如山的顶部。这样，因地形效应引起的台址误差和多路径干扰可以大大减小。
航路VOR使用112．00—117．95MHz之间的120个波道，发射功率200W，工作距离200 n mile。

17 五 VOR系统的基本原理 我们可以把VOR地面台想象为这样的一个灯塔；它向四周发射全方位光线的同时，还发射一个自磁北方向开始顺时针旋转的光束，如图所示。 观察者磁北方位角

18 实际上，VOR台发射被两个低频信号调制的射频信号。这两个低频信号，一个叫基准相位信号，另一个叫可变相位信号。
飞机磁方位决定于基准和可变相位信号之间的相位差（相当于看到全方位光线和光束之间的时间差）。

19 第二节 VOR地面台发射信号 一、 两种信号调制方式
VOR机载设备的基本工作原理是测量地面台发射的基准相位30Hz和可变相位30Hz的相位差，两个30Hz信号的相位差正比于VOR台的径向方位(以磁北为基准零度)。为了在接收机中能够分开两个30Hz信号，VOR台发射信号采用两种不同的调制方式。 可变相位信号：调幅方式，载波幅度随调制信号幅度线性改变。 基准相位信号：调频方式，载波频率随调制信号幅度线性改变。

20 可变相位信号：用30Hz对载波调幅，相位随VOR台的径向方位而变化。
基准相位信号：先用30Hz对9960Hz副载波调频，然后调频副载波再对载波调幅，而30Hz调频信号的相位在VOR台周围360方位上是相同的。 图11-6 VOR地面台工作原理说明

21 二、基准相位信号 30Hz产生器产生基准30Hz信号( )，对9960Hz副载波调频，频偏为±480Hz．调频副载波的表达式为
= —— 30Hz角频率 ——调频指数 ——9960Hz角频率 ——调频信号振幅。 ——频偏 调频副载波再对载波调幅，然后由全向天线发射，其辐射场为 ——基准相位信号的调幅度 ——基准相位信号振幅 ——载波信号角频率

22 基准相位信号由VOR天线系统中的基准天线发射，在空间形成全向水平极化辐射场。
由于调制过程是在发射机内完成的，所以在VOR台周围的360º方位上，30 Hz调制信号的相位相同。基准相位信号产生的过程如图所示。在进行地—空通信时，经音频放大的话音，同副载波一起对载波调幅。话音频率主要集中在300—3000Hz范围内，它不会干扰基本的导航功能；在接收机电路中可通过带通滤波器分开。

23 三、可变相位信号 可变相位信号在空间形成一个“8”字旋转辐射场。有两种方法可以产生旋转的“8”字方向图：其一是旋转具有“8”字方向图的天线(如半波振子、裂缝天线等)；其二是天线不动，用电气的方法使“8”字方向图旋转。大多采用后一种方法。 从高频发射机取出一部分功率(约10%)加到调制抑制器(去幅器)，去掉调幅部分，并进行功率放大，输出没有调制的纯载波。它与基准相位信号的载波是同频率、同相位的，然后加到测角器。测角器把载波分解成30Hz正弦和余弦调制的调幅边带波，即： ——正弦调制的边带波 ——余弦调制的边带波

24 正弦和余弦调制的边带波分别由VOR天线阵中的可变相位天线发射。可变相位天线包括方向性因子分别为cos 和sin 的两个分集天线，在水平面内形成两个正交的“8”字辐射场，其数学表达式为：
式中 ——可变相位信号的幅度； ——方位角(磁北为0º) 两个“8”字方向图的空间合成辐射场为：

25 可变相位信号的合成辐射场也是一个“8”字辐射场，两个波瓣的相位相反，并按Ω的角频率旋转(30r／s)。图给出了在不同方位角 时，两个正交的“8”字方向图合成一个旋转的“8”字方向图的示意图，这也就达到了与直接转动天线使方向性图旋转的相同的目的。

26 四、合成空间辐射场 式中 ——可变相位信号的调幅系数，从上式可以看出：
可变相位信号和基准相位信号虽然是分开发射的，而空间某一点(具体的说是飞机)的接收信号是基准相位和可变相位信号的合成信号，而空间辐射场等于两者的叠加： 式中 ——可变相位信号的调幅系数，从上式可以看出：

27 合成辐射场是一个心形方向性图(如图所示)，并以30Hz的角频率旋转，最大值出现的时刻随方位角θ而变。从物理概念来讲，“8”字方向图与全向方向图同相的一边，加强了全向方向图，而反相的一边，减弱了全向方向图，所以合成是一个心形方向图。

28 合成辐射场包络包括两种成分的信号，一种是 ，它是由心形方向图旋转产生的附加调幅部分，其相位(最大值出现的时刻)随方位角 而变，这就是可变相位30Hz；另一种是 ，它是9960Hz调频副载波产生的调幅部分，其相位与方位角θ无关。基准相位30Hz隐含在30Hz调频的9960Hz副载波中。

29 五、 VOR信号的产生 9960Hz副载波的30Hz频率调制是在发射机内完成，由全向天线发射。因此，30Hz调频信号相位与方位角无关，也就是说在VOR台的方位上相位相同。接收机首先通过幅度检波器检出9960Hz调频副载波的包络信号，并通过一个双向限幅器变成等幅调频信号，如图波形所示。再由频率检波器检出30Hz调频信号，即为基准相位30Hz。

30 可变相位30Hz信号是由心形方向图旋转产生的，因此，心形图最大值在某一方位上出现时刻随方位角θ而变。心形图以30r/s的速度旋转，接收机所接收的信号幅度也以30Hz的速度变化，相当于用30Hz信号对载波调幅，经接收机包络检波器检出30Hz调幅部分叫可变相位30Hz。 可变相位30Hz和基准相位30Hz的相位关系，可用下图加以说明。 磁北方向

31 正东方向 正南方向

32 正西方向

33 课堂小结： 第一节 VOR系统工作原理学习要点 一、有关的角度定义：VOR方位角、飞机磁方位、磁航向、相对方位角及其关系；
一、 两种信号调制方式：调幅、调频 二、基准相位信号：调频调幅发射，VOR台周围相位相同； 三、可变相位信号：等幅发射旋转成调幅波，VOR台周围相位随方位角变化； 四、合成空间辐射场：旋转心型线辐射场

34 第三节 VOR机载设备 一 、组成与功用 VOR机载设备包括控制盒、天线、甚高频接收机和指示仪表。尽管有多种型号的机载设备，处理方位信息的方法不同，但它们的基本功能是相似的。图为机载设备之间的主要信号连接图。

35 1．控制盒(见图) 在现代飞机上，控制盒是VOR，ILS，DME共用的。主要功能有： 频率选择和显示。选择和显示接收信号频率。 试验按钮。控制盒上有VOR，ILS(上／左、下／右)和DME试 验按钮，分别用来检查相应设备的工作性能。 音量控制。音量调节电位计用来调节话音和识别码音量。

36 2．天线 在多数飞机上，VOR天线和LOC天线是共用的，安装在垂直安定面上或机身的上部，避免机身对电波的阻挡，以提高接收信号的稳定性。 3．VOR接收机 接收和处理VOR台发射的方位信息。包括常规外差式接收机、幅度检波器和相位比较器电路，接收机提供如下的输出信号。 话音和台识别信号，加到音频集成系统(AIS)，供飞行员监听； 方位信号，驱动无线电磁指示器(RMl)的指针； 航道偏离信号，驱动水平姿态指示器(HSl)的航道偏离杆； 向／背台信号，驱动HSI的向／背指示器； 旗警告信号，驱动HSI上的警告旗。

37 4．指示器 指示器是将接收机提供的导航信息显示给驾驶员，根据指示器提供的指示进行飞机的定位和导航。常用的指示器有两种：无线电磁指示器(RMI)和水平姿态指示器(HSI)。 RMI指示器是将罗盘(磁航向)、VOR方位和ADF方位组合在一起的指示器。 两个指针分别指示VOR-1／ADF-1和VOR-2／ADF-2接收机输出的方位信息；两个VOR／ADF转换开关，分别用来转换输入指针的信号源。 RMI能够指示4个角度：罗牌由磁航向信号驱动，固定标线(相当于机头方向)对应的罗牌刻度指示飞机的磁航向；指针由VOR方位和磁航向的差角信号驱动，固定标线和指针之间的顺时针夹角为相对方位角；指针对应罗牌上的刻度指示为VOR方位，它等于磁航向加相对方位；而指针的尾部对应的罗牌刻度为飞机磁方位，它与VOR方位相差180º。

38 HSI指示器是一个组合仪表，如图所示。它指示飞机在水平面内的姿态， 在VOR方式，航道偏离杆由飞机相对于预选航道的偏离信号驱动，指示飞机偏离预选航道的角度，每点5º，向／背台指示器由向／背台信号驱动，在向台区飞行时，三角形指向机头。方向，在 背台区飞行时，三角指向机尾方向；预选航道指针随OBS全方位选择器旋钮转动，指示预选航道的角度。警告旗在输入信号无效时出来显示。

39 图上划出了多种飞机的姿态和相应的RMI指示 。使驾驶员像在仪表板上看到的指示器那样，转动指示器使标线出现在上指示器上部。

40 二、VOR导航接收机 -相位比较器电路。图所示的导航接收机简化方框图，可以用来说明VOR接收信号的变换过程以及产生仪表指示信号的基本原理。

41 （一）超外差接收机 超外差接收机通常是二次变频的外差式接收机，如图所示。

42 (二)信号分离电路 检波器输出的组合音频中，各频率范围不同，很容易用带通滤波器实现分离。带通滤波器能使一定频率范围内的信号通过，而通带以外的频率信号受到一定衰减。下面介绍运算放大器和RC网路组成的有源滤波器，它们是VOR接收机中实际电路。 1．300—3000Hz带通滤波器 300—3000Hz带通滤波器只让话音和台识别码信号通过，而阻止导航音频信号。滤波器由RC无源网路和运算放大器，组成，如图。

43 组成高通滤波器，只通过300Hz以上的频率信号；而
滤波器输出的话音／识别码信号通过控制盒上的音量调整电位计加到音频集成系统（AlS）的音频选择板，供飞行员监听。在音频选择板上有一个“话音／识别”开关，在“话音”位，音频信号通过1020Hz陷波滤波器(notchfilter)，去掉1020Hz识别码信号，使话音更清楚。在“识别"位，音频信号通过1020Hz窄带滤波器，去掉话音频率，只输出1020Hz识别码信号。

44 Hz带通滤波器 9960Hz带通滤波器只让9960Hz调频副载波通过，抑制其他频率成分。其电路见图。 该电路是一个二阶多路反馈的带通滤波器。电容 随着输入信号频率升高，容抗减小，运算放大器的输入增大，输出增大；而电容 随着输入信号频率升高，负反馈增大，使增益减小，输出减小。正确选择RC的数值，可使运大器在9960Hz频率 附近输出最大，保证9960Hz调频信号通过(9480—10440Hz)，抑制其他频率成分。

45 3.30Hz低通滤波器 30Hz低通滤波器，只允许30Hz可变相位信号通过，而阻止其 它频率信号通过，电路如图所示。 电容 对9960Hz调频副载波及话音呈现低阻抗(相当于短路)，传输系数很小，而对于低频30Hz信号， 相当于开路，传输系数增大。因而输出具有低通性能。

46 (三) 频率检波器(鉴频器) 鉴频器的功用是从9960Hz调频信号中检出30Hz基准相位信号。图示给出了用单稳态电路和积分滤波器组成的频率—电压转换电路，用于解调调频信号。 9960Hz带通滤波器的输出，经过限幅放大器变成方波(如图(a)所示)，触发50 s单稳态电路。单稳态电路输出是宽度为50 s的脉冲，但输出脉冲的占空因数随9960Hz调频信号的频率变化而变化：频率升高，占空因素增大；反之减小。输出波形如图(b)所示，9960Hz以30Hz的速率调频，占空因素也以30Hz的速率变化。经积分滤波器，重现9960Hz调频的30Hz信号，如图(c)所示。这个信号就是基准相位30Hz信号。

47 三、VOR方位测量电路 VOR方位测量也叫自动VOR方式(automatic VOR)，因为它不需要任何调整，就能自动地测量出VOR方位角。
测量VOR方位，实际上是测量基准30Hz和可变30Hz的相位差。两个30Hz信号的相位差正比于飞机磁方位(VOR台径向方位)，而指示器上读出的方位是VOR方位，两者相差180º。180º的固定相移可以通过电气的或机械的方法来置定。 1．VOR方位测量原理(见下页图11—17) VOR方位测量的基本方法是通过移相解算器(phase shift resolver)移动基准30Hz的相位，使它等于可变相位30Hz落后基准相位30Hz的角度(或者移动可变相位30Hz，使它等于基准30Hz超前可变相位30Hz的角度)，基准30Hz移相的角度再加180º，就是VOR方位。具体方法如下所述。

48

49 基准30Hz加到移相解算器A的转子，其定子输出信号移相的角度等于转子的转角。移相后的基准30Hz和可变30Hz加到相位比较器C，进行相位比较。若两个30Hz的相位差不等于零，相位比较器C输出电压不等于零，因而VOR方位电机(M)带动移相解算器A的转子转动，改变基准30Hz的相移，直到两个30Hz的相位差等于零，相位比较器C的输出等于零为止。因此，移相解算器A转子的转角总是等于可变30Hz信号落后于基准30Hz信号的角度。如果将移相解算器的转子预先置定180º位置，则这时移相解算器A转子的转角将等于两个30Hz的相位差加180º，即等于VOR方位。 从图11—17可见，罗牌由磁航向信号驱动,指出飞机的磁航向，它的工作与VOR无关。磁航向信号加到差同步器的定子，而转子由VOR方位电机带动，与移相解算器A的转子同步转动，其转角等于VOR方位角。从而，差同步器输出为VOR方位和磁航向

50 的差角信号，通过同步接收机带动RMI指针指出相对方位角。在RMI上磁航向加相对方位读出VOR方位。
2．移相解算器 移相电路由解算器和移相网路组成，如图11—23所示。 解算器包括一个转子绕组和两个垂直放置的定子绕组，通常叫做鉴相型感应同步器。 解算器转子和定子之间的相对 转角反映了输出信号和输入信号 之间的相移。 式中的负号相当于180º相移， 该信号加到相位比较器C时，其输 出电压刚好使电机(M)带动解算器的转子转角多转180º，即转子转角等于两个30Hz相位差角加180º——等于VOR方位。

51 3．RMI指示器电路 在图11—24中示出了RMI指示器的简化电路 ,它包括磁航向指示电路和相对方位指示电路。 磁航向指示电路。磁航向指示器电路包括同步器、罗牌伺服放大器和伺服电机M，组成一个随动系统。

52 同步器由同步发送机 ，和同步接收机 组成。 的转子供给400Hz交流电源，其转子的转角为飞机磁航向角。可以证明：当 的转子线圈相对某相定子绕组旋转一个角度时,在 的定子绕组中产生的合成磁通Φ的方向也转过相同的角度，见图11—25。

53 合成磁通φ又在CR1转子绕组中产生感应电势。当转子线圈的轴线方向与合成磁通φ的方向垂直时，感应电压为零，叫协调位置。当转子离开协调位置时，转子有感应电压输出，叫误差电压。误差电压 和误差角 之间的关系为 式中 是当 ＝90º时，转子绕组输出的最大电压，这时转子线圈的轴线方向和合成磁通φ的方向相一致。 图11—26表示自同步器输出电压的静态特性。它表明误差角的大小反映为误差电压的不同；误差角的方向，反映为相位角的180º变化。

54 无论发送机转子转动多大的角度，接收机转子和罗牌也跟着转动相同的角度。这就将发送机转子的转角(磁航向角)通过RMI上的罗牌指示出来。
相对方位指示电路RMI上的无线电指针指示相对方位角，它由VOR方位和磁航向的差角信号驱动。电路包括同步发送机 ，差同步器DX，同步接收机 。(见图11—27)

55 当同步发送机 转子的转角为磁航向角时，则差同步器定子绕组产生的合成磁通Φ也转过同样的角度，如图11—27所示。
差同步器的转子由VOR方位电机带动，其转角等于VOR方位角。如果同步发送机的转子与差同步器的转子转向一致时，则差同步器转子绕组上的感应电压取决于VOR方位和磁航向的差角。 差同步器转子和同步接收机 又组成一个力矩式同步器系统。当Φ和DX转子的夹角(VOR方位和磁航向的差角)与 转子绕组和定子绕组的夹角相同时，则各对应

56 相绕组上的感应电压大小相等，方向相反，因而DX的转子和 的定子的连线回路中电势差等于零，回路没有电流(同步状态)。
如果这时VOR方位角或磁航向角中的一个改变时，则VOR方位和磁航向差角将不等于 转子的转角。这时，各相应回路的电势差将不相等，回路中就有电流流通。该电流又在 定子绕组中产生合成磁通Φ。Φ又作用于 的转子，产生旋转力矩，迫使接收机的转子进入同步位置。因此，接收机 转子的转角总是等于VOR方位和磁航向的差角。RMI指针和 的转子装在一起同步转动，指示出相对方位角。

57 四、航道偏离指示电路 航道偏离工作方式，也叫人工VOR(manual VOR)。因为它要求驾驶员相对某一个VOR台来说选择一条要飞的航道，称为预选航道，预选航道包括两条方向相反方位线(磁北为基准0º)。在图11-28上示出预选航道为45º。飞机可以沿着选择的方位线45º飞离VOR台(From)或从所选择的方位线的相反方向225º飞向VOR台(To)。

58 飞机飞行的方位和预选航道方位相比较，如果两者有区别，HSI上的航道偏离杆就给驾驶员提供飞右(飞机A)或飞左(飞机B)的指示。
预选航道由全向方位选择器(OBS)选定，通过移相解算器B将基准可变30Hz的相位向后移一个角度，这个角度等于预选航道方位。飞机实际飞行的方位就是可变30Hz角度（相对磁北）。因此，飞左或飞右的指示归结为测量移相后的基准30Hz信号和可变的30Hz信号相位差。 移相后的基准30Hz和可变30Hz加到航道偏离相位比较器D，相位比较器的输出加到HSI上的航道偏离杆，它是一个“零中心仪表”。如果两个30Hz同相或反相180°，相位比较输出器输出为零，偏离杆指在中心零位。如果两个30Hz的相位差不等于0°或180°，则相位比较器输出直流偏离电压，极性和幅度取决于两个30Hz差角的大小和方向。

59 图11-29说明，基准30Hz和可变30Hz的相位差在0°～180°之间时，表示飞机在预选航道左边，输出偏离电压为正，航道偏离杆向右指；而相位差在180°～360°之间时，表示飞机在预选航道右边，输出偏离电压为负，航道偏离杆向左指。 需要指出的是，有的相位比较器要求相位差90°时，输出为零。这时90°固有相移可由OBS转子的起始位置来调定，而偏离电路的工作仍然是相同的。

60 从图11-30的波形图可以看出，移相后的基准30Hz和可变30Hz同相时，输出为逻辑为0(低电平)；相位差为90º时，输出方波的占空因数为50%；相位差为180º时，输出逻辑为1(高电平)；相位差为270º时，输出方波的占空因数又为50％。由此可见，相位差在0º～180º之间，输出方波的占空因数随相位差的增大而增大；相位差在180º～360º之间，占空因数随相位差的增大而减小。

61 五、向／背台指示电路 当预选航道选定后，飞机可以沿着选定航道飞离(FROM)或飞向(TO)VOR台。
图11—31给出了一个向／背台指示的例子。 通过VOR台作一条与预选航道(300—2100) 正交线A—B，A—B线为向／背台指示的分 界线。如果预选航道方位是30º，则飞机在 A—B线的右上方，不论飞机的航向如何， 均指背台(From)；相反，飞机在A—B线的 左下方，则指向台(To)。若预选航道为 210º，则在A—B线的右上方，指向台；而 在A—B线的左下方，指背台。由此可见， 向／背台指示与飞机的航向无关，只决定于预选航道方位和飞机所在径向方位的差角。

62 图11—32所示的电路是用D型触发器产生向／背台指示信号的电路。移相后的基准30Hz正弦信号和可变30Hz正弦信号，分别加到各自的幅度比较器，只有当30Hz信号的幅度大于基准电平时(用于幅度监控)，比较器才输出30Hz方波。 可变30Hz方波加到触发器的 D输入端，而基准30Hz方波加 到触发器的C输入端。当可变 30Hz信号落后基准30Hz的相角 在0º—180º之间时，触发器的 Q输出总是逻辑零(低电平)， 如图11—32(b)所示； 而当落后180º—360º时，输 出总是逻辑1(高电平)，如图 11—32(c)所示。 输出到向/背台指示器

63 为了提高测量的精度，在现代的VOR机载设备中，航道偏离指示电路和向／背台指示电路的相位比较器，并不是直接测量两个低频30Hz信号的相位差，而是比较两个400Hz信号的相位。这种电路包括400Hz解算器、航道解算器OBS，航道偏离和向／背台相位鉴别器。下面分别说明这种电路各部分的工作原理。 图11—33所示的电路包 括400Hz解算器和航道解 算器OBS，它们的作用是 将飞机径向方位和预选航 道方位的差角变化转换成 400Hz信号的幅度和相位 的变化。

64 400Hz解算器，实际上是一个正余弦变压器，由转子和两个互相垂直放置的定子组成。在VOR电路中，转子输入400Hz电源(基准400Hz)，转子由VOR方位电机带动，其转角α等于VOR台的径向方位，即等于可变30Hz落后基准30Hz信号的角度。这时，在两个正余弦定线圈上的感应电压分别为： 式中 ——感应电压最大值； —— 400Hz基准信号。 航道解算器(OBS)包括两个互相垂直放置的定子绕组(正弦／余弦定子)和两个互相垂直放置的转子绕组(正弦／余弦转子)。400Hz解算器的定子和航道解算器的定子连接成回路。这

65 样 和 信号在各自的回路电产生电流。该电流又在航道解算器的两个定线圈中产生磁通Φ 和Φ ，其大小正比于
和 的幅度。如果两个回路参数(绕组圈数、直流电阻)相同的话，Φ 和Φ 合成磁通Φ 的转角就等于400Hz解算器转子的转角α。 如果航道解算器的转子由驾驶员转到要求的预选航道方位上( )，则合成磁通 在正／余转子上的感应电压为： 式中 K——传输系数； θ——预选航道方位与飞机所在的径向方位的差角。 从式中可以看出，航道解算器转子输出电压 和 的幅度和相位决定于差角 。对 来说，幅度正比于差角的正弦

66 (sin )，差角从0º—180º变化到180º—360º时，相位改变180º；对 来说，幅度正比于差角的余弦(cos )，差角θ小于±90º和大于±90º时，相位改变180º。
供给航道偏离相位鉴别器，如图11-34(a)所示。 信号经反相放大后，通过电子转换开关输出。400Hz转换电压与400Hz基准电源同相，只是将正弦信号变成方波信号。在转换电压为正半周时，电子转换开关输出接地；负半周时，

67 其输出等于放大器的输出。实际上，电子转换开关相当于半波整流器。在不同相位差时，其输出波形如图11—34(b)，(c)所示。
由波形图可见，相位差θ在0º—180º之间时；(飞机在预选航道的左边)，偏离电压为正，偏离杆向右指；相位差θ在180º—360º之间(飞机在预选航道的右边)，偏离电压为负，偏离杆向左指。

68 电压供给向／背台鉴别器，该电路和航道偏离鉴别器电路相似。在图11—35中示出向／背台鉴别器电路及工作波形图。
因为差角θ<±90º， 信号与400Hz转换电压同相。输出向／背台信号为负，指背后，如图11-35(b)所示；差角θ>±90º， 信号与400Hz转换电压反相180º，输出向／背台信号为正，指向台，如图11-35 (c)所示。

69 在导航设备的设计中，警告旗电路也是一个很重要的部分。对于VOR接收机来说，用于VOR可靠指示的是基准30Hz信号和可变30Hz信号的幅度是否足够大。图11—36所示的电路是典型的(最基本的)旗监视电路。 基准30Hz信号和可变30Hz信 号经整流、滤波后，变成一定 幅度的直流电压，加至各自的 幅度比较器，和基准门限电平 相比较。当两个30Hz信号的幅 度足够大时，两个幅度比较器 均输出逻辑1，与门输出逻辑1 (高电平)，旗不出来显示。当 任何一个30Hz信号的幅度小于 门限电平时，与门输出逻辑0(低电平)，使旗出现，告诉驾驶员此时指示器上所示的导航信息不可靠。

70 第四节 VOR数字方位测量电路 一、基本原理
数字方位测量的基本原理是将基准相位30Hz和可变相位30Hz的相位差转换成一定频率的脉冲个数。下面介绍这种电路的测量原理。 如图11—37(见下页)所示的电路。从鉴频器输出的基准相位30Hz正弦波和从30Hz低通滤波器输出的可变30Hz正弦波分别加到图11—37所示的电路。两个相同的放大／限幅电路把基准30Hz和可变30Hz正弦波整形成30Hz方波。基准30Hz方波经RC微分电路和二极管限幅器，在每个30Hz方波的前沿产生起始计数脉冲。同样，可变30Hz方波的前沿产生停止计数脉冲。 R-S触发器的Q输出一个正方波，叫方位计数脉冲，其宽度决定于基准30Hz和可变30Hz的相位差，或者说，它决定了方位计数的时间。

71 方位计数脉冲和时钟产生器输出的时钟脉冲一起加到与门电路，在方位计数脉冲期间，与门输出时钟脉冲，加到计数器。计数器输入多少个脉冲数决定于基准30Hz和可变30Hz的相位差。这样，就可以通过计数器的数字表示出两个30Hz的相位差。计数器输入的时钟脉冲数N和相位差 的关系是： 式中 T——30Hz的周期； ——时钟脉冲的周期

72 由于T和 是已知的常数，所以N和 是单值线性关系。
应该注意的是，在VOR设备中，基准30Hz和可变30Hz的相位差，仅表示VOR台的径向方位，而在指示器上指示的是VOR方位，两者相差180º相位。但在0º—180º之间的径向方位上，VOR方位等于两个30Hz的相位差加180º；而在180º—360º之间的径向方位上，VOR方位又等于两个30Hz的相位差减180º。

73 二、实际电路分析 在图11—38上，只画出了方位计数器和移位寄存器部分。
方位计数器 是一个12级二进制计数器(4040型)，由12个T型触发器组成。每级的输出(Q1—Q2)所表示的角度值在图上已标明。 是双二进制上升计数器(4520型)，它包括两个相同的、独立的二进制计数器，每个计数器又由4个D型触发器组成。 数据移位寄存器 和 是8级静态移位寄存器(4021型)，它是一个异步

74 并入或同步串入／串出移位寄存器。当并行／串行控制输入端(P／S)为高电平时，并行输入数据就并入相应的寄存器，而当P／S端为低电平时，数据就随同移位时钟一起串入／串出移位寄存器。U402和U404两个8位移位寄存器“并联”使用，组成16位数据字。 零度探测器输出逻辑1(径向方位在3°—330°)或逻辑0(径向方位在330º—0º)，其作用有两个： 第一，当基准30Hz和可变30Hz的相位差在0°—30°时，由于相位差很小，起始和停止计数脉冲几乎同时产生，方位计数时间很短。为了保证计数器的计数精度，此时控制停止计数脉冲后移180°相位。这时，方位计数脉冲宽度等于两个30Hz的相位差加180°相位。当两个30Hz相位差在30°—330°之间时，方位计数时间已足够长，此时，方位计数脉冲宽度等于两个30Hz的相位差。而当两个30Hz的相位差在330°—360°时，控

75 制停止计数脉冲前移180°相位，此时方位计数脉冲宽度等于两个30Hz的相位差减180°。有关的零度探测器电路和停止计数脉冲电路在图11—38上未画出。
第二，零度探测器输出逻辑1或逻辑0和方位计数时间相配合，也就是说 与 的输出逻辑相配合，将计数器计数的脉冲数转换VOR数字方位字。 供给方位计数器和移位寄存器的信号还有主复位脉冲，写入方位脉冲和32个10kHz的移位时钟。图11—39(下页)画出了方位计数器和移位寄存器输入信号的定时图。从图中可以看出，各信号出现的时刻是以基准相位30Hz为基准的。其中30Hz 信号是将30Hz基准信号移相90°得来的，用来控制产生写入方位脉冲、主复位脉冲和移位时钟。

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77 下面根据定时图来说明计数电路的工作过程：
在计数之前，首先由主复位脉对 和 清零。 在方位计数脉冲期间， 将245760Hz的输入时钟除2，Q1输出122880Hz，作为 输入时钟。 能输出多少个脉冲，决定于方位计数脉冲的宽度。 在写入方位脉冲加到U402和U404的P／S时，计数器输出的并行方位数据写入寄存器。 随后，移位寄存器在移位时钟的作用下，数据从最低位依次串行移出，同时又将高位数据依次移入低位。

78 在图11—40上，给出了VOR串行方位数据字(184.42°)的格式。16位数据字包括1位自检位、2位状态监控位和13位方位数据字。整个方位数据字32位，由两个相同的16位字连续传送2次组成。

79 习 题 1、简述甚高频全向信标系统的基本工作原理。 2、简述甚高频全向信标系统的功用。 3、说明甚高频全向信标系统如何利用接收信号进行定位。
习 题 1、简述甚高频全向信标系统的基本工作原理。 2、简述甚高频全向信标系统的功用。 3、说明甚高频全向信标系统如何利用接收信号进行定位。 4、试画出甚高频全向信标方位测量电路原理框图。 5、试画出甚高频全向信标导航接收机原理框图。