[发明专利]一种可替代传统无线电导航系统的大区域高精度定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及到无线电定位领域，在分析传统无线电导航系统性能及优缺点的基础上，提出一种可替代大多数无线电导航系统的大区域高精度无线电定位新方法。

背景技术

无线电导航技术发展到今天，已经形成了较为完备的理论体系和非常广泛的应用领域。现有的无线电导航系统主要有罗盘、伏尔(VOR)、测距器(DME)、塔康(TACAN)、罗兰(LORAN-C)、卫星导航系统及其增强系统等。

2001年，美国联邦无线电导航计划认为，随着GPS及其增强系统的建成使用，其他的无线电导航服务将由于需求的降低而逐步减少。该计划预计现用的传统无线电导航系统VOR、DME、TACAN和一类精密进近ILS等提供的导航服务将在2010年开始减少。但是在GPS及其广域增强系统WAAS提供导航服务期间，暴露出卫星导航系统的一些弱点，比如电离层闪烁(风暴)和无线电干扰等，这些弱点对卫星导航的服务性能产生了重大影响。

由于尚未克服卫星导航系统的上述弱点，在2008年的美国联邦无线电导航计划中，不再将卫星导航服务作为唯一的航空导航手段，并对传统无线电导航服务计划进行了调整，其中DME和TACAN计划长期提供服务，而一类精密进近ILS将在2015年以后开始减少。

由于导航性能约束理念的改变，2014年的美国联邦无线电导航计划进一步调整了，其中VOR将在2020年缩减站点以维持最基本的工作网络，DME将进一步扩展以支持RNAV。此外，WAAS将从GPSL2切换到GPSL5，从而提高LPV服务的可用率。同时，FAA将继续开展局域增强系统LAAS提供二类和三类精密进近服务的研究。

虽然无线电导航系统还将继续提供服务，但在应用中有其固有的缺陷或问题，下面对传统的无线电导航系统的技术特点分析如下：

一、罗盘测向系统

无线电罗盘系统利用8字形方向性天线的振幅零值点自动跟踪基站进行测向，为单站测向、多站定位的布局方式，基站发射功率几百瓦到上千瓦。信号频率在100-1800kHz，覆盖范围达250-350km。测向精度2°，这样在100Km处，位置偏差达3489.95m；在10Km处，位置偏差达348.99m。容量无限，抗干扰能力较弱。

特点是大功率发射，测向精度低，定位精度更低。

二、伏尔(VOR)

伏尔系统利用天线旋转，建立信号相位与方位的对应关系，通过测量相位实现对飞机方位的测量。采用单站布局测方位，多站布局定位。航路VOR功率为100-200w，终端VOR为50w。为自动跟踪测量方式。工作频率为108-117.95MHz。航路VOR覆盖范围为200nmile，终端VOR为25nmile。普通VOR精度为2°-3°，多普勒VOR精度小于1°(在100Km处，位置偏差达174.52m；在10Km处，位置偏差达17.45m)。容量无限，普通伏尔抗干扰性能较强，多普勒伏尔强。

特点是精度一般，略优于罗盘系统，抗干扰性能较强。

三、测距器(DME)

应答测距系统通过测量飞机到地面站的信号(脉冲)的往返传播时间，进行飞机到地面站距离的测量，采用单站布局测距，多站布局定位的方式。终端台功率100w，航路台功率1Kw。采用询问-应答的测距方式。询问频率1025-1150MHz，应答频率962-1213MHz。航路DME台覆盖范围大于200nmile，终端DME台大于60nmile，精密DME(着陆台)大于22nmile。普通DME精度小于370m，标准1、标准2分别小于30m、12m。容量有限，最多100架飞机左右。抗干扰能力一般。

特点是功率大，更新率低，精度一般，容量有限。

四、塔康(TACAN)

塔康是复合无线电导航系统，由DME和改进的VOR组成，改进的VOR通过增加对更小的相位变化周期的测量，提高对方位的分辨率。布局方式为单站布局，DME测距，VOR测向，联合进行极坐标定位。机动台的功率大于500w，固定台的功率为3000w。测向为自动跟踪，测距采用询问-应答的方式。工作频率为963-1213MHz。固定台的覆盖范围在350-370Km，机动台为185km，顶空存在90°±30°的锥形信号盲区。测向实际精度0.5°(在100Km处，位置偏差达872.65m；在10Km处，位置偏差达87.27m)，测距精度可达0.1km。方位测量容量无限，距离测量容量110架。抗干扰能力DME一般，VOR较强。

特点是大功率发射，系统复杂，测量精度较高。

五、罗兰(LORAN-C)