試析甚高頻全向信標系統機載接收機數字信號處理

孫志浩 殷飛

【摘要】 甚高頻全向信標系統（VOR）主要是為飛機提供角度信息，是在其波段的進程區域的無線電導航系統，被廣泛應用于國內外機場和航道。本文主要闡述了在VOR導航接收機中，利用數字信號處理技術，達到原先模擬電路的功效，通過數字處理設計VOR系統中重要的比相環節，對甚高頻全向信標系統信號進行分析，并提出應對方法，使VOR系統可以正常使用。

【關鍵詞】 甚高頻全向信標 數字信號 導航甚高頻全向信標是一種用于航空的無線電導航系統[1-2]。甚高頻全向信標系統配合DME測距系統、MB指點信標系統、GS下滑系統以及LOC航向系統可以實現飛機導航和著落的過程。現代導航接收機通常都結合了上述接收機的各項功能，因此，可以通過數字信號處理技術、自動頻率控制技術和數字頻率合成技術等多項技術，實現系統的小型化和數字化，從而提高系統信息傳輸的可靠性和有效性[3-4]。

一、甚高頻全向信標系統的功能特點

1.1甚高頻全向信標系統的主要功能

①對飛機進行定位，VOR機載設備可以測出從兩個已知的VOR臺到飛機的磁方位角，這樣就可以得出兩條位置線，根據位置線相交定位原理確定飛機的具體位置。VOR臺通常和測距臺（DME）安裝在一起，那么可以利用VOR測量飛機磁方位角，再通過DME測量飛機到VOR/DME臺的距離，這樣也可以確定飛機的地理位置。②順著選定的航路導航，飛機沿預選的航道飛向或飛離VOR臺，通過航道偏離指示指出飛機偏離預選航道的方向和角度，以引導飛機沿預選航道飛往目的地。

1.2甚高頻全向信標系統的特點

VOR采用地面導航臺用方向性天線發射，機上采用無方向性天線接收的方法測向，可以直接提供飛機的方位角，相對于地面導航臺，無需航向基準，其測向精度高于同樣是測向導航設備的ADF。

二、甚高頻全向信標系統信號分析

2.1基準相位信號

用30Hz（F）的低頻信號對9960Hz（fs）進行調頻，得出副載波us：

用us調整輻射載波（ω0），則基準相位信號uR（t）：

2.2可變相位信號

30Hz信號（F）和載波f0經邊帶測角器產生30Hz的調幅邊帶波信號，分別是：

分別由兩對可變向天線向空間輻射，則可變相位信號：

則接收機接收的VOR全信號：

可變相分量以30Hz的速度進行旋轉，由此可見，當點位不同時，基準信號與可變信號的相位差也不同，相位差與VOR臺的具體位置有關系。通過比較接收機中的基準相位信號和可變相位信號，確定用戶的方位。

三、接收信號數字處理

在甚高頻全向信標系統的定向原理中，30Hz信號比相是其核心。根據9960副載波可以得出基準相位信號，通過相位比較器可以對相移θ進行檢測，并確定方位。然后將基準相位30Hz信號和可變相位30Hz信號進行過0點檢測，通過計數器得出相位差，將計算結果處理成數字方位的格式，并將其送到無線電磁指示器（RMI），通過RMI進行全方位顯示。相位差θ和計時器計時時間t的關系式：

以基準信號為基準，若發現其正向過零點，則利用計數器開始計數，直到可變信號正向過0點時，結束計數，將檢測到的相差點數計算出來，并將計數器清零準備下次計數，若系統采樣率為fs，則VOR方位角度分辨率：

因為甚高頻通信系統會被鄰頻或同頻干擾，在信號處理的過程中會出現系統誤差的情況，導致比相信號的不穩定和抖動，所以，在解算相位差時，不能只進行一次求解就得出，而要經過多次的換算取所有結果的平均值，但這樣又會引發其他問題，即當兩個相位基本一致的時候，相位差會一致在0度左右擺動，這樣角度就可能會在360度和0度之間轉換，那么，經過多次計算得出的角度將會出現誤差，解決這一問題的主要方法有：

設G1、G2、G3…是多次測量得出的相位差，為了避免相位差在0度附近抖動的問題，可以做出如下處理：

（i=1，2，3…）

將處理過的相位差進行相加、求和，再計算出平均值Y，此時，若Y>360，則減去360度后輸出，則直接輸出：

式中，Z：最終輸出的相位差。經過上述公式處理方式，可以有效避免信號在0度附近擺動形成的計算誤差是。

四、結束語

本文主要介紹了甚高頻全向信標系統及其定向原理和信號的格式，通過檢測技術等數字思路取代原先模擬電路的相位比較工作，利用數字信號處理能使甚高頻全向信標系統變得更加智能化，而且還能縮小其體積，使其機載接收機系統更加穩定、可靠。