试析甚高频全向信标系统机载接收机数字信号处理

孙志浩 殷飞

【摘要】 甚高频全向信标系统（VOR）主要是为飞机提供角度信息，是在其波段的进程区域的无线电导航系统，被广泛应用于国内外机场和航道。本文主要阐述了在VOR导航接收机中，利用数字信号处理技术，达到原先模拟电路的功效，通过数字处理设计VOR系统中重要的比相环节，对甚高频全向信标系统信号进行分析，并提出应对方法，使VOR系统可以正常使用。

【关键词】 甚高频全向信标 数字信号 导航甚高频全向信标是一种用于航空的无线电导航系统[1-2]。甚高频全向信标系统配合DME测距系统、MB指点信标系统、GS下滑系统以及LOC航向系统可以实现飞机导航和着落的过程。现代导航接收机通常都结合了上述接收机的各项功能，因此，可以通过数字信号处理技术、自动频率控制技术和数字频率合成技术等多项技术，实现系统的小型化和数字化，从而提高系统信息传输的可靠性和有效性[3-4]。

一、甚高频全向信标系统的功能特点

1.1甚高频全向信标系统的主要功能

①对飞机进行定位，VOR机载设备可以测出从两个已知的VOR台到飞机的磁方位角，这样就可以得出两条位置线，根据位置线相交定位原理确定飞机的具体位置。VOR台通常和测距台（DME）安装在一起，那么可以利用VOR测量飞机磁方位角，再通过DME测量飞机到VOR/DME台的距离，这样也可以确定飞机的地理位置。②顺着选定的航路导航，飞机沿预选的航道飞向或飞离VOR台，通过航道偏离指示指出飞机偏离预选航道的方向和角度，以引导飞机沿预选航道飞往目的地。

1.2甚高频全向信标系统的特点

VOR采用地面导航台用方向性天线发射，机上采用无方向性天线接收的方法测向，可以直接提供飞机的方位角，相对于地面导航台，无需航向基准，其测向精度高于同样是测向导航设备的ADF。

二、甚高频全向信标系统信号分析

2.1基准相位信号

用30Hz（F）的低频信号对9960Hz（fs）进行调频，得出副载波us：

用us调整辐射载波（ω0），则基准相位信号uR（t）：

2.2可变相位信号

30Hz信号（F）和载波f0经边带测角器产生30Hz的调幅边带波信号，分别是：

分别由两对可变向天线向空间辐射，则可变相位信号：

则接收机接收的VOR全信号：

可变相分量以30Hz的速度进行旋转，由此可见，当点位不同时，基准信号与可变信号的相位差也不同，相位差与VOR台的具体位置有关系。通过比较接收机中的基准相位信号和可变相位信号，确定用户的方位。

三、接收信号数字处理

在甚高频全向信标系统的定向原理中，30Hz信号比相是其核心。根据9960副载波可以得出基准相位信号，通过相位比较器可以对相移θ进行检测，并确定方位。然后将基准相位30Hz信号和可变相位30Hz信号进行过0点检测，通过计数器得出相位差，将计算结果处理成数字方位的格式，并将其送到无线电磁指示器（RMI），通过RMI进行全方位显示。相位差θ和计时器计时时间t的关系式：

以基准信号为基准，若发现其正向过零点，则利用计数器开始计数，直到可变信号正向过0点时，结束计数，将检测到的相差点数计算出来，并将计数器清零准备下次计数，若系统采样率为fs，则VOR方位角度分辨率：

因为甚高频通信系统会被邻频或同频干扰，在信号处理的过程中会出现系统误差的情况，导致比相信号的不稳定和抖动，所以，在解算相位差时，不能只进行一次求解就得出，而要经过多次的换算取所有结果的平均值，但这样又会引发其他问题，即当两个相位基本一致的时候，相位差会一致在0度左右摆动，这样角度就可能会在360度和0度之间转换，那么，经过多次计算得出的角度将会出现误差，解决这一问题的主要方法有：

设G1、G2、G3…是多次测量得出的相位差，为了避免相位差在0度附近抖动的问题，可以做出如下处理：

（i=1，2，3…）

将处理过的相位差进行相加、求和，再计算出平均值Y，此时，若Y>360，则减去360度后输出，则直接输出：

式中，Z：最终输出的相位差。经过上述公式处理方式，可以有效避免信号在0度附近摆动形成的计算误差是。

四、结束语

本文主要介绍了甚高频全向信标系统及其定向原理和信号的格式，通过检测技术等数字思路取代原先模拟电路的相位比较工作，利用数字信号处理能使甚高频全向信标系统变得更加智能化，而且还能缩小其体积，使其机载接收机系统更加稳定、可靠。