探究無線電方位在無線電領(lǐng)航教學(xué)中的作用和意義

鐘 山

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307）

無線電領(lǐng)航是空中領(lǐng)航學(xué)中的一次里程碑，深刻理解無線電方位是學(xué)生學(xué)習(xí)好無線電領(lǐng)航的前提[1]。無線電方位中關(guān)于方位角概念的學(xué)習(xí)是非常重要的，需要引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)去理解學(xué)習(xí)無線電方位角的原因是什么，其中電臺相對方位角、電臺方位角以及飛機(jī)方位角這三個角度本身的意義是什么以及和什么因素有關(guān)系。可以在方位角度概念講解中適當(dāng)引入類比教學(xué)法[2]以及嘗試教學(xué)法[3]使得學(xué)生更加清晰地理解方位角的意義。而只是單獨(dú)介紹概念可能使得學(xué)生記不住三個方位角的概念或者是不能夠清楚知道方位角的含義，文章通過多個圖例形象地向?qū)W生展示了三個方位角的實(shí)際意義以及和什么因素有關(guān)系，圖示中的舉例可以讓學(xué)生在課堂上多次練習(xí)進(jìn)而理解無線電方 位角。

1 無線電方位的表示

在正式學(xué)習(xí)無線電方位的概念之前，應(yīng)該清楚無線電方位線的概念。通常來說飛機(jī)機(jī)身和無線電導(dǎo)航臺的連線就是無線電方位線，通過圖1向?qū)W生形象地展示無線電方位線的例子。仔細(xì)觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)飛機(jī)沿著一條無線電方位線移動對應(yīng)的無線電方位線是相同的，而不沿著一條方位線移動的飛機(jī)位置對應(yīng)著不同的無線電方位線。導(dǎo)航臺一經(jīng)修建完成，位置就不再發(fā)生改變。而飛機(jī)的位置隨著飛機(jī)不斷向前飛行是在不斷發(fā)生改變的，相應(yīng)的無線電方位線也在隨時(shí)發(fā)生改變。學(xué)生可以看出無線電方位線是直接反應(yīng)出飛機(jī)和導(dǎo)航臺的位置關(guān)系，而如何量化無線電方位線反映的位置關(guān)系成了需要解決的問題。為了表示無線電方位，引出了三個和無線電方位線相關(guān)的角度。

圖1 無線電方位線示意圖

1.1 電臺相對方位角

可以從最直觀的角度思考，飛行員坐在駕駛艙首先想知道電臺位置在飛行員正前方的前后左右哪個方向上。由此引出第一個角度電臺相對方位角（RB），電臺相對方位角是從飛機(jī)的航向線順時(shí)針量到無線電方位線上[1]。對于電臺相對方位角，學(xué)生應(yīng)該關(guān)注的問題是電臺相對方位角大小所帶來的實(shí)際含義以及什么因素會影響電臺相對方位角的大小。通過圖2向?qū)W生形象展示電臺相對方位角角度大小的意義。如圖2所示，電臺相對方位角是45°意味著電臺位置在飛機(jī)縱軸的右前方，這就說明電臺相對方位角的實(shí)際含義就是直觀地表現(xiàn)了電臺在飛行員前方的什么方向上。圖2中不僅僅只有電臺相對方位角45°時(shí)飛機(jī)和電臺相對位置情形，還有電臺相對方位角90°、135°、315°、270°和225°時(shí)飛機(jī)和電臺的相對位置情形，通過舉例不同電臺相對方位角的情況讓學(xué)生更加清晰地理解電臺相對方位角的實(shí)際意義。

圖2 電臺相對方位角示意圖

電臺相對方位角是由航向線和無線電方位線兩條邊組成，即電臺相對方位角和航向、無線電方位線有關(guān)。接著根據(jù)無線電方位線的概念可以知道無線電方位線是由電臺位置和飛機(jī)位置決定的，而電臺位置一經(jīng)修建完成便不會改變。通過圖3向?qū)W生形象展示了相同位置的飛機(jī)由于航向改變從而使得電臺相對方位角發(fā)生變化，從45°變?yōu)?35°。經(jīng)過綜合分析可以知道電臺相對方位角的大小是與航向以及飛機(jī)的位置有關(guān)。

圖3 電臺相對方位角和航向的關(guān)系示意圖

1.2 電臺方位角

將飛機(jī)和電臺的位置看做一個點(diǎn)，此時(shí)來描述飛機(jī)和電臺之間的位置關(guān)系。首先從飛機(jī)的位置出發(fā)，去判斷電臺位置在飛機(jī)位置的何方。在無線電方位中，使用電臺方位角來描述。電臺方位角是指從飛機(jī)所在位置的經(jīng)線北端順時(shí)針量到無線電方位線上。在空中領(lǐng)航中通常使用磁經(jīng)線北端，即通常使用電臺磁方位角（QDM）來進(jìn)行描述。通過圖4向?qū)W生形象展示電臺方位角角度的大小的意義，如圖4所示電臺磁方位角是135°意味著電臺位置在飛機(jī)位置的東南方位，這就說明電臺磁方位角的實(shí)際含義就是電臺的實(shí)際位置在飛機(jī)機(jī)身位置的什么方位上，可以用東南西北來描述。圖4中不僅僅只有電臺磁方位角135°時(shí)飛機(jī)和電臺相對位置情形，還有電臺磁方位角180°、225°、45°、0°和315°時(shí)飛機(jī)和電臺相對位置情形，通過舉例不同電臺磁方位角的情況讓學(xué)生更加清晰地理解電臺磁方位角的實(shí)際 意義。

圖4 電臺磁方位角示意圖

電臺磁方位角是由飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端和無線電方位線兩條邊組成，即電臺磁方位角和飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端、無線電方位線有關(guān)，而飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端只和飛機(jī)位置有關(guān)。接著根據(jù)無線電方位線的概念可以知道無線電方位線是由電臺位置和飛機(jī)位置決定的，而電臺位置一經(jīng)修建完成便不會改變。通過圖5向?qū)W生形象展示了相同位置的飛機(jī)航向改變電臺磁方位角沒有發(fā)生變化，一直是135°。經(jīng)過綜合分析可以知道電臺方位角的大小是與航向無關(guān)而與飛機(jī)的位置有關(guān)。

圖5 電臺方位角與航向的關(guān)系示意圖

1.3 飛機(jī)方位角

圖6 飛機(jī)磁方位角示意圖

和電臺方位角對應(yīng)仍然是描述飛機(jī)和電臺之間的位置關(guān)系。換一個方向從電臺的位置出發(fā)去判斷飛機(jī)位置在電臺位置的何方。在無線電方位中，使用飛機(jī)方位角來描述。在空中領(lǐng)航中通常使用磁經(jīng)線北端對應(yīng)的飛機(jī)磁方位角（QDR）。通過圖6向?qū)W生形象展示飛機(jī)方位角角度的大小的意義。如圖6所示電臺磁方位角是315°意味著飛機(jī)位置在電臺位置的西北方位，這就說明飛機(jī)磁方位角的實(shí)際含義是飛機(jī)機(jī)身的實(shí)際位置在電臺位置的什么方位上，可以用東南西北來描述。圖6中不僅僅只有電臺磁方位角315°時(shí)飛機(jī)和電臺相對位置情形，還有電臺磁方位角0°、45°、225°、180°和135°時(shí)飛機(jī)和電臺相對位置情形，通過舉例不同飛機(jī)磁方位角的情況讓學(xué)生更加清晰地理解飛機(jī)磁方位角的實(shí)際意義。

飛機(jī)磁方位角是由電臺所在位置的磁經(jīng)線北端和無線電方位線兩條邊組成，即飛機(jī)磁方位角和飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端、無線電方位線有關(guān)，而電臺所在位置的磁經(jīng)線北端由于電臺位置的固定不會發(fā)生改變。接著根據(jù)無線電方位線的概念可以知道無線電方位線是由電臺位置和飛機(jī)位置決定的，而電臺位置一經(jīng)修建完成便不會改變。通過圖7向?qū)W生形象展示了相同位置的飛機(jī)航向改變飛機(jī)磁方位角沒有發(fā)生變化，一直是315°。經(jīng)過綜合分析可以知道飛機(jī)方位角的大小是與航向無關(guān)而與飛機(jī)的位置有關(guān)。

圖7 飛機(jī)方位角和航向的關(guān)系示意圖

2 無線電方位角之間的聯(lián)系

在實(shí)際的空中領(lǐng)航過程中，會在不同的場景下使用對應(yīng)的無線電方位角，涉及無線電方位角轉(zhuǎn)換的問題。在引導(dǎo)學(xué)生思考無線電方位之間的聯(lián)系過程中可以適當(dāng)考慮一些教學(xué)的新思路讓學(xué)生更好地思考[4]。同時(shí)學(xué)生也需要知道隨著飛機(jī)飛行時(shí)，無線電方位角的變化趨勢。

從無線電方位角的定義開始分析可以知道無線電方位中三個角度的定量關(guān)系。電臺磁方位角的定義是從飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端順時(shí)針量到無線電方位線，磁航向角的定義是從飛機(jī)所在位置的磁經(jīng)線北端順時(shí)針量到航向線，電臺相對方位角的定義是從航向線順時(shí)針量到無線電方位線上。從三個角度的定義可以看出，電臺磁方位角的范圍包含了磁航向角和電臺相對方位角，并且存在定量的等式關(guān)系。可以得出一個加法等式關(guān)系即磁航向角加上電臺相對方位角等于電臺磁方位角。通過圖8向?qū)W生清晰地展示電臺磁方位角、電臺相對方位角和飛機(jī)磁航向角的等式關(guān)系。

圖8 無線電方位角等式關(guān)系示意圖(1)

接著觀察電臺磁方位角和飛機(jī)磁方位角的概念，可以發(fā)現(xiàn)電臺磁方位角和飛機(jī)磁方位角正好相差半圈即180度，定量的等式關(guān)系即是電臺磁方位角加上一百八十度等于飛機(jī)磁方位角，對應(yīng)的電臺磁方位角減去一百八十度也等于飛機(jī)方位角。通過圖9向?qū)W生清晰地展示電臺磁方位角和飛機(jī)磁方位角的等式關(guān)系。

圖9 無線電方位角等式關(guān)系示意圖(2)

知道上述無線方位角之間的等式關(guān)系之后，學(xué)生需要思考當(dāng)飛機(jī)在航向不發(fā)生改變的情況下飛行三個方位角是否會發(fā)生變化，如果發(fā)生變化會怎樣變化。第一種情況是電臺位置在飛機(jī)航向線的右邊，通過圖10清楚地展示了此時(shí)電臺磁方位角、電臺相對方位角以及飛機(jī)磁方位角都會逐漸增加。

圖10 無線電方位角變化趨勢示意圖(1)

第二種情況是電臺位置在飛機(jī)航向線的左邊，通過圖11清楚地展示了此時(shí)電臺磁方位角、電臺相對方位角以及飛機(jī)磁方位角都會逐漸減小。學(xué)生在理解的過程中，也可以先觀察相對方位角的變化，確定了相對方位角的變化趨勢之后。根據(jù)電臺相對方位角、電臺磁方位角和飛機(jī)磁航向的等式關(guān)系可以知道當(dāng)飛機(jī)磁航向不發(fā)生變化的情況下，相對方位角和電臺磁方位角的變化趨勢是一致的。接著根據(jù)電臺磁方位角和飛機(jī)磁方位角的等式關(guān)系可以知道電臺磁方位角和飛機(jī)磁方位角的變化趨勢是一致的。因此可以知道電臺磁方位角、飛機(jī)磁方位角和相對方位角的變化趨勢是一致的。

圖11 無線電方位角變化趨勢示意圖(2)

3 無線電方位的實(shí)際使用場景

在空中領(lǐng)航學(xué)中無線電領(lǐng)航需要通過無線電領(lǐng)航設(shè)備來實(shí)現(xiàn)[6]。常用的無線電領(lǐng)航設(shè)備中，自動定向儀的工作原理是測量電臺相對方位角RB，甚高頻全向信標(biāo)的工作原理是測量飛機(jī)磁方位角QDR。由于空中領(lǐng)航學(xué)中有多個角度的概念，需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)各個角度之間的區(qū)別以及每個角度本身的意義[5]。在實(shí)際的使用過程中，自動定向儀指示器可以直接顯示電臺相對方位角，也可以手動調(diào)節(jié)出航向，由上面的定量等式可以知道自動定向儀指示器可以通過手動調(diào)節(jié)來顯示電臺磁方位角。無線電方位角是無線電領(lǐng)航的基礎(chǔ)，最基本的指示器原理都是在測量無線電方位角。

在判斷飛機(jī)飛行過程中是否偏航也需要熟練運(yùn)用無線電方位角以及無線電方位角之間的關(guān)系。例如在飛機(jī)在向臺飛行過程中，深刻理解無線電方位角可以發(fā)現(xiàn)可以通過不同的無線電方位角判斷飛機(jī)是否偏航以及飛機(jī)偏航的具體情況。電臺磁方位角是以飛機(jī)的位置為基準(zhǔn)點(diǎn)判斷無線電導(dǎo)航臺的位置，如果飛機(jī)沒有偏離航線可以知道電臺磁方位角就等于磁航線角。相應(yīng)的也可以根據(jù)預(yù)計(jì)的相對方位角和飛機(jī)實(shí)時(shí)位置測得相對方位角作對比來判斷飛機(jī)是否偏航。

4 結(jié)語

通過具體分析可以知道在無線電領(lǐng)航過程中會大量使用無線電方位角，所以需要熟練掌握三個無線電方位角的含義以及三個無線電方位角之間的聯(lián)系。