مهندسی برق

پایان نامه برق (مخابرات): بررسی عملکرد و شبیه‏سازی سیستم‏های ناوبری CVOR و DVOR در کانال‏های چند مسیری

دکتر عباس شیخی
دکتر محمد علی مسندی شیرازی
 
آذر ۱۳۸۹
متن پایان نامه :
چکیده
 
سامانه ناوبری VOR یک سامانه ناوبری رادیویی می‌باشد که دارای کاربردهای تاکتیکی و غیرتاکتیکی می‌باشد و به دو نوع CVOR و DVOR ساخته شده است. این سامانه با تعیین موقعیت (سمت) وسیله پرنده نسبت به فرستنده ایستگاه زمینی بطور وسیعی در سرویس‌های هوایی نظامی و غیرنظامی در اکثر کشورهای دنیا استفاده می‌شود. سامانه ناوبری VOR در محدوده فرکانسی VHF از ۰/۱۰۸ مگا هرتز تا ۹۵/۱۱۷ مگا‌هرتز در قالب ۲۰۰ کانال کار می‌کند. تفاوت CVOR و DVOR تنها در ساختار آنتن ایستگاه زمینی می‌باشد، زیرا گیرنده و رابطه سیگنال ارسالی از فرستنده‌ی هر دو سیستم یکسان می‌باشد. آنتن فرستنده از دو قسمت اصلی sideband وCarrier برای ارسال دو سیگنال ۳۰ هرتز می‌باشد. عملکرد سامانه VOR بدین صورت است که اطلاعات سمت را از اختلاف فاز دو سیگنال ۳۰ هرتز مرجع و فاز متغیر استخراج می‌کند. اختلاف فاز برای هر موقعیت هواپیما، متفاوت می‌باشد. بعبارت دیگر اختلاف فاز دو سیگنال ۳۰ هرتز بسته به موقعیت هواپیما بطور خطی تغییر می‌کند. دو سیگنال ۳۰ هرتز تحت مدولاسیون آنالوگ از ایستگاه زمینی ارسال می‌شوند. در پرواز، هواپیما این دو سیگنال را با سیگنال انعکاسی ناشی از سطح زمین، کوه و موانع نزدیک مانند آشیانه هواپیما و ساختمان دریافت می‌کند. سیگنال‌های چندمسیری باعث اختلال در آشکار‌سازی اختلاف فاز دو سیگنال ۳۰ هرتز در گیرنده VOR می‌شوند. هدف پایان‌نامه بررسی اثرات پدیده‌ چندمسیری بر سامانه CVOR و DVOR و مقایسه آنها از طریق مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستمی می‌باشد. در این خصوص اثرات پدیده چندمسیری بر سامانه‌های رادیویی، مدل‌سازی کانال مخابرتی، عملکرد ایستگاه زمینی و استخراج سیگنال ارسالی و شبیه‌سازی گیرنده مورد بررسی قرار گرفته است. سپس بطور خاص به بررسی کارایی سامانه VOR در شرایط چندمسیری پرداخته خواهد شد. در این پایان‌نامه سامانه‌های ناوبری CVOR و DVOR در شرایط چندمسیری مقایسه و تفاوت آنها در سناریو واقعی با وجود موانع بررسی شده است.

 
 
 

د

 
فهرست مطالب
عنوان                                                                                                    صفحه
فصل اول : معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR و شرح اصول عملکرد آنها   2
مقدمه ۲۲
۱-۱- تعاریف و معرفی واژه‏ها ۲۲
۱-۲- ماموریت و عملکرد سامانه VOR. 23
۱-۳- کاربرد‌های ناوبری سامانه VOR. 23
۱-۴- تشریح اصول عملکرد سامانه CVOR. 24
۱-۴-۱- آنتن فرستنده CVOR. 25
۱-۴-۲- ساختار و عملکرد ایستگاه زمینی CVOR. 25
۱-۴-۳- پترن افقی فرستنده CVOR. 27
۱-۴-۴- نحوه چرخش پترن آنتن باندکناری و ایجاد پترن قلبی شکل   28
۱-۴-۵- دیاگرام فرستنده و سیگنال ارسالی ۳۱
۱-۴-۶- روابط سیگنال ارسالی CVOR. 33
۱-۴-۷- طیف فرکانسی CVOR. 34
۱-۵- تشریح اصول عملکرد DVOR. 35
۱-۵-۱- آنتن DVOR. 35
۱-۵-۲- ساختار و عملکرد ایستگاه زمینی DVOR. 35
۱-۵-۳- پترن افقی فرستنده DVOR. 38
۱-۵-۴- نحوه چرخش الکتریکی آنتن‌های باندکناری. ۳۸
۱-۵-۵- بلوک دیاگرام فرستنده DVOR. 38
۱-۵-۶- روابط سیگنال ارسالی DVOR. 39
۱-۵-۷- طیف فرکانسی سیگنال دریافتی سامانه DVOR. 40
۱-۵-۸- چک زمینی DVOR. 40
۱-۶- ناحیه مخروطی سکوت سیگنال VOR. 42
۱-۷- رابطه اختلاف فاز دو سیگنال ۳۰ هرتز و موقعیت هواپیما در سامانه VOR. 42
۱-۸- مشخصات سایت زمینی VOR و اطراف آن. ۴۳

ذ

۱-۹- گیرنده VOR. 44
عنوان                                                                                                     صفحه
۱-۹-۱- اصول محاسبه سمت ۴۴
۱-۹-۲- عملیات پردازشی در گیرنده ۴۴
۱-۹-۳- سیگنال دریافتی در ورودی گیرنده ۴۵
۱-۱۰- تعیین مشخصات سیگنالی لینک مخابراتی ایستگاه زمینی   45
۱-۱۱- پوشش سیگنال ۴۶
۱-۱۲- پارامترهای سامانه ناوبری VOR. 47
۱-۱۳- نتیجه گیری ۵۰
فصل دوم : بررسی تحقیقات انجام شده در خصوص CVOR و DVOR  51
مقدمه ۵۲
۲-۱- خطای زاویه CVOR و DVOR در شرایط N منعکس‌کننده. ۵۴
۲-۱-۱- الگوریتم پردازشی سیگنال CVOR. 54
۲-۱-۲- الگوریتم پردازشی سیگنال DVOR. 56
۲-۲- شبیه‌سازی خطای زاویه‌سنجی ۶۱
۲-۳- نتیجه‌گیری ۶۱
فصـل سوم : بررسی و شبیه‌سازی کانالهای مخابراتی هوایی   62
مقدمه ۶۳
۳-۱- کلیات ۶۳
۳-۲- مدل کانال چندمسیری برای لینکهای هوایی ۶۵
۳-۲-۱- فیدینگ مقیاس بزرگ ۶۵
۳-۲-۲- فیدینگ مقیاس کوچک ۶۶
۳-۳- مدل آماری کانالهای زمین به هوا در باند VHF. 70
۳-۳-۱- سناریو پرواز در مسیر ۷۳
۳-۳-۲- سناریوهای ورود و برخاست هواپیما ۷۵
۳-۳-۳- سناریو تاکسی ۷۷
۳-۳-۴- سناریو پارکینگ ۷۸
۳-۴- تجمیع پارامترهای کانال در سناریوهای مختلف برای شبیه‌سازی   79

ر

۳-۵- روش انتخاب پارامترهای اتفاقی کانال برای سیستم پردازشی   80
عنوان                                                                                                   صفحه
۳-۶- شبیه‌سازی مدلهای آماری پوش سیگنال دریافتی در کانالهای زمین به هوا ۸۱
۳-۷- نتیجه گیری ۸۳
فصل چهارم : بررسی و شبیه‌سازی اثرات چندمسیری بر عملکرد سامانه ناوبری CVOR و DVOR . 84
مقدمه ۸۵
۴-۱- ارائه پارامترهای گیرنده و کانال و شبیه‌سازی آن   85
۴-۲- روابط سیگنال دریافتی تحت تاثیر کانال ۹۲
۴-۳- محاسبه محدوده داینامیکی گیرنده ۹۴
۴-۴- آشکارسازی توان سیگنال دریافتی ۹۵
۴-۵- تعیین خطای سامانه ناوبری تنها در حضور نویز و بدون سیگنال چندمسیری ۹۸
۴-۶- تجمیع شرایط و پارامترهای در نظر گرفته شده و انتخاب سناریو   101
۴-۷- ارائه نتایج شبیه‌سازی ۱۰۲
۴-۸- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۱۱۵
فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات ۱۱۷
فصل پنجم ۱۱۸
نتیجه‌گیری و پیشنهادات. ۱۱۸
فهرست مراجع ۱۲۰
>> پیوست <<. 122
پیوست ۱ : تشریح جزئی اصول عملکردی آنتن Alford loop. 123
پیوست دو : فرکانس کانال‌های ارسالی و دریافتی سامانه VOR و LOC  125
پیوست سه : کد مورس ۱۲۶
پیوست چهار : فیدینگ رایلی و رایس ۱۲۷
 
 
 

ز

 
فهرست جداول
عنوان                                                                                                     صفحه
جدول ۱-۱- پارامترهای عمومی سیستم ]۶[ ۴۷
جدول ۱-۲- پارامترهای فرستنده ]۶[ ۴۸
جدول ۱-۳- پارامترهای مانیتور ]۶[ ۴۹
جدول ۱-۴- پارامترهای سیستمی آنتن ]۶[ ۴۹
جدول ۲-۱- شبیه‌سازی نتایج حاصل از مقاله با مقادیر واقعی۴۲
جدول ۳-۱- متوسط rms گسترش تأخیر اندازه‌گیری شده در زوایای عمودی [۱۶] ۶۸
جدول ۳-۲- متوسط تعداد مؤلفه‌های چند مسیری را برای هر زاویه عمودی [۱۷] ۶۹
جدول ۳-۳- پارامترهای کانال رادیویی زمین به هوا در کلیه سناریوهای پروازی [۱۳] ۸۰
جدول ۴-۱- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۱۹۵ درجه (اختلاف فاز ۱۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما . ۸۸
جدول ۴-۲- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر۲۲۵ درجه (اختلاف فاز ۴۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۰۷
جدول ۴-۳- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۲۷۰ درجه (اختلاف فاز ۹۰ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۰۸

ژ

جدول ۴-۴- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۳۱۵ درجه (اختلاف فاز ۱۳۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۰۸
جدول ۴-۵- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۳۴۵ درجه (اختلاف فاز ۱۶۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۰۹
جدول ۴-۶- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۴۵ درجه (اختلاف فاز ۲۲۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۰۹
جدول ۴-۷- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۹۰ درجه (اختلاف فاز ۲۷۰ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۰
جدول ۴-۸- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۱۳۵ درجه (اختلاف فاز ۳۱۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۰
جدول ۴-۹- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۱۹۵ درجه (اختلاف فاز ۱۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۱

س

 
عنوان                                                                                                     صفحه
جدول ۴-۱۰- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۲۲۵ درجه (اختلاف فاز ۴۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۱
جدول ۴-۱۱- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۲۷۰ درجه (اختلاف فاز ۹۰ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۲
جدول ۴-۱۲- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۳۱۵ درجه (اختلاف فاز ۱۳۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۲
جدول ۴-۱۳- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۳۴۵ درجه (اختلاف فاز ۱۶۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۳
جدول ۴-۱۴- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه ، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۴۵ درجه (اختلاف فاز ۲۲۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۳
 
 

ش

 
عنوان                                                                                                     صفحه
جدول ۴-۱۵- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۹۰ درجه (اختلاف فاز ۲۷۰ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۴
جدول ۴-۱۶- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر، زاویه عمودی ۱۰ درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر ۱۳۵ درجه (اختلاف فاز ۳۱۵ درجه) و با در نظر گرفتن ۹ انعکاس دهنده در زوایای ۵/۲۲ ، ۵/۶۷ ، ۵/۱۱۲ ، ۵/۱۵۷ ، ۱۸۰ ، ۵/۲۰۲ ، ۵/۲۴۷ ، ۵/۲۹۲ ، ۵/۳۳۷ در فاصله ۱۰ کیلومتر از هواپیما ۱۱۴
جدول ۴-۱۷- مقایسه نتایج شبیه‌سازی برای هر دو سامانه CVOR و DVOR با ثابت رایس dB 6 در زاویه سمت ۳۱۵ درجه. ۱۱۵
جدول ۴-۱۸- مقایسه نتایج شبیه‌سازی برای هر دو سامانه CVOR و DVOR با ثابت رایس dB 6 در زاویه سمت ۴۵ درجه .۱۱۶
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ص

 
فهرست شکلها و تصاویر
عنوان                                                                                                               صفحه
شکل ۱-۱- زاویه bearing و فاصله شعاعی. ۲۳
شکل ۱-۲- استخراج موقعیت از دو ایستگاه VOR ]2[ 24
شکل۱-۳- آنتن CVOR از نوع حلقه آلفورد ]۱[ ۲۷
شکل ۱-۴- ساختار داخلی آنتن باندکناری و نحوه‌ی ایجاد چرخش الکتریکی ]۱[ ۲۷
شکل ۱-۵- پترن آنتن کریر ۲۸
شکل۱-۶- الگوی تشعشعی چهار آنتن باند کناری ]۲[ ۲۸
شکل ۱-۷- مکان المان‌های آنتن باند کناری ۲۹
شکل ۱-۸- فاز و پترن آنتن باندکناری ۳۰
شکل ۱-۹- پترن قلبی شکل ۳۰
شکل ۱-۱۰- موقعیت آنتن‌های سامانه CVOR. 30
شکل ۱-۱۱- نحوه چرخش الگوی قلبی شکل ]۳[ ۳۱
شکل ۱-۱۲- اثر چرخش پترن قلبی شکل در فضا ۳۱
شکل۱-۱۳- بلوک دیاگرام سیگنال ۳۰ هرتز مرجع ۳۱
شکل ۱-۱۴- بلوک دیاگرام سیگنال ۳۰ هرتز با فاز متغیر   32
شکل۱-۱۵- شکل سیگنال ارسالی با مدولاسیون فرکانس ]۴[  34
شکل۱-۱۶- مجموع سیگنال آنتن کریر و sideband در فضا ]۴[  34
شکل ۱-۱۷- طیف فرکانسی CVOR ]2[ 35
شکل ۱-۱۸- آنتن DVOR. 37
شکل ۱-۱۹- نحوه‌ی ارسال سیگنال درآنتن DVOR ]2[ 37
شکل ۱-۲۰- فرکانس داپلر ناشی از چرخش الکتریکی آنتن   38
شکل ۱-۲۱- بلوک دیاگرام قسمت کریر فرستنده ۳۹
شکل۱-۲۲- بلوک دیاگرام قسمت باند کناری فرستنده ۳۹
شکل ۱-۲۳- طیف فرکانسی فرستنده DVOR ]2[ 40
شکل ۱-۲۴- آنتن مانیتور چک عملکرد فرستنده DVOR ]5[ .22
شکل ۱-۲۵- یک شکاف مخروطی شکل وارونه ]۵[ ۴۲

ض

شکل ۱-۲۶- اختلاف فاز سیگنال مرجع با سیگنال فاز متغیر ]۴[  43
عنوان                                                                                                               صفحه
شکل۱-۲۷- بلوک دیاگرام گیرنده VOR ]2[ 45
شکل ۱-۲۸- ناحیه دید مستقیم بر حسب ارتفاع و فاصله هواپیما   47
شکل ۳-۱- بلوک دیاگرام سامانه رادیویی ]۱۵[ ۶۵
شکل ۳-۲- تعداد متوسط مؤلفه‌های سیگنال برای ۱۶ ناحیه تأخیر [۱۷]   69
شکل ۳-۳- مدل کانال دو مسیری برای سناریو پرواز در مسیر ]۱۳[  73
شکل ۳-۴- سناریو پرواز در مسیر و سیگنال منعکس‌شده ]۱۳[  73
شکل ۳-۵- طیف توان داپلر غیر همه جهته ]۱۳[ ۷۴
شکل ۳-۶- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریوهای پرواز در طول مسیر [۱۳] ۷۵
شکل ۳-۷- انتشار چندمسیری برای سناریو ورود و برخاست ]۱۳[  76
شکل ۳-۸- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو ورود [۱۳]   77
شکل ۳-۹- چندمسیری ناشی از سناریو تاکسی ]۱۳[ ۷۸
شکل ۳-۱۰- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو تاکسی [۱۳]   78
شکل ۳-۱۱- انتشار چندمسیری برای سناریو پارکینگ ]۱۳[  79
شکل ۳-۱۲- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو پارکینگ [۲۷] ۷۹
شکل ۴-۱- پترن گیرنده سامانه VOR. 88
شکل ۴-۲- مدل شبیه‌سازی سیستمی برای سیگنال دریافتی در خروجی گیرنده   88
شکل ۴-۳- پترن عمودی آنتن فرستنده زمینی ۸۸
شکل ۴-۴- بلوک دیاگرام گیرنده VOR. 89
شکل ۴-۵- طیف فرکانسی خروجی آشکارساز دامنه بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز ۸۹
‌‌ شکل ۴-۶- جداسازی سیگنال ۳۰ هرتز مرجع بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز ۹۰
شکل ۴-۷- جداسازی سیگنال ۹۹۶۰ هرتز FM بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز ۹۰
شکل ۴-۸- سیگنال ۳۰ هرتز با فاز متغیر پس از دمدولاسیون فرکانس سیگنال ۹۹۶۰ هرتز بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز   91
شکل ۴-۹- دو سیگنال ۳۰ هرتز در ورودی مقایسه کننده فاز بدون حضور نویز ۹۱

ط

شکل ۴-۱۰- خروجی آشکارساز دامنه با حضور نویز و سیگنال چندمسیری الف) برای محدوده فرکانسی صفر تا ۱۰ کیلوهرتز ب) برای محدوده فرکانسی صفر تا ۷۰۰ هرتز ۹۲
عنوان                                                                                                             صفحه
شکل ۴-۱۱- سناریو در نظر گرفته شده برای محاسبه توان دریافتی بر حسب فاصله.۷۵
شکل ۴-۱۲- (شکل بالا) توان دریافتی مسیر مستقیم و مسیرهای انعکاسی با تاخیرهای متفاوت بر حسب فاصله در شرایط فاصله مانع از گیرنده و فرستنده مطابق شکل (۴-۱۰) و ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر و سطح مقطع مانع از دید آنتن فرستنده و گیرنده برابر ۵۰۰ ۵۰۰ مترمربع و (شکل پائین) توان دریافتی مسیر مستقیم و مسیرهای انعکاسی با تاخیرهای متفاوت بر حسب زاویه عمودی مسیر در شرایط فاصله مانع از گیرنده و فرستنده مطابق شکل (۴-۱۰) ۹۵
شکل ۴-۱۳- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب زاویه عمودی مسیر در شرایط ارتفاع هواپیما و زاویه عمودی متغیر، فاصله زمینی برابر ۶۰ کیلومتر (ثابت)، فرکانس ۱۱۴ مگا‌هرتز، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات ۹۶
شکل ۴-۱۴- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب زاویه عمودی مسیر در شرایط ارتفاع هواپیما و زاویه عمودی متغیر، فاصله زمینی برابر ۱۶۰ کیلومتر (ثابت)، فرکانس ۱۱۴ مگا‌هرتز، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات ۹۶
شکل ۴-۱۵- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب زاویه عمودی در شرایط ارتفاع هواپیما ۱۰ کیلومتر، فرکانس ۱۱۴ مگا‌هرتز، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات ۹۷
شکل ۴-۱۶- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب زاویه عمودی در شرایط ارتفاع هواپیما ۵ کیلومتر، فرکانس ۱۱۴ مگا‌هرتز، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات ۹۷
شکل ۴-۱۷- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب فاصله برای شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۱۰ کیلومتر (ثابت)، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات و فرکانس کریر ۱۱۴ مگاهرتز ۹۸
شکل ۴-۱۸- توان سیگنال دریافتی مسیر مستقیم بر حسب فاصله برای شرایط ارتفاع هواپیما برابر ۵ کیلومتر (ثابت)، توان ارسالی فرستنده برابر ۱۰۰ وات و فرکانس کریر ۱۱۴ مگاهرتز ۹۸
شکل ۴-۱۹- مقایسه خطای زاویه‌سنجی سامانه CVOR و DVOR در شرایط زاویه عمودی برابر ۱۰ درجه، ارتفاع هواپیما ۱۰ کیلومتر ۹۹
شکل ۴-۲۱- سناریو درنظر گرفته شده برای محاسبه خطای زاوسه‌سنجی بر حسب SNR. 100
شکل ۴-۲۲- خطای زاویه سمت بر حسب سیگنال به نویز در سمت برابر ۱۹۵ درجه با در نظر گرفتن سیگنال چندمسیری مطابق شکل (۴-۲۱)   100

ظ

 
عنوان                                                                                                             صفحه
شکل ۴-۲۳- خطای زاویه سمت بر حسب SNR در سمت برابر ۳۱۵ درجه با در نظر گرفتن سیگنال چندمسیری مطابق شکل (۴-۲۱) ۸۲
شکل ۴-۲۵- سیگنال ورودی مقایسه کننده فاز در سامانه DVOR برای ثابت رایس dB 20 و dB 15 و dB 6. 104
شکل ۴-۲۶- سیگنال ورودی مقایسه کننده فاز در سامانه CVOR برای ثابت رایس dB 20 و dB 15 و dB 6. 104
شکل ۴-۲۷- سناریو در نظر گرفته شده برای سامانه CVOR و میانگین خطای زاویه‌سنجی بر حسب درجه. ۱۰۵
شکل ۴-۲۸- سناریو در نظر گرفته شده برای سامانه DVOR و میانگین خطای زاویه‌سنجی بر حسب درجه ۱۰۶
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ع

 

 

مقدمه
 
از زمان اختراع هواپیما تاکنون دستگاه‌ها و روش‌های گوناگونی برای کمک به خلبان جهت مشخص نمودن مسیر پرواز ابداع شده است. در قدیم خلبان با ابزارهایی همانند کوه‌های بلند، دود آتش، ناهمواری‌ها، مسیر خود را پیدا می‌کرد و در حال حاضر دستگاه‌هایی همانند     [1]GPS, [2]TACAN, [3]VOR, [4]WAAS, [5]LAAS, [6]INSو نیز نقشه های ناوبری و ماهواره‌ای جایگزین آنها شده است. ناوبر با تنها یکی از سیستم‌های ماهواره‌ای WAAS, GPS می‌تواند موقعیت هواپیما را تعیین کند، ولی اطلاعات سیستم‌ها از ماهواره بروز می‌شود و در بعضی از شرایط قابل استفاده نیستند. بنابراین استفاده از سیستم‌هایی همانند VOR برای تعیین موقعیت فعلی و تنظیم مسیر بعدی اجتناب‌ناپذیر می‌شود که موضوع اصلی ما در این پایان‌نامه می‌باشد.

پایان نامه ها

۱

VOR رادیو ناوبری روی باند VHF برای دید همه جهته[۷] خلبان می‌باشد که با توجه به نقشه‌های ناوبری موجود به خلبان و ناوبر کمک می‌کند تا مسیر پرواز را تعیین کنند. بر خلاف NDB[8] که سیگنال را بدون جهت ارسال می‌کند، اطلاعات سیگنال VOR جهت‌دار ارسال می‌شود. نوع اولیه سیستم VOR در سال ۱۹۶۰ توسط سازمان بین المللی هواپیمایی[۹] بعنوان تجهیزات ناوبری برد کوتاه استفاده شد (البته برد کوتاه را می توان بیشتر از ۲۰۰ ناتیکال مایل تعریف کرد). این دستگاه در کنار مزایا، دارای خطاهایی نیز می‌باشد که آنها را در این پایان نامه شرح و راه‌های بهبود آنها را بیان خواهیم کرد. اگرچه نگهداری VOR به نفرات نگهدارنده زیادی احتیاج دارد ولی قبول هزینه شبکه‌های VOR برای مسیرهای هوایی اجتناب‌ناپذیر است. VOR هم اکنون به دو صورت Conventional VOR و Doppler VOR استفاده می‌شود. هدف ما در این پایان نامه مقایسه CVOR و DVOR در کانال چند‌مسیره[۱۰] می‌باشد و مزایای استفاده از DVOR را نسبت به CVOR بررسی می‌کنیم.

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
>> فصل اول <<
 
 
معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR
و شرح اصول عملکرد آنها

 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

فصل اول

معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR و شرح اصول عملکرد آنها

مقدمه

در این فصل سعی بر این است تا با معرفی سامانه ناوبری VOR مقدمات لازم جهت بررسی موضوع این پایان‌نامه ارائه گردد. بطور خلاصه می‌توان گفت وظیفه اصلی VOR تعیین اطلاعات زاویه سمت[۱۱] برای هواپیما می‌باشد. سامانه ناوبری VOR در دو نوع CVOR[12] و DVOR[13] ساخته شده است. سامانه VOR شامل دو قسمت فرستنده (ایستگاه زمینی) که سیگنال خود را برای تمام هواپیما‌هایی که در محدوده دریافت باشند، ارسال می‌کند و گیرنده هواپیما که سیگنال را دریافت و بعد از پردازش اطلاعات زاویه سمت را استخراج می‌کند. در این فصل اصول و تئوری عملکرد، ماموریت، کاربردها، مشخصات سیگنال و سایر ویژگی‌ها و پارامترهای سیستمی سامانه CVOR و DVOR بطور مجزا مورد بررسی قرار می‌گیرد. قابل ذکر است در این متن از کلمه VOR برای هر دو سامانه CVOR و DVOR استفاده شده است.

۱-۱- تعاریف و معرفی واژه‏ها

فاصله شعاعی[۱۴] : به خطی که هواپیما را به ایستگاه وصل می‌کند، فاصله شعاعی گویند که در این متن با نام‌های فاصله یا مسافت[۱۵] : نیز از آن نام برده می‌شود. شکل (۱-۱) فاصله شعاعی را نشان می‌دهد.
زاویه سمت : به زاویه‌ ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از بدنه هواپیما تا ایستگاه زمینی، در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، زاویه سمت می‌گویند. شکل (۱-۱) این زاویه را نمایش می‌دهد.

۳

رادیال[۱۶] : به زاویه‌ ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از ایستگاه زمینی تا بدنه هواپیما در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، رادیال گفته می‌شود. شکل (۱-۱) این مطلب را نمایش داده است.

شکل ۱-۱- زاویه bearing و فاصله شعاعی

۱-۲- ماموریت و عملکرد سامانه VOR

سامانه VOR اطلاعات زیر را برای خلبان و ناوبر مهیا می‌کند:
الف – تعیین سمت هواپیما نسبت به ایستگاه زمینی و نمایش اطلاعات سمت
ب – نمایش اطلاعات مربوط به انحراف از مسیر در واحد درجه
پ – شناسایی ایستگاه زمینی به هواپیما از طریق ارسال کد مورس (پیوست ۳)
ت – ارتباط رادیویی بین ایستگاه و هواپیما
ث – تعیین جهت حرکت هواپیما نسبت به ایستگاه (نزدیک‌شونده یا دور‌شونده بودن) توسط نمادTO یا FROM
ح – فرود هواپیما
[۱] Global positioning system
[۲] Tactical Air Navigation
[۳] VHF omnidirectional range
[۴] Wide Area Augmentation System
[۵] Local Area Augmentation System
[۶] Inertial Navigation System
[۷] visual aural range
[۸] Non Directional Beacon
[۹] international civil aircraft organization (ICAO)
[۱۰] multipath
[۱۱] Bearing
[۱۲] Conventional VHF Omni directional Range
[۱۳] Doppler VHF Omni directional Range
[۱۴] Salnt Range
[۱۵] Distance
[۱۶] Radial
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

99