基本介紹
- 中文名：最小接受高度
- 外文名：minimum reception altitude
- 英文縮寫：MRA
- 單位：米（m）
- 作用：給飛機提供導航指導
- 套用領域：導航
簡介,伏爾,發展概況,系統組成,原理,性能與特點,伏塔克,塔康,概述,塔康系統的國內外研究現狀及分析,組成,定位原理,
簡介
能收到要求的伏爾、伏塔克和塔康的可用信號的最低航路高度。在航空中，最小接收高度（MRA）是氣道段上最低的高度，可以確保飛機能夠接收諸如VOR或NDB之類的導航輔助信號。 通常，導航設備之間的距離越大，MRA越高。 隨著GPS衛星導航的可用性，MRA變得越來越不重要，這使得飛機能夠一直到達地面的導航指導。
伏爾
伏爾導航系統(omnidirectional range—VOR)是空中導航用的甚高頻全向信標。這種系統能使機上接收機在伏爾地面台任何方向上和伏爾信號覆蓋範圍內測定相對於該台的磁方位角。伏爾導航系統出現於20世紀30年代，是為了克服中波和長波無線電信標傳播特性不穩定、作用距離短的缺點而研製的導航系統，是高頻（108～118兆赫）視線距離導航系統。飛機飛行高度在 4400米以上時，穩定的作用距離可達200公里以上。
發展概況
早期的飛機主要靠目視導航。20世紀20年代開始發展儀表導航。飛機上有了簡單的儀表，靠人工計算得出飛機當時的位置。30年代出觀無線電導航，首先使用的是中波四航道無線電信標和無線電羅盤。40年代初開始研製超短波的伏爾導航系統和儀表著陸系統。50年代初，開始採用慣性導航系統。50年代末出現都卜勒導航系統。60年代初開始使用遠程無線電羅蘭C導航系統，作用距離達到2000km。為滿足軍事上的需要，還研製出塔康導航系統，後又出現伏爾塔康系統及超遠程奧米加導航系統，作用距離已達到10000km。1963年出現衛星導航。70年代以後發展全球定位導航(GPS)系統。
系統組成
一種近程無線電導航系統，全名為甚高頻全向方位導航系統。1950年被規定為國際標準民用導航系統。它由機載甚高頻全向信標接收機、顯示器和地面甚高頻全向方位導航台組成。導航台發射以30轉/秒旋轉的心臟線方向圖（見飛行器天線），在機載接收機輸出端產生30赫的正弦波，其相位隨飛機相對導航台的位置而變化，稱為可變相位信號。與此同時，導航台還發射一個以固定30赫參考頻率調製的全向信號。在機載接收機輸出端又得到一個不變相位的30赫正弦波，稱為基準相位信號。在地面導航台中使這兩個30赫低頻信號的相位在磁北子午線上相同。比較機載接收機輸出的兩個信號的相位，可確定地面導航台相對飛機的方位角，並將這方位角顯示在顯示器上。這就像以導航台為中心向四周輻射無限根直線，每一根線代表一個角度值。機載接收機和顯示器的作用相當於確定和顯示飛機處於那根線上。如果與測距器（DME）組成伏爾-DME標準近程導航系統，還可測出飛機至導航台的距離，據此可確定飛機在空間的位置。還可以按兩個導航台相對飛機的方位角來定位，但須同時接收兩個不同導航台的信號。伏爾導航系統工作於甚高頻（112～118兆赫），抗干擾能力較強，測向精度一般為±1°，機載設備簡單、輕便。伏爾導航系統的缺點是發射電波受視線限制和測向精度受場地影響較大。都卜勒－伏爾導航系統就能夠減少場地對測向精度的影響（見無線電導航）。
伏爾導航系統的基站擁有兩組天線系統，一組將30 Hz的信號調製到載波上並進行全向廣播。另一組天線為有向天線，以每秒30圈的頻率轉動，該天線發出的載波上也調製有一個30 Hz的信號，但此信號的相位隨著天線轉過的角度而改變，當指向天線指向正北時，兩條天線發出的30 Hz信號的相位剛好相同。用戶機通過對比接收到的兩組信號的相位差．即可得出自身與基站的方向關係。
原理
伏爾導航系統通過比較兩個30赫信號的相位來確定飛機對伏爾台的方位。一個30赫信號是固定的基準相位信號，先在9960赫副載頻上以 ±480赫頻偏調頻，用副載頻再對甚高頻調幅，以全向方式輻射。一個30赫信號是可變相位信號，用兩對正交奧爾福德環形天線在雙邊帶上輻射旋轉∞場型。天線系統兩種輻射輸出合成為旋轉30次每秒的心臟形場型。載頻上還有以1020赫調幅的莫爾斯碼識別信號和話音。在接收端，外來信號經放大、調幅檢波後分成三路：一路經副載頻濾波、限幅、鑒頻和30赫濾波後輸入比相器，這是固定相位信號；一路經30赫濾波直接至比相器,這是可變相位信號;再一路是莫爾斯識別碼和話音輸出。比相器對兩個相位信號比相，得出飛機對伏爾地面台的磁方位角。
性能與特點
（1）性能
伏爾導航系統套用在航路上和終端區。在航路上,它構成航道和航道網的基準,也是儀表飛行時的必要裝備。航路上使用的伏爾台的輻射功率為 200瓦，作用距離隨飛行高度而變化。在小高度上僅30海里，大高度上最遠可達200海里。終端區伏爾台用於引導飛機進場,輻射功率50瓦,作用距離25海里以上。終端伏爾台與儀表著陸系統中的航向信標使用相同頻段，即108～112兆赫,裝備儀表著陸系統的機場不再裝備伏爾導航系統。
（2）優點
伏爾導航系統與地美依導航系統合裝在一起成為極坐標導航方式，既提供方位，又提供距離。地美依導航系統與塔康導航系統的測距部分完全相同，伏爾導航系統與塔康導航系統合裝在一處，就是伏爾塔克導航系統，屬於軍用和民用共用系統。
伏爾導航系統的計算準確度為±3.9°(95%機率)，實際準確度為±4.5°（95%機率）。伏爾用於監測站監視信號狀態。現代伏爾地面系統由遙測遙控站進行管理，機上設備帶有視覺告警裝置。
（3）缺點
伏爾台發射信號存在多徑反射干擾的缺點，對選擇設台場地有一定要求。都卜勒伏爾導航系統對於環境要求有所降低。為了提高伏爾導航系統的準確度，可改用多瓣伏爾導航系統，即精密伏爾導航系統。現代伏爾地面系統正以固態電子器件取代電子管。
伏塔克
伏塔克，又稱伏爾塔康導航系統，是同時使用伏爾和塔康的導航設備，用塔康的測距功能和伏爾的測向功能來提供距離方位信息。
伏塔克（甚高頻全向信標和戰術空間導航系統）和伏爾測距器(甚高頻全向信標側距設備)是美國國家航空航天系統的基本導航設備。這種現有的真空管設備維護費用很高，為了確保這項服務延續到1995年以後，1985年正在把這種設備替換掉。所替換的新設備採用現代化的技術，以提供較高的可靠性，提供遠距離維護和監控能力，改善系統的可用性。它引入的微型計算機技術，容許遠距離維護和控制系統用於所有地面站的控制功能和自動檢測試驗，以及遠距離判斷和傾向性試驗，從而更進一步加強設備維護。所得到的全固態化伏爾塔康系統使其延長了20年壽命，並降低了壽命期間的費用。
塔康
概述
“塔康”（TACAN-Tactical Air Navigation System）是戰術空中導航系統的簡稱，由美國於1955年研製成功，後被法國、德國、英國、加拿大、日本、韓國等廣泛使用。主要用於為艦載機提供從幾十千米到幾百千米距離範圍內的導航，保障飛機按預定航線飛向目標，機群的空中集結，以及在複雜氣象條件下引導飛機歸航和進場等。
塔康是一個極坐標無線電空中導航系統，工作頻率為962－1213兆赫的特高頻（UHF）。每間隔1兆赫劃分為一個頻道，共有126個分立頻道，艦載設備與機載設備採用不同的發射頻率。飛機通過向艦艇信標發出詢問信號，得到回覆後通過計算得出機－艦間的距離；以及通過探測艦艇信標發出的無線電波形，得出飛機相對於艦艇的準確位置。
塔康系統的國內外研究現狀及分析
塔康系統是在1948至1951年間由美國研製的，1954年投入裝備，幾十年來該系統發展很快。目前全世界已經有三十多個國家大量裝備該系統，它早已成為美國和北約的軍事標準系統，是世界上普遍使用的十幾種無線電導航系統之一。1983年美國著名導航專家S.H多丁頓預計全世界裝備的塔康機載設備約有一萬七千台，80年美國《聯邦無線電導航計畫》公布，僅美國軍方擁有的塔康地面台和艦載台就有340多個。
國外塔康系統設備的發展概況如下:塔康機載設備，第一代，1958年以前，主要技術特點:全電子管、機電調諧，測量系統為模擬式;第二代，1958~1962年，主要技術特點:設備大部分電晶體化，其餘類似第一代;第三代，1962~1965年，主要技術特點:除發射機功放外全部電晶體化，機電調諧，數位化測量;第四代，1965~1975年，主要技術特點:固態、集成、數位化，固態調諧方式，x, y波道;第五代，1970年以後，主要技術特點:除採用第四代特點外，測量部分採用微處理器，有的發射極末級採用電晶體功率合成器。
地面信標台，第一代，1960年以前，主要技術特點:全電子管或部分電晶體，126個X波道，機掃天線;第二代，1960~1970年，主要技術特點:除發射極末級功放外，基本上全固態化，採用數位技術和中小規模積體電路，基本上是機掃天線，X, Y波道;第三代，1970年以後，主要技術特點:與第二代相比主要區別是採用電掃天線，且集成度高。
國內塔康系統概況如下: 六十年代中期我國研製出第一批性能樣機401/402，七十年代初研製了第一代定型產品401/402甲，於74年通過國家級定型，83年底II型設備HJD-II，620又通過了國家定型，在多年研產過程中，不斷研製出新技術，能夠獨立設計、生產全套塔康設備，且在1GC頻率合成器，電調預選器、寬頻功放、電掃天線及數字測距等方面都接近或達到世界先進水平。
2001年1月，我國獨立自主設計研製的“北斗一號”第二顆導航衛星發射成功，一種區域性衛星導航定位系統進入試驗階段。“北斗一號”工程利用兩顆地球同步衛星為用戶提供快速定位，簡短數字報文通信和授時服務。它使我國成為世界上第三個具有衛星定位與導航系統的國家。現今已建成的“北斗一號”系統是我國獨立自主建設的衛星定位系統，能覆蓋我國整個大陸及一部分沿海區域，有相當的用戶數和定位精度，對路上和海上導航定位具有一定意義。
組成
塔康導航系統是一種近程極坐標式無線電導航系統。由地面信標台（地面台）和記載設備組成。地面信標台可架設於機場、航路點或航空母艦上，機載塔康設備安裝在飛機上與塔康信標配合工作，其組成原理。它與航向系統等交聯後能夠為350千米-400千米範圍內飛機連續提供飛機相對於地面信標台以磁北為基準的全向方位角和斜距，從而確定飛機所處地理坐標即飛機位置。主要完成導航方式下測量飛機相對於地面信標台的方位和距離，在著陸狀態下與地面著陸信標台配合工作，確定至著陸點的距離及預定航向偏差、預定下滑道偏差；在空中會和方式下，確定飛機間距離和飛機相對方向，即飛機間同時測量距離和方位。測向原理與伏爾導航系統相似，測距原理與測距器相同，工作頻段為960-1215兆赫。系統測距採用詢問應答方式，測角是通過基準脈衝信號和脈衝包絡信號之間的相位關係來實現的。當飛機位於塔康地面台不同方位時，其機載塔康設備所接收到的基準信號和脈衝包絡信號之間存在著不同的相位關係，經過信號處理就可以確定出飛機相對於塔康地面台的方位角。
地面台的天線是圓筒形的，是由中心天線陣列和內外調製圓筒組成，它在水平方向輻射場形成一個心臟形圖，上附有九瓣調製，當它以15Hz勻速旋轉時，在它周圍空間的任意一點形成一個其振幅變化規律以15Hz為頻率的正弦波，這樣，將以地面台為中心的周圍空間化為一個15Hz正弦波360度的相位空間。由於又疊加了9個波瓣，即相當於將15Hz正弦波360度的相位空間分成9個40度空間，每個40度相位空間相當於一個135Hz正弦波360度的相位空間。這樣使得地面台發射的信號又增加15Hz和135Hz可變方位信息。方位測量就是機載設備接收地面台發的方位信號為主，即主、輔基準信號及15Hz和135Hz調製信號，取它們合成包絡的相位差而換算出來。
從飛機上每秒發射30對、間隔為12微秒的詢問脈衝對（成對發射的脈衝），地面台收到詢問脈衝對後發射同樣間隔的回答脈衝對。在飛機上把收到回答脈衝對的時間與詢問脈衝對的時間相比較，得出脈衝電波在空間傳播的時間，從而得到飛機到地面台的距離，並加以顯示。地面台天線發射電波的方向圖呈有 9個波瓣的心臟形，並以900轉/分轉動。飛機接收到的脈衝信號是調幅形式的，這一調幅包絡包括由旋轉心臟形方向圖產生的15Hz方位信號和由9個波瓣旋轉產生的135赫方位信號，這兩個信號的相位與地面台相對飛機的空間方位有關。為測定相位需要有基準信號，因此當心臟形方向圖轉過正東方向時，發射一組由12個脈衝對組成的基準脈衝信號，當8個波瓣(除去與心臟形最大值重合的那個波瓣)中每一個的最大值轉過正東方向時，還發射一組由6對脈衝組成的輔助基準脈衝信號。比較15Hz方位信號和基準脈衝信號的相位，得到地面台相對飛機的粗略方位，用它來消除精測方位時的多值性。比較 135Hz方位信號和輔助基準脈衝信號的相位即得到地面台相對飛機精確的方位值。
定位原理
塔康定位的基礎是測距和測角。在國際民航目前採用的標準近程導航中採用兩套獨立的系統來分別完成。測距利用DME測距系統，它和塔康測距功能的信號體制相類似，設備之間可以兼容；測角採用VOR（或DVOR）系統，其測角方法與伏爾測角功能相類似，但信號體制根本不同，不能兼容。DME和VOR是兩個不同頻段，不同信號體制，相互獨立的單功能系統。而塔康測距、測角則不然，它是在統一的頻道和信號體制基礎上來實現的。
塔康系統距離測量利用二次雷達原理，機載TACAN設備發射詢問脈衝，地面台收到詢問脈衝後經固定延時再發距離回答脈衝，機上設備取詢問脈衝和回答脈衝之間的延時進行計算。
