[科普中國]-多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)

70年代以來又出現(xiàn)了多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)與其他機(jī)載電子系統(tǒng)相結(jié)合的多功能航空綜合系統(tǒng)。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)（Doppler navigation system）是利用多普勒效應(yīng)測定多普勒頻移，從而計(jì)算出飛機(jī)當(dāng)時(shí)的速度和位置來進(jìn)行導(dǎo)航（見無線電導(dǎo)航）。飛機(jī)因側(cè)風(fēng)而偏航時(shí)，多普勒雷達(dá)還用于測量偏流角的數(shù)值并對航向進(jìn)行修正。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：無需地面設(shè)備配合工作；不受地區(qū)和氣候條件的限制；飛機(jī)速度和偏流角的測量精度高。缺點(diǎn)是：飛機(jī)姿態(tài)超過限度時(shí)，多普勒雷達(dá)因收不到回波而不能工作；定位誤差隨時(shí)間推移而增加；多普勒雷達(dá)的工作與反射面狀況有關(guān)。

主要特征多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)是指利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航的自備式導(dǎo)航設(shè)備的總稱。通常由多普勒導(dǎo)航雷達(dá)、航向姿態(tài)系統(tǒng)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、控制顯示器等構(gòu)成。由多普勒導(dǎo)航雷達(dá)測得的、與飛機(jī)地速和偏流角相對應(yīng)的多普勒頻移（即地面回波的頻率與雷達(dá)發(fā)射的電波頻率之差）信號，與航向姿態(tài)系統(tǒng)提供的飛機(jī)航向、俯仰、傾斜信號一并送入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，算出地速、偏流角；求得飛機(jī)位置及其他導(dǎo)航參數(shù)，控制顯示器顯示各種導(dǎo)航參數(shù)并實(shí)施對系統(tǒng)的操縱和控制。1

基本信息名 稱 多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)

體 制 調(diào)頻連續(xù)波

波 段 Ku

研制單位 Singer Company, Kearfott Division

研制時(shí)間 1972年

裝備時(shí)間 1978年

裝備機(jī)種 YAH-60A、AH-1S、UH-60A、CH-47D、CH-46E、BO-105VBH、BO-105PAH、CH-53D、UH-1H等

工作狀態(tài) 導(dǎo)航

現(xiàn) 狀 生產(chǎn)，服役中

主要應(yīng)用AH-64“阿帕奇”（Apache）——應(yīng)用了多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的直升飛機(jī)

AH-64“阿帕奇”（Apache）是美國麥.道公司根據(jù)美國陸軍提出的“先進(jìn)攻擊直升機(jī)”（AAH）計(jì)劃研制的先進(jìn)攻擊直升機(jī)。該機(jī)能在惡劣氣象條件下晝夜執(zhí)行反坦克任務(wù)，并有很強(qiáng)的戰(zhàn)斗、救生及生存能力。1975年9月，原型機(jī)首飛，1984年正式交付，1989年12月，在巴拿馬首次參戰(zhàn)，1991年的海灣戰(zhàn)爭和1999年北約對南聯(lián)盟軍事打擊中大量使用了AH-64，顯示了優(yōu)異的作戰(zhàn)能力。現(xiàn)有型別：AH-64A，“先進(jìn)阿帕奇”，“多階段改進(jìn)計(jì)劃”（MSIP）；AH-64B，是AH-64A的改型，裝備全球定位系統(tǒng)（GPS），具有目標(biāo)交接能力；AH-64C，是AH-64A的改型；AH-64D“長弓阿帕奇”，裝有“長弓”雷達(dá)，可攜帶射頻導(dǎo)引頭的“海爾法”導(dǎo)彈；計(jì)劃改裝更大功率的通用動力公司的T700-GE-701C發(fā)動機(jī)，新的配電系統(tǒng)，雙倍于70千伏安的大型發(fā)電機(jī)及AN/ASN-157多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。

系統(tǒng)說明利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)無線電導(dǎo)航的機(jī)載系統(tǒng)。它由脈沖多普勒雷達(dá)、航向姿態(tài)系統(tǒng)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)和控制顯示器等組成。多普勒雷達(dá)測得的飛機(jī)速度信號與航向姿態(tài)系統(tǒng)測得的飛機(jī)航向、俯仰、滾轉(zhuǎn)信號一并送入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，計(jì)算出飛機(jī)的地速（見飛行速度）矢量并對地速進(jìn)行連續(xù)積分等運(yùn)算，得出飛機(jī)當(dāng)時(shí)的位置。利用這個(gè)位置信號進(jìn)行航線等計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的引導(dǎo)。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理屬于導(dǎo)航方法的航位推算法（見飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)）。

系統(tǒng)應(yīng)用多普勒雷達(dá)在1945年就已用于測量速度。1955年軍用飛機(jī)開始采用多普勒導(dǎo)航。到了1962年，在長距離、跨洋航線上也采用了這種導(dǎo)航系統(tǒng)。初期的多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)采用電子管式多普勒雷達(dá)和機(jī)電模擬式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，后來改用晶體管式多普勒雷達(dá)和數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。在這以后，多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)才發(fā)展成為組合導(dǎo)航系統(tǒng)，如多普勒-慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

技術(shù)特點(diǎn)AN/ASN-128多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)在1972年由美國陸軍投資開發(fā)，通過三個(gè)回合的硬件設(shè)計(jì)以及最后競爭性工程開發(fā)階段在1976年投標(biāo)中獲得勝利，陸軍給了生產(chǎn)300部系統(tǒng)的合同，到1980年中交付完畢，該系統(tǒng)還轉(zhuǎn)讓給西德SEL公司生產(chǎn)了470部。它被美國陸軍列為標(biāo)準(zhǔn)型直升機(jī)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，測速門限低，并且在低空時(shí)其信噪比幾乎為恒定，所以低空性能好，懸停精度高，因此為好多國家要求貼地飛行的武裝直升機(jī)所采用。此外該系統(tǒng)的輻射能量小，在戰(zhàn)場上抗電子偵察能力較強(qiáng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，所以造價(jià)也相對低廉，電源簡單，可靠性較高。

系統(tǒng)有海洋自動修正能力，不需外加海/陸修正開關(guān)，可以用設(shè)入海面風(fēng)和洋流來對海面風(fēng)及洋流的影響進(jìn)行校正。在傳感器發(fā)生故障時(shí)它有備用的余度導(dǎo)航方式。它能在所有地貌上空實(shí)現(xiàn)三維懸停。其計(jì)算機(jī)的速度快，速度起伏和時(shí)間延遲小，噪聲功率譜密度小、能滿足與自動駕駛儀及火控系統(tǒng)的交聯(lián)。它能設(shè)入運(yùn)動目標(biāo)以進(jìn)行修正。能通過已知地標(biāo)，飛過待飛航點(diǎn)進(jìn)行位置更新。在飛過機(jī)位目標(biāo)上空時(shí)可進(jìn)行目標(biāo)存儲，并有即時(shí)位置顯示畫面凍結(jié)的功能。

該系統(tǒng)隨生產(chǎn)批量增大，實(shí)際可靠性有所改善。在1979～1981年間，其平均故障間隔時(shí)間一直停留在500小時(shí)左右。到1981年后實(shí)際可靠性不斷提高。由于各國使用維護(hù)條件不同，其可靠性統(tǒng)計(jì)值也不同，西德陸軍統(tǒng)計(jì)的MTBF值超過了2000小時(shí)。一些軍方在選用系統(tǒng)時(shí)做了不少試驗(yàn)，如西德陸軍做了多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的工作評估試驗(yàn)，擴(kuò)展評估試驗(yàn)，導(dǎo)彈發(fā)射試驗(yàn)，士兵試用試驗(yàn)以及聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)評估試驗(yàn)。

美國陸軍對AN/ASN-128的訂貨已排到了90年代初，到現(xiàn)今為止該系統(tǒng)已經(jīng)生產(chǎn)了三千多套。由于它在生產(chǎn)中采用了表面安裝技術(shù)，它適合于大批量生產(chǎn)。當(dāng)前它以每月50部的速度生產(chǎn)，其中約40部供美國陸軍，10部供出口。該系統(tǒng)已經(jīng)出口希臘、西德、西班牙、日本、尼日利亞、澳大利亞等一些國家。它是世界上產(chǎn)量最多的直升機(jī)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。

性能數(shù)據(jù)LRU 3

天線形式 印刷天線，收發(fā)共用

波束配置 時(shí)分四波束

波 束

轉(zhuǎn) 換 率 7.5Hz

發(fā)射功率 小于100mW，大于20mW

發(fā)射頻率 13325Hz±75MHz

測速范圍 縱向-93～650km/h

橫向 ±185km/h

垂直 ±25.4m/s

高度范圍 0～4267m

姿態(tài)范圍 在0～3048m高時(shí)

陸上 橫滾 ±45°

俯仰 ±30°

海上 橫滾 ±30°

俯仰 ±20°

測速精度 縱向 0.25%Vt+0.368km/h

(1σ) 橫向 0.25%Vt+0.368km/h

垂直 0.15%Vt+0.184km/h

其中 Vt = √Vx2+Vy2+Vz2 預(yù)熱時(shí)間 小于5s

冷 卻 不需

功 率 譜 對縱、橫向 0.005kn2/rad/s/kn

密 度 垂直 0.002kn2/rad/s/kn

線加速度 縱向 -1g ～ +2g

橫向 ±2g

垂直 -1g ～ +2g

方位變化

速 率 最大10°/s

俯仰變化

速 率 最大20°/s

橫滾變化

速 率 最大20°/s

導(dǎo)航精度 CEP 0.7～1.9% 隨航向系統(tǒng)精度而變，在航向精度為1σ，1°時(shí)CEP為1.3%

電源要求 RTA 12W

SDC 56.6W

CDU 30W

選件 SHIU 15W

體 積 RTA 7752cm3

SDC 9296cm3

CDU 3676cm3

選件 SHIU 1067cm3

重 量 RTA 4.76kg

SDC 5.67kg

CDU 3.18kg

選件 SHIU 0.91kg

MTBF 系統(tǒng) (計(jì)算值) 2121h

系統(tǒng) (84年現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)值) 1250.9h

帶選件SHIU (計(jì)算值) 1750h

其中 RTA 12237h

SDC 7744h

CDU 3838h

SHIU 10000h

可維護(hù)性 一級(估算) 15min

(統(tǒng)計(jì)) 9min

二級(估算) 30min

(統(tǒng)計(jì)) 13min

自動截獲

跟蹤時(shí)間