DME概述

DME概述1DME简介距离测量设备DME（DistanceMeasuringEquipment）是一种非自主的脉冲式（时间式）近程测距导航系统。从1959年起，它已成为国际民航组织（ICAO）批准的标准测距系统，其装备在世界范围内呈上升趋势，获得广泛的应用。它是通过测量无线电波在空间的传播时间来获取距离信息的。它的出现与雷达技术的发展有密切关系，但它的工作方式与一次雷达又很不相同，它不是使用信号的无源反射，而是利用转发方式来工作，它由机载询问器（机载DME询问机）和地面应答器（DME天线和地面DME台）组成。测量仪测量的是飞机与地面DME台之间的斜距R，如图0所示。计算公式如下R=1/12.359(T-T0)C其中R是机载询问器计算出的飞机与DME台之间的斜距，以海里（NM）为单位显示于十进制的距离指示器上。T是有机载询问器测量获得的询问信号与相应应答信号之间的时间间隔，以微秒（μs）为单位；T0为地面应答器的固定延时，以微秒（μs）为单位，典型值为50μs；式中的12.359是射频信号往返1海里所经历的时间，以微秒（μs）为单位。飞机上的测距仪测量的是飞机与地面DME台之间的斜距R，而实际上飞机驾驶员需要的是飞机与地面DME台之间的水平距离R0，用斜距R代替水平距离R0的误差不会超过1%。这主要是因为：当飞机的飞行高度在30000英尺左右时，飞机与DME台的距离很远，所以测得的斜距与实际水平距离的误差小于1%；当飞机近进着陆离DME台很近时，飞机的飞行高度已降低，所以测得的斜率与实际水品距离的误差仍然小于1%；一旦飞机进入仪表着陆系统（ILS）工作区域，沿下滑道下滑时，由于下滑道和跑道水平平面的夹角为2o~4oDME测得的斜距与实际的水平距离已非常接近，其误差更小于0.3%，所以实际中把斜距R当做水平距离R0是可以的。只有飞机保持较高的飞行高度接近DME地面台时，斜距R与水平距离R0之间才会出现较大的误差。从频谱特性和工作体制来划分，DME系统分为三种，这就是窄频谱特性的DME/N，宽频谱特性的DME/W以及精密的DME/P。精密的DME/P是微波着陆系统（MLS）的测距设备，它只用于终端区；DME/N和DME/W既可配置在终端区，也可配置在航路上，常用DME/N。布置在航路的DME，其辐射功率较高，一般为1.25KW，系统延时T0必须设置在50μs，它常与仪表着陆系统（ILS）的下滑信标（GS）装在一起，为进近着陆飞机提供联系的离理论着陆点（或下滑点）的距离信息，也可提供离跑道入口的距离。2DME系统的组成DME系统是一种询问——应答式脉冲测距系统，由机载设备和地面设备组成，见图1。天线、电键器DME系统机载设备地面设备询问器应答器控制盒距离显示器天线监视器控制单元机内测试设备2.1DME系统地面设备DME系统地面设备由应答器、监视器、控制单元、机内测试设备、天线和电键器组成。应答器是DME系统地面设备的主要组成部分，它由接收机、视频信号处理电路和发射机组成。接收机的作用是接受、放大和译码所接受的询问信号；视频信号处理电路的主要作用是对询问脉冲译码，并经过一定的时间的延迟后，产生编码回答脉冲对；发射机的作用是产生、放大和发送回答脉冲对。现在民航使用的DME设备通常具有全固态设计、微机控制及采用双监控器、双应答器构型等特点，从而大大提高了地面信标设备工作的可靠性、精度和可维修性，如AWA公司生产的LDB—102型测距设备和ALCATEL公司生产的FSD-40/45型测距设备等。以AWA公司生产的LDB—102型测距设备为例。LDB—102型测距机由接收机单元(RV)、发射机驱动器(TD)、测试询问器(TI)、发射机电源模块、监视单元、1千瓦射频放大单元(仅用于1kW设备)、控制和测试单元(CTU)、射频面板、交流电源单元、天线、远端维护与监视系统(RMM，通常与VRB—52D型DVOR共同使用)等组成。图1DME系统的组成图2为设备简要框图及信号流程(以1kW单机为例)，以下介绍1kW单机系统，双机系统的每一个应答机与之相同。150W设备除1kW射频放大单元外，其余流程相同。各模块功能简介如下：接收机模块主要提供接收的功能。发射机驱动器上有脉冲整形板、激励器、中频功放器、功率调制放大器。测试询问器包括主板、射频产生器、调制和检测器、应答检测器以及衰减器。测试询问器是一个独立的工作单元，它以一定的速率模拟飞机进行询问，测距机(DME)应答机将这些询问脉冲作为正常的询问并给出相应的应答。监视器从天线以及相连的测试询问器上获得输入信号，这些信号代表了设备运行的参数，并且监视器对每一个信号进行通过/失败检测。这个通过/失败结果由控制与测试单元获得并且根据所需进行告警指示或者产生控制行动。控制和测试单元监视、控制并且测试LDB—102型测距机(DME)内部不同的功能。1千瓦射频功率放大器由功率分配器，功率合成器和10个250W的射频放大模块组成。射频面板位于控制与测试单元后的机柜后部。所有的天线反馈及耦合元件，使150W或1kW设备功率放大器降低射频衰减和泄露。射频面板上安装有定向耦合器、环流器和接收机预选滤波器。发射机电源模块产生发射机驱动器所需的电流，在150W机器中，射频功率放大器的所需电源也由此产生。交流电源单元用于将220V交流变压后，给设备提供所需24V直流等，并给备用电源充电。远端维护和监视系统负责监视LDB—102(通常还有VRB—52D型DVOR)的操作和状态参数，并且可以进行开/关机操作。它包括台站维护处理器(NMP)和中央监视终端系统等。台站维护处理器安装在机柜上，它是一个包含四个串口的信号板计算机，包含0.5M字节电池后备的内存和一个电池备份的实时时钟。中央监视终端系统安装在监控中心，它包括一个IBM兼容机(至少486)和一个工业标准操作系统(Windows3.11)以及中央监视终端系统软件。天线有两种：Chu天线和内扫描DME/N型天线。通常使用内扫描DME/N型天线。遥控状态指示遥控天线预选滤波器接收机发射机驱动器发射机电源模块1KW射频放大器控制和测试单元监控器模块测试询问器模块定向耦合器天线耦合信号询问脉冲应答脉冲环流器故障线路相关识别码主识别设备开/关控制信号流程如下：来自飞机的询问信号被测距机(DME)的天线接收，天线连接到测图2LDB—102型测距设备简要框图及信号流程距机(DME)设备上的射频板。信号流经定向耦合器和环流器后到预选滤波器。环流器的作用是防止耦合的发射机输出直接进入接收机。预选滤波器包含三个调谐到接收频率的耦合谐振腔，它隔离中频镜象频率，隔离伪频率并且对发射机输出频率更进一步衰减。然后，询问信号送到接收机模块。接收机检测并解码“通道视频”而且对同步回答触发脉冲对编码。如果必要，随机应答脉冲对被加上，对于同步应答保持一个最小应答率945Hz。通过减少接收机灵敏度，最大应答率被限制在2800Hz。1350Hz的识别码在每40秒发送一次。接收机输出应答脉冲对触发发射机驱动器模块上的调制产生器，送到1千瓦射频功放模块。发射机驱动器的激励频率由接收机模块上的本地振荡器提供。功放上的输出被送回到射频板上，经过环流器和定向耦合器到天线，对飞机发送应答信号。在双机系统上，射频板上含一个同轴转换中继，当一台发射机连接到天线时，另一台发射机连接到假负载。设备中还包括一个测试询问器和一个监控器，这两个单元一起用于检测测距机的性能。测试询问器连续地向测距机(DME)询问这如同模拟一架飞机，发射机对这些信号进行应答，然后监控器检测并处理应答信号对应答信号各项参数进行门限比较。测试询问器产生的询问脉冲通过定向耦合器到信标接收机，应答机对这些询问的应答也通过此定向耦合器送到测试询问器。2.2DME系统机载设备机载DME系统由询问器、距离指示器、天线和控制盒组成。机载DME询问器由发射机、接收机和距离测量电路等组成，完成信号的发射、接受和距离的测量。控制盒对询问器收发信机提供需要的控制和转换电路，还可以对VHF通信或导航接收机提供频率的选择。DME距离指示器可以显示飞机到地面DME台的斜距，飞机的地速以及飞机到台时间等信息。询问天线的作用是发射询问信号和接受回答信号，它是具有垂直极化全向辐射图形的单个L波段天线。询问器是DME系统机载设备的主要组成部分，目前的典型产品有CollinsDME-700、BendixDME-37ADME询问器等700系列DME。115VAC400Hz飞机电源电源频率合成器激励器功率放大器低通滤波器距离处理器接收机视频处理器监控器环行器频率合成器调谐激励器触发脉冲功放触发脉冲发射机输出接收机输入本振激励预选器调谐视频自动增益控制ARINC输入ARINC输出音频输出稳压非稳压以CollinsDME-700为例，CollinsDME-700在对台工作方式时可提供多个所选地面信标台的距离信息；在自由扫描工作方式时，可提供在其工作范围内的所有地面信标台的距离信息。距离信息供给飞行管理计算机系统用于高精度定位，并可在驾驶舱显示。另外，在上述两种工作方式时，还可以提供所选信标台的音响信号。CollinsDME-700由机壳、电源、频率合成器、激励器、功放、接收机、视频处理器、距离处理器、和监控器等组件组成。如图3是CollinsDME-700组成简化框图。图3DME-700组成简化框图各模块功能简介如下：机壳组件包括母板组件、后部插座、射频连接板和环行器/低通滤波器组件。电源组件的作用是把115V、400Hz飞机电源变换为DME工作所需要的直流电压。频率合成器组件的功能是为所选择的DME信道产生正确的发射机信号。它包括一个VCO和一个稳定主控振荡器(SMO)。VCO产生L波段信号，并经由激励器-功放组件放大和调制。SMO包括锁相环，用以给VCO产生调谐电压。激励器组件调制并放大来自频率合成器的L波段信号，供给功放脉冲的RF输出信号，供给接收机连续波(CW)激励信号。激励器包括4级放大器和1级调制器。功放组件由RF放大器和调制器组成。它放大并整形加到天线上去的RF脉冲信号。接收机接受选择、放大和检波输入的地对空信号。它由预选器、63MHz中放和10.7MHz中放/检波器组成。视频处理器由脉冲对译码器、中放自动增益控制（AGC）放大器、输入/输出(I/O)装置、数字/模拟(D/A)转换器、ARINC429总线接口电路、识别滤波器和音频放大器组成。完成的基本功能是：对中频视频输出译码；控制接收机中频增益；调谐接收机预选器；与ARINC接口；提供音频识别信号。距离处理器由CPU、存储器电路、发射机脉冲对编码器。自检信号产生器、控制总线接口和包括距离时钟在内的距离计数器网络组成。它的功能是：给DME发射机产生激励器和功放触发脉冲；测量第一个询问脉冲与所接受的第一个视频脉冲之间的时间间隔。监控器组件提供检测DME-700内部故障的设备。它由故障监控电路、非易失性存储器、输入/输出电路和DME-700面板自检开关及故障指示器组成。2.3精密测距机(DME/P)DME/P是微波着陆系统(MLS)的一个必要组成部分，它提供精密测距功能。图4为典型的DME/P地面信标应答器的方框图可以将它看作是由两个独立的应答器所组成：一个用于回答FA方式询问，另一个则用于回答IA方式询问。每个应答器均由接收机、信号处理电路和发射机组成。两个应答器公用一个接收机，用于接受IA方式和FA方式询问。监视器（询问器）自动延迟稳定（询问器）峰值振幅查找(PAF)IA方式延迟宽带窄带译码器接收机窄带IF（800KHz带通滤波器）对数放大器费里斯鉴别器脉宽鉴别器宽带IF(3.5MHz带通滤波器）对数放大器延迟—衰减—比较(DAC)FA方式延迟RF发射机调制器编码器优先级逻辑回波抑制随机脉冲对定时与控制输入/输出定时与控制至FA方式回答延迟调整IA方式回答延迟调整来自ADS图5为典型的DME/P系统机载询问方框图。它由接收机、信号处理电路、发射机及其IA、FA方式编码器等电路组成。图4DME/P系统地面信标应答器方框图接收机窄带I