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本书阐述了航空无线电导航的基本原理及其特点，剖析了民用航空广泛使用的陆基导航系统的工作原理与过程，并对其典型系统进行了系统深刻论述。全书共8章，前两章介绍了无线电导航概论、无线电导航技术基础，第3~7章的内容分别为自动定向机、多普勒甚高频全向信标、测距机、无线电高度表和仪表着陆系统，第8章为区域导航。

本书可作为高等工科院校相关专业本科生的教材或参考书。同时，对于从事导航技术的科技人员和研究生也是一本很好的参考书。

第1章无线电导航概论

1．1无线电导航的定义与任务

1．2无线电导航的发展简史和发展趋势

1．3无线电导航术语和参数

1．3．1导航术语

1．3．2导航参数

1．4导航的分类和无线电导航系统的分类

1．4．1导航的分类

1．4．2无线电导航系统的分类

1．5无线电导航系统的布局

1．5．1地面无线电导航系统的布局

1．5．2机载无线电导航系统的布局

1．6无线电导航的实现

1．6．1无线电导航的依据

1．6．2基本的定位系统

1．6．3机载导航系统

1．6．4飞行管理系统

1．7国际民航组织及其附件10简介

练习题

第2章无线电导航技术基础

2．1无线电导航信号的传播方式

2．1．1电波传播的基本概念

2．1．2电波传播的基本方式

2．2导航坐标系及其变换

2．2．1地球的几何形状及其参数

2．2．2地心地固坐标系

2．2．3地平坐标系

2．2．4坐标系转换

2．3无线电导航系统的性能指标

2．3．1所需导航性能指标

2．3．2其他性能指标

2．4无线电导航系统的定位精度

2．4．1无线电导航系统测量误差

2．4．2位置线误差

2．4．3二维定位精度

2．5无线电导航系统的有效工作区

2．5．1无线电θθ导航系统工作区

2．5．2无线电ρρ导航系统工作区

2．5．3无线电ρθ导航系统工作区

2．5．4实际导航性能

2．6三维导航定位精度

2．6．1确定飞机在空间中的位置

2．6．2精度因子

2．7机载数据总线

2．7．1ARINC429总线

2．7．2AFDX总线

练习题

第3章自动定向机

3．1概述

3．2环形天线

3．3振幅测向系统的信号特征及其形成

3．3．1振幅测向系统的一般特性

3．3．2E型和M型测向信号的特征及其形成

3．4无方向信标

3．5自动定向机

3．5．1旋转测角器的ADF

3．5．2无测角器的ADF

3．6ADF900自动定向机

3．6．1机载ADF系统工作过程

3．6．2机载ADF系统的BITE自测试

3．6．3ADF的定向误差

练习题

第4章多普勒甚高频全向信标

4.1概述

4.2VOR系统在导航中的应用

4.3DVOR地面信标

4.3.1多普勒效应

4.3.230Hz可变相位信号的产生

4.3.3DVOR信标的工作原理

4.4VOR机载系统

4.4.1机载设备的组成与功用

4.4.2接收机的工作过程

4.5VRB51D DVOR信标

4.5.1系统组成

4.5.2VRB51D发射机

4.5.3VRB51D监控器

4.6VOR900机载系统

4.6.1机载VOR系统概述

4.6.2VOR900的基本功能和工作原理

4.6.3VOR900的自检功能

4.7DVOR系统测向精度

4.7.1ICAO对VOR精度的要求

4.7.2DVOR系统误差源

练习题

第5章测距机

5.1概述

5.2DME系统在导航中的应用

5.3DME系统的工作特征

5.3.1系统的工作频率

5.3.2脉冲编码格式和应答延时

5.3.3机载询问器的询问

5.3.4地面应答器的应答

5.4DME地面系统

5.4.1接收机的组成和主要质量指标

5.4.2发射机的组成和主要质量指标

5.5DME机载系统

5.5.1机载设备的组成与功用

5.5.2询问器的工作过程

5.6DME LDB101信标

5.6.1系统组成

5.6.2天线系统

5.6.3LDB101接收机

5.6.4LDB101发射机

5.6.5LDB101监控器

5.6.6LDB101电源系统

5.7DME900机载系统

5.7.1机载DME900系统概述

5.7.2DME900询问器的工作原理

5.7.3机载DME系统的BITE自测试

5.8DME系统测距精度

5.8.1ICAO对DME精度的要求

5.8.2DME系统误差源

练习题

第6章无线电高度表

6.1飞行高度的定义

6.2普通调频连续波高度表

6.2.1无线电高度表概况

6.2.2测高原理

6.2.3普通无线电高度表的几个基本问题

6.3等差频调频连续波高度表

6.3.1测高原理

6.3.2发射信号特性

6.3.3等差频FMCW高度表的跟踪环路

6.3.4等差频FMCW高度表工作原理

6.4机载无线电高度表系统

6.4.1无线电高度表系统组成与功用

6.4.2无线电高度表系统的数据输出

6.4.3无线电高度表系统的显示

6.4.4 无线电高度表系统的天线

6.4.5无线电高度表系统的自测试

6.5LRRA900收发机

6.5.1基本性能

6.5.2LRRA900工作过程

6.5.3LRRA900的工作原理

6.6影响LRRA性能的因素

练习题

第7章仪表着陆系统

7．1概述

7．1．1仪表着陆系统发展历史

7．1．2仪表着陆系统的分类

7．1．3仪表着陆系统常用术语

7．1．4仪表着陆系统的组成

7．1．5仪表着陆系统的保护区

7．2仪表着陆系统精密进近程序

7．3ILS天线阵基本理论

7．3．1二单元天线阵

7．3．2M单元天线阵

7．4航向信标及其机载接收机

7．4．1航向信标信号

7．4．2航道扇区

7．4．3多径效应

7．4．4双频航向信标

7．4．5近场效应

7．4．6天线分配单元

7．4．7航向天线阵

7．4．8航向信标机载接收机

7．5下滑信标及其机载接收机

7．5．1下滑信标天线方向性图的形成

7．5．2零基准下滑信标

7．5．3M阵列下滑信标

7．5．4下滑天线系统的性能要求

7．5．5下滑信标机载接收机

7．5．6下滑线的确定

7．6指点信标及其机载接收机

7．6．1指点信标的工作过程

7．6．2指点信标机载接收机

7．7ILS NORMARC 7000B信标

7．7．1NM7000B信标系统概述

7．7．2NM7000B信标机柜

7．7．3NM7000B信标天线系统

7．7．4其他系统

7．8ILS机载系统

7．8．1多模接收机

7．8．2机载ILS系统工作过程

7．8．3MMR的自检

练习题

第8章区域导航

8．1概述

8．1．1区域导航定义

8．1．2区域导航的发展

8．1．3区域导航的特点和效益

8．1．4区域导航对机载设备的要求

8．2区域导航的基本导航计算

8．2．1位置、航向和飞行时间计算

8．2．2偏航距离计算

8．3基于VOR和DME的区域导航

8．3．1基于VOR/DME的区域导航

8．3．2基于DME/DME的区域导航

8．4PBN基础

8．4．1PBN的定义与组成

8．4．2为什么需要PBN

8．4．3RNAV系统和RNP系统

8．5RNAV 5/2/1规范和BasicRNP 1规范

8．5．1RNAV 5规范

8．5．2RNAV 1规范和RNAV 2规范

8．5．3BasicRNP 1规范

练习题

参考文献

倪育德，中国民航大学教授，校教学名师。1986年和1989年分别获北京航空航天大学电子工程专业本科和硕士学位，2000年获法国民航大学新航行系统（CNS/ATM）专业硕士学位。一直从事无线电导航（包括卫星导航）的教学与研究。主持省部级项目一项，参与国家自然科学基金项目2项，国家863高技术计划项目2项，横向项目8项。1994年和1999年分别出版了两本有关无线电导航系统的教材，即《多普勒全向信标》（第二作者）（中国民航出版社）和《测距机》（作者）（香港慧文国际出版有限公司）。在国内外发表论文30多篇，15篇被SCI和EI收录。承担过民航导航台设备的调试与安装，具有深厚的理论基础和较丰富的工程能力，在无线电导航领域造诣较深，为民航知名导航专家，民航局导航专家库成员，经常参加民航空管设备的采购评标，中国电子学会高级会员，国家863项目评审专家（导航与观测方向）。 

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编辑推荐

无线电导航已广泛应用于航空、航天、航海及在陆地上有目的移动的航行体，它是多门学科和多项技术的综合结晶，具有严格的科学体系。

本书阐述了航空无线电导航的基本原理及其特点，剖析了民用航空广泛使用的陆基导航系统的工作原理与过程，对其典型系统（包括VRB-51D DVOR、LDB-101 DME、NM-7000B ILS以及机载900系列系统）进行了系统而深刻的论述，并阐述了区域导航的基本导航计算方法以及基于性能的导航涉及的一些主要问题和性能规范。全面深刻地展示了民用航空陆基无线电导航的实质与内涵。

 本书特色：

（1）以国际民航组织、美国联邦航空管理局、美国航空无线电技术委员会等组织以及国际上主要航空产品制造商的文件为技术支撑。

（2）以航空导航需要解决的三个基本问题即确定飞机的位置、飞机的航向以及飞行（或待飞）时间为主线来组织材料，以空地协同的观点来阐述航空导航的实施过程。

（3）系统剖析了目前民航广泛使用的陆基导航系统，使读者真正理解导航基本原理的内涵、实质，尤其是系统的设计思想和相应问题的解决方案，牢固建立起整个导航系统的框架和脉络。

（4）将导航系统充分纳入到运行的概念中去阐述。

（5）充分考虑和吸纳了国际民航组织的导航新概念和新方法，展示了导航技术的发展方向。

书摘插图

前言

无线电导航已广泛应用于航空、航天、航海及在陆地上有目的移动的航行体，它是多门学科和多项技术的综合结晶，具有严格的科学体系。

就航空无线电导航而言，它被分为陆基导航、星基导航和基于性能的导航（PBN）三类。自20世纪30年代无线电导航次用于航空，就开启了陆基导航时代。由于无线电导航具有其他导航手段无法比拟的优点，很快就成了飞机的必装设备。经过80多年的发展和技术进步，陆基导航系统的精度、完好性、连续性、可用性以及体积、重量和自动化程度等都得到极大改善，全世界设有相当完善的陆基导航台网，构成了飞行员可信赖的导航设施。

为了利用包括时间在内的四维空域，以增强航路运行能力及提高空中交通管理效率，1988年国际民航组织（ICAO）提出了未来航行系统（FANS）的概念，1993年宣布正式实施FANS系统，并将该系统改称为“国际民航组织的通信导航监视/空中交通管理（CNS/ATM）系统”，简称新航行系统，而全球导航卫星系统（GNSS）是CNS/ATM系统中极为重要的组成部分。按照ICAO原有的GNSS计划，GNSS一旦建成，现有的陆基导航设施将全部拆除。但在二十几年的GNSS实施过程中，目前普遍认为，陆基导航与星基导航其实不存在谁取代谁的问题，只存在以谁为主、以谁为辅的问题。目前是陆基导航为主，今后是星基导航为主，从陆基导航到GNSS的过渡是一个渐进过程，要真正实现在所有飞行阶段以GNSS为单一导航系统的目标还需较长时间，并且即使GNSS已经建成，现有的主要陆基导航系统将作为GNSS的备用系统而存在，一个主权国家还必须运营一个小的陆基导航台网。这个思想在ICAO 2012年第12届航行会议上通过的第四版《全球空中航行计划》中得到了反映。新版《全球空中航行计划》纳入了“航空系统组块升级（ASBU）”方案，其中的技术路线图从技术演变发展的角度展示了实施ASBU 所需的主要技术及其发展情况。就导航而言，ICAO 在导航技术路线图中就明确指出，传统陆基导航设施在全球已广泛应用，大多数的航空器也配备了相关的机载设备。由于GNSS 信号的脆弱性，传统陆基导航设施在未来仍会作为GNSS导航的备份。

基于性能的导航是指对于运行在空中交通服务航路、仪表进近程序或指定空域的航空器基于规定的导航性能（精度、完好性、连续性、可用性和功能性）要求的区域导航，它是2007年ICAO正式提出并实施的导航新概念。PBN集中体现在运行概念的革命以及更多偏重在对机载导航系统的功能、性能要求上，它所依赖的导航系统仍然是目前主要的陆基导航系统、GNSS以及惯性导航系统。目前，PBN的相应理论和应用正在包括中国在内的世界主要国家和地区快速推进。

虽然国内出版了一些无线电导航方面的教材或专著，但系统而深刻阐述民用航空导航系统及其运行的书还不多见。鉴于该原因，我们编著了这本书。

本书阐述了航空无线电导航的基本原理及其特点，剖析了民用航空广泛使用的陆基导航系统的工作原理与过程，对其典型系统（包括VRB51D DVOR、LDB101 DME、NM7000B ILS以及机载900系列系统）进行了系统而深刻的论述，并阐述了区域导航的基本导航计算方法以及基于性能的导航涉及的一些主要问题和性能规范。全书共分8章，内容包括无线电导航概论、无线电导航技术基础、自动定向机、多普勒甚高频全向信标、测距机、无线电高度表、仪表着陆系统及区域导航等，以全面深刻地展示民用航空陆基无线电导航的实质与内涵。

本书具有以下鲜明特色：

（1） 考虑到民用航空是高度国际化、高度标准化的行业，本书以国际民航组织、美国联邦航空管理局（FAA）、美国航空无线电技术委员会（RTCA）等组织以及国际上主要航空产品制造商的文件为技术支撑，系统剖析了民用航空陆基导航系统的工作原理与过程，涉及的定义阐述、性能指标等均以这些文件尤其是以ICAO的文件为基础。

（2） 全书以航空导航需要解决的三个基本问题，即确定飞机的位置、飞机的航向以及飞行（或待飞）时间为主线来组织材料，以空地协同的观点来阐述航空导航的实施过程。

（3） 在介绍某一导航系统时，首先介绍其通用性原理，然后对目前民航广泛使用的陆基导航系统作了深刻分析。之所以这样做，是因为在长期的教学实践中我们发现，只有将基本原理融于具体设备之中，学生才能真正理解导航基本原理的内涵、实质，尤其是系统的设计思想和相应问题的解决方案，牢固建立起整个导航系统的框架和脉络。

（4） 将某一导航系统充分纳入运行（Operation）的概念中去阐述，这样不但会避免相应导航系统成为技术孤岛，更能使读者理解该导航系统对相应运行的技术所起到的支撑作用。

（5） 本书虽然重点介绍的是陆基导航系统，但充分考虑和吸纳了ICAO的导航新概念和新方法，展示了导航技术的发展方向，在本书涉及的技术所能支撑的范围内，对目前迅猛发展的PBN作了深刻阐述。

本书由中国民航大学倪育德、卢丹、王颖和崔铭编写。其中第1章~3章（3.6节除外）、第4章（4.6节除外）、第5章（5.7节除外）和第8章由倪育德编写，第6章以及3.6节、4.6节、5.7节和7.8节由王颖编写，第7章的7.1节~7.6节由卢丹编写，7.7节由崔铭编写。

本书在编写过程中，得到了中国民航大学韩萍教授的大力支持和帮助。王健老师在校内讲义《导航原理与系统》的编写中，撰写了“仪表着陆系统”这一章，本书借鉴了该讲义这一章的部分内容和思想，特表诚挚谢意。

本书是编者长期从事无线电导航教学与研究的总结，编者与多位民航知名导航专家和空中交通管理方面的专家，如王世有、王巍、孙淑光、张旗、刘瑞华、戴福青、杨新湦等的讨论使编者受益匪浅，尤其想到每次与王世有先生对导航技术的长时间交谈和讨论，不禁对他对导航技术的深刻理解和极其丰富的实际经验、极强的解决实际问题的能力以及正直的为人都充满了敬佩和怀念。另外，研究生李书宇、马宇申、朱金芳、刘萍等也提供了支持。在此一并表示诚挚的感谢。

本书由知名导航专家、中国民航局空中交通管理局高级工程师王巍担任主审，他对本书提出了许多中肯意见和建议，编者按照这些意见和建议对本书进行了认真修改，使本书增色不少，特表衷心感谢。

本书的编写参考了大量资料，对这些资料的作者深表谢意。但限于篇幅，有些资料没有在“参考文献”中列出，对此编者表示深深歉意。

虽然本书在出版前经过多次试用，在交付出版时又作了认真修改，但囿于编者学识水平，加上工作繁忙，对有些问题可能研究不够，书中缺点和不足之处，热忱欢迎读者批评指正，以便再版时修订。来信请寄： yudeni_cauc@sina.com。 

编者

2015年4月于中国民航大学