浅谈磁偏角对多普勒全向信标的影响

浅谈磁偏角对多普勒全向信标的影响

谭轩磊

湖北机场集团航务服务有限公司襄阳空管站 湖北省襄阳市 441000

摘要：甚高频全向信标是国际民航组织确定的标准进近导航设备。本文主要概述DVOR VRB-52D型多普勒全向信标设备工作原理，如何为航空器提供定位，地球磁偏角的概念，以及因襄阳机场磁偏角改变对于多普勒全向信标方位角度影响和后续飞行校验调整过程。

【关键词】全向信标 DVOR 基准相位 可变相位 磁偏角 方位 飞行校验

一、引言

全向信标是民用航空飞行中现行应用最为广泛的地面导航设备之一，而多普勒全向信标是其中一种较高精度的近程相位测角导航系统，是由20世纪90年代美国的旋转信标发展而来的，国际民航组织于1949年将其纳入国际标准进近导航系统。地面甚高频全向信标与机载甚高频全向信标接收机配合，航空器机载接收机可测得相对于地面DVOR台的磁方位，具体如下：

（1）若信标台设在航线上，可以利用两个DVOR台或一个DVOR台与测距仪DME配合使用，可形成极坐标定位系统，直接为航路航空器定位；可引导航空器沿航线飞行；可配合DME完成区域导航；

（2）若信标台设在机场周边，航空器可通过信标台的指引实现进出港；也可以作为仪表着陆系统（ILS）的辅助设备，引导航空器安全着陆等。

多普勒全向信标（DVOR）是常规全向信标的进一步发展。它采用了宽孔径天线系统和多普勒效应，使信标设备能产生更加精密的多个方位角信号。自20世纪90年代初中国民航引入VRB系列多普勒全向信标以来，先后更新开发了VRB-51D，52D，53D系列。VRB-51D设备由于年代久远，已逐步退出民航舞台，VRB-53D在2012年投入使用，由于时间过短，仅有少数民航机场使用该设备。目前VRB-52D设备是较为成熟可靠的，也是民航机场广泛使用的。本机场就采用澳大利亚AWA 公司生产的DVOR VRB-52D型全向信标，自投入使用以来，运行稳定可靠。

二、设备介绍及磁偏角概述

（1）全向信标设备介绍

全向信标系统分“地面”和“机载”两种设备，本篇仅对“地面设备”进行分析解读，全向信标是为航空器提供方位信息的导航设备，适用于航路和机场，工作频率为108MH-117.95MHZ，天线发射的是水平极化波，与测距设备（测距仪）合装，可精准地为航空器提供方位信息。天线系统由49根天线组成，其中边带天线48根，载波天线1根。DVOR的工作原理是航空器通过测量信标台辐射的两个独立的30Hz调制的射频载波信号的相位。一个是由载波天线发射的基准相位信号（30HZAM信号），调制的相位与观察点的方位角无关，其信号在360度方位上，它的相位都是相同的，与磁北方向重合；二是可变相位信号（30FMHZ信号），调制的相位在观察点处于基准相位不同，相对于第一个信号的相位关系作为方位角的函数变化。可变相位信号由48根边带天线，按一定的时序发射上、下边带信号通过空间调制形成的，它的相位和方位密切相关，所在方位不同，其相位也不同。在基准相位信号和可变相位信号在磁北方位同向的前提下，机载接收设备通过解调比较基准相位信号和可变相位信号的相位差，得到航空器此时的磁方位。

2. 磁偏角概述

通过地面上某点与地球旋转轴南北极组成的平面与地球表面的交线称为真子午线，真子午线在该点的切线方向称为该点的真子午线方向，由真子午线方向的北端起，顺时针量到直线间的夹角称为该直线的真方位角，用A表示；过地面上某点与磁北、磁南极所作的平面与地球表面的交线称为磁子午线，磁子午线在该点的切线方向称为该点的磁子午方向，由磁子午线方向的北端起，顺时针量至直线间的夹角称为该直线的磁方位角，用Am表示。地球的两个磁极与地球的南北极是不重合的，所以磁子午线方向与真子午线方向之间存在一个夹角，称为磁偏角δ。三者之间的关系是A=Am+δ。

在一天中磁北磁南极的位置是不停变动的，它的轨迹大致为一椭圆形，磁北极平均每天向北变动40米。且由于地磁本身每年都有周期性的变化，所以同一地点的磁偏角也随着时间的推移年年都有变化。而磁偏角是机场建设中一个重要的测量数据，《民用机场勘测规范》（2008）要求磁偏角的测量精度优于 0.1°。

3. 事件背景

本场因机场建设，测量本场磁偏角度数，所测量出结果为4.5°，与全向信标建设时所提供3°磁偏角相差1.5°，而全向信标为航空器所提供方位为磁方位，基准相位信号的相位所指就不再是磁北，与磁北相差1.5°，故此时全向信标并不能为航空器提供真实的磁北方位，需要重新进行飞行校验进行设备调整，校验完成才能开放使用。

3. 飞行校验及设备调整

飞行校验的基本原理是装有导航接收设备的校验飞机，按照规定的航迹或通过地面引导飞行，在飞行过程中通过比较机载设备在某处实际收到的信号以及该点的理论值，得到设备所辐射信号误差并指导地面技术人员及时地修正辐射信号。

根据中国民航飞行校验规则（MH2003-2000）的要求， DVOR飞行校验时，校验飞机结合校验设备的基准方位、方位误差、极化、调制度等数据进行径向飞行；结合校验设备的覆盖、弯曲、抖动和摆动等数据按圆周飞行。通过机载校验数据库和GPS定位信号计算飞机相对于被测DVOR的方位数据，再将计算得出的方位数据与机载DVOR接收设备实际接收的方位数据进行比对，以检查方位数据是否正常或超出容限。如果数据超出容限，则进一步分析原因，指导地面技术人员检修调整设备或采取必要手段排除干扰影响。

飞行校验时，机组通过飞行及数据采集告知需增大1.5°方位角，而方位角调整可分为调整基准信号相位及可变信号相位，因此时磁偏角改变，基准相位信号不再为航空器提供真实的磁北相位信号，故此时应调整基准相位信号相位。需先在CTU板件上按下告警抑制键，因方位角的门限值为±1°，此时若对方位角调整1.5°必定会导致设备告警关机，而告警抑制作用就是为了防止参数调整时超出设备自身门限导致设备关机。然后在RPG板件上进行基准相信信号的相位调整使MBD显示器上方位角增大1.5°后通知机组，待机组通知参数正常并不再需要调整时，即可完成此次飞行校验。飞行校验结束后将MBD板抽出，加上延伸板，对MBD板件中的方位预置开关“S1-S6”进行调整，待MBD所显示相对方位角为0时即可完成调整。

3. 结论

本文概述多普勒全向信标基本工作原理，地球磁偏角概念，襄阳机场因磁偏角变化而导致的DVOR基准相位信号改变无法为飞机提供准确的方位信号，通过特殊飞行校验配合地面人员有针对性地调整，修正了机载接收机信号提供的方位准确性，为襄阳机场民航飞机使用DVOR飞行程序进行航路导航和进近着陆提供了有力地保障。

参考文献：

1. 汪斌.DVOR全向信标方位角超限的飞行校验的分析[J].信息技术与信息化,2019(14):153-15.

2. 成华强,蒋国庆.高精度VOR/ILS航空导航信号发生技术[J].电子质量,2018(8):44-48,62.

3. 许建红,陈红卫,何斯渊,庞炜.机场跑道磁偏角测量[J].地震地磁观测与研究,2018(4):57-61.