飞机如何利用无线电进行导航？

作者： 书生剑客

发布于:2021-06-12 13:46

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领航是空中领航学里的一个重要章节，也是现代飞行仍然在使用的一种导航方式。了解清楚无线电领航到底是一种怎样的存在，对实际飞行的价值，那不能不说是非常重大。

一、用无线电“放风筝”

传说在很久很久之前，无线电技术还未诞生的时候，飞行员只能用自己的眼睛去导航，通过观察地面的地标，确定自己的位置。这种导航的方式叫做“目视飞行”。

这种导航方式的弊端是显而易见的：

1、 能见度太低了，看不见地标。

2、 飞机飞的太高，看不见地标。

3、 飞行路线太远，不好找地标。

4、 飞行员走神了，丢失了地标。

5、 甚至地标本身都有可能变化。

……

无线电技术的应用，就是为了让飞机能够突破“目视飞行”的限制，让飞行员不用看外面，看着仪表指示也能飞。

无线电的本质是一种电磁波。既然是波，那就需要发射和接收。

发射无线电靠的是地面导航台，主要包含：

1、NDB无方向信标台

2、VOR甚高频全向信标台

3、DME测距仪

……

接收无线电靠的是天线，并通过一系列处理后，将它们显示在指示器上，这些设备统称机载设备，其中与NDB配套的机载设备是ADF自动定向机。

总之，地面设备和飞机之间的关系，和放风筝差不多：

有了无线电这根风筝线，飞机就再也不怕迷路啦。这根连接导航台与飞机的线称为无线电方位线。

二、从“12点”到“360度”

虽然有了无线电来连接导航台与飞机，但是我们仍然不得不面对一个问题：如何去描述飞机与地面导航台之间的位置关系呢？

我们可以借助“时钟描述法”，也就是我们平时常说的：“在你的几点钟方向”。使用这种方法时，默认我们面朝的方位是12点（0点）。

但是对于飞行来说，仅仅12个点显然不够。为了描述地更加精确，在飞行中，我们使用了和航向一样的360个度，并默认飞机面朝的方位是0°。

正如之前所说，这种描述方位的方法有一个特点：就是0°的基准线永远是机头的朝向，如果飞机的航向改变了，即使飞机的位置没有改变，导航台的方位也就改变了。因此这种方法测的方位叫做相对方位RB。

早期较落后的无线电导航，就是利用ADF-NDB导航系统来测量这个相对方位角RB，从而确定飞机与导航台的位置关系的。

三、从“相对”到“绝对”

从之前的分析不难看出，利用相对方位来描述飞机和导航台的位置关系有一个明显的弊端就是：无法体现出导航台在飞机的东南西北具体哪个方向。

为了解决这一问题，就需要利用“绝对方位”来进行定位，不再以变动的机头朝向作为基准线，而以不变的磁北作为0°的基准线，此时的飞机可以看作成一个质点，不再考虑其航向。

这种方法测得的从磁北到无线电方位线的角度就叫电台方位角QDM，它可以看作是由飞机发出的一条指向台的线。

现在，如果我们将相对方位角RB和电台方位角QDM画在一起：

可以发现一件有趣的事情：MH+RB＝QDM。（航向+相对方位角＝电台方位角）

到此，我们都一直在讨论导航台在飞机的哪个方位。

现在，我们要运用一下我们的逆向思维，那么说，飞机又在电台的哪个方位呢？

如果我们以电台的磁北作为起始线，顺时针旋转到方位线，测得的这个角度就叫做飞机方位角QDR，它可以看作是由台发出的一条指向飞机的线。

从这个图中，我们可以看出来QDM和QDR的一个关系，就是相差180°。

其实为什么相差180°很简单，QDM可以看作是飞机发出的一条线，QDR可以看作是导航台发出的一条线，两者方向相反，当然就是相差180°。

要想测得QDM和QDR，就要靠VOR导航系统。

四、径向线与预选航道

VOR的测量原理大致是：由地面导航台向360°方向辐射无线电波，我们称之为径向线，从而感应出飞机处于哪一条径向线（也就是QDR是多少）。

有了径向线的概念，飞机就可以沿着一条又一条的径向线飞行，到达目的地。

从A地到B地，需要沿着哪些径向线飞，一般是规划好了的，在航图上有所标注，这些径向线对飞行员来说自然非常重要。同时，在某些情况下，我们也希望能够刻意地沿着某条径向线飞行。

这就要求我们在飞行中能够选中某些径向线，并且了解飞机和它们之间的关系，这就是预选航道（预选径向线）的功能。

当我们选中了某一条径向线过后，我们需要知道飞机和它之间的哪些关系呢？一般来说，有以下三点：

1、 选中的径向线是多少度。

2、 沿着这条径向线飞，会将我们带向台还是远离台。

3、 飞机目前偏在这条径向线的左边还是右边。

因此，要了解清楚预选航道，就不得不提它的三个要素：预选航道旋钮、航道偏离杆、向背台指标。

重点来说一下向背台指标：

它的定义是沿着预选航道飞，飞机会靠近台还是远离台，因此它只和预选航道有关系，和飞机的航向没有任何关系！

当预选航道设定好过后，向背台区域其实就已经划分好了。我们垂直预选航道作一条直线，预选航道这一侧的区域，为背台区。反之，另一侧为向台区。比如，我们选择0°径向线作为预选航道，那么向背台区的划分如下图：

我们可以看到，不论飞机的航向如何，只要处于背台区（图中1、2号飞机），那么当飞机沿着预选航道飞的时候，都会远离台。而飞机处于向台区时（图中3、4号飞机），沿着预选航道飞，会靠近台。

这里还需要区分的一个概念是：“向背台指标”和“向背台飞行”。

向背台指标只和预选航道有关，而向背台飞行则和飞机的航向有关。当飞机向台飞行的时候，表明飞机沿着当前航向飞行，会越来越靠近台。反之，背台飞行，则会远离台。

举个例子，图中的4号飞机，虽然在向台区，但是在做背台飞行。当然，平时我们基本上不会故意的制造出这种匪夷所思的情况。但是我们必须知道，向背台指标和向背台飞行，是两个完全不同的概念。

如果你听懂了上面的内容，可以试着将这张图中，飞机和导航台的位置关系给画出来：

我的答案：

此时的飞机，处于背台区，但是在向台飞行。其实从里我们可以看出，我们完全可以把仪表中的小三角当成导航台来看待。右边这幅图只不过是把左边的图旋转了一下而已。

我们飞行的时候，一般都是拧好预选航道，然后把杆追直（让航道偏离杆居中），让飞机沿着选中的预选航道飞行，这就是仪表里的“追杆”飞行。

五、无线电仪表识读

前文提到了很多的概念，RB、QDM、QDR、预选航道……，现在我们就来看看这些数据是如何在仪表上显示出来的（找不到清晰的图片，凑合一下吧，我会把特点写在下面）。以下顺序，从功能少到功能多，从古老到现代：

1、 无线电罗盘（相对方位指示器RBI）

刻度盘是固定的不能移动，0°方向永远和机头方向保持一直。

指针指向NDB台的方位，针尖指示的读数就是相对方位角RB。

缺点是：不能直接读QDM和QDR，需要搭配航向仪表，用RB+MH算出QDM。

2、 ADF指示器

刻度盘可以通过扭动航向旋钮旋转，如果将其拧到当前航向，那么针尖指示的就是QDM，针尾指示QDR，航向标线和针尖的夹角为相对方位RB。

缺点是：需要手动拧到当前航向，不能自动追踪当前航向

3、 无线电磁指示器RMI

可以自动追踪当前航向，因此针尖指示QDM，针尾指示QDR，当前航向和针尖的夹角为RB

有两根针（粗针和细针），可以按需设置方位源为ADF或者VOR

以上三种，都是在测量RB、QDM和QDR，并不涉及预选航道。

4、 航道偏离指示器CDI（国外叫OBI）

用于选择预选航道，并判断飞机和预选航道的关系

注意航道偏离刻度指示的是偏离的角度（偏离角），而不是距离

航路飞行时：

满偏是10度

左右各5个点时，每点2度

左右各2个点时，每点5度

偏离杆位于第五个点时，意味着偏离角≥10°

进近时：

水平方向满偏2.5度，每点0.5度

垂直方向满偏0.7度，每点0.35度

缺点是：刻度盘固定，不能读航向

5、 水平状态指示器HSI

比CDI的优势是可以读航向

以上的这五个表嘛……目前实际飞行中都还没怎么见过……

6、航向系统

这才是我们现在常见仪表显示，很多信息都集成在了一块屏幕上，集以上5个表的功能于一身，大家可以细品一下。

绿针：用来拧预选航道（当前为41°）

蓝色单针：指向SJW VOR台

蓝色双针：指向NDB台

可以看出，绿针其实是CDI的功能，蓝针其实就是RMI的功能。

说了这么多，也不知道说清楚没有？有些东西，没有实际飞行过，确实不太好理解。

关于无线电导航，你一定还有更多的疑问，比如：

NDB、VOR的具体工作原理是什么呢？

导航台在实际中长什么样子呢？在航图上又是什么样子呢？

VOR、DME如何实现定位呢？

……

事实上，对于现代飞行导航来说，已经开始往卫星导航的趋势发展了。