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[A320] ADF基本原理详解

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发表于 2018-7-11 21:25:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
上次在《高薪民航狗英语补全计划》里面,我提到了ADF的心形极坐标图(cardioid polar diagram)。很多人在后台问我这是什么东西。我想ADF(automatic direction finder)这个专业术语大家肯定都知道,但是因为华欧教材里面的东西实在太简单了,所以导致大家可能对其功能有一个简单的认识,而对背后的原理所知甚少。
环形天线.png
ADF.png


我就说上边这一坨被人踩一脚就能塞进下边这一坨了???
duang jacky chen.jpg
嗯,当然是加了特技。

那么接下来,就让我来好好的扒一扒我所知道的特技ADF


---------------------------------------------------  简化模型 ---------------------------------------------------------------

先来看一个NDBADF互动的简化模型。
ADF简化模型.png
ADF从本质上来说就是图中的这个环形天线(loop antenna)。NDB这个信号发射器(就是图里面的那根杆)发出一个垂直极化的电磁波,当电磁波经过环形天线,换句话说环形天线切割磁感线之后,环形天线中就会产生感应电流。
为什么图中环形天线的根部会出现一个旋转箭头?我们先来回忆一下高中物理:

电磁感应现象中产生的电动势。常用符号E表示。当穿过某一不闭合线圈的磁通量发生变化时,线圈中虽无感应电流,但感应电动势依旧存在。当一段导体在匀强磁场中做匀速切割磁感线运动时,不论电路是否闭合,感应电动势的大小只与磁感应强度B、导体长度L、切割速度v及v和B方向间夹角θ的正弦值成正比,即E=BLvsinθ(θ为B,L,v三者间通过互相转化两两垂直所得的角)。

所以说,如果环形天线不动,那么磁场和导线切割方向的夹角不变,磁场强度不变,结果就是感应电流相当于是恒定的(记住了!知识点啊!朋友们!)。这个时候就需要通过旋转环形天线来产生一个变化的感应电流。简单点来说就是,变化的电流就是接收机(ADF)变化的信号,飞机系统处理完这个变化的信号之后,你就会看到飞机仪表的指针会跟着这个变化而动起来。

OK,是不是稍微有点头绪了?我们再来看一张稍微生动一点的图。
ADF简化模型2.png
(右下角这个标志是NDB在航图上的符号:实心点+1个实心圆+3个虚线圆)
图中方形的loop antenna让你想起了什么?发电机?
我们先说一下上面这个环形天线的红色端。当导线和磁场相切割的时候,电流的变化就会随着导线切割方向和磁场夹角的变化变化。
嗯,没错,就是发电机!
红色端.png
如果我们把两侧的天线都纳入这个坐标系,那么它的最后图像就是这个:
红蓝两端.png
好了,现在问题来了,挖掘机技术哪家强?
咳咳,我是说如何把这样一个信号变化的图像变成一个可以用来表示方位的图像?
没错,就是极坐标系
在数学中,极坐标系是一个二维坐标系统。该坐标系统中任意位置可由一个夹角和一段相对原点(极点)的距离来表示。(果然高中是我的知识巅峰啊 小表情2.jpg
那么将上面的笛卡尔坐标系中的表达转化到极坐标中是什么样子的呢?
极坐标sin.jpg
大家千万不要误会,这里的红蓝两个圆和上面的红蓝两端完全没有任何关系!!!
实在是楼主找不到图啊 小表情1.jpg
图上的红蓝分别表示的是cos(θ)sin(θ)。实在不行你可以自己用手画试试!!!别忘了极坐标的半径是永远大于零的!
这里,你可以任选一个三角函数,无论是sin还是cos都可以,只是你选择的夹角的不同。记住这一点,不然后面你可能有点混乱。



---------------------------------------- 判断左右方位 -------------------------------------------------



OK,你还记得这幅图吗?
这幅图里面出现了两个正好相反的三角函数,所以相对应的,极坐标里面也会有两个正好相反的圆。如果你一个选择了sin(θ),那么另一个就是负的 sin(θ),如图:
sin.png
按照标准的极坐标,这个图应该是cos(θ)。无非就是把这个图旋转了90度而已。。。编不下去了。。。数学渣渣求放过

终于,通过极坐标的表达,我们可以判断NDB这个信号发射源到底在我们的左边还是右边了(其实就是正负啦)。具体参见下面两个图表。
极坐标2.png        极坐标4.png
但是这个时候又有一个新的问题就是我们不知道这个NDB到底在我们的前面还是后面。因为这是一个对称的图。所以无论当环形天线面对还是背对NDB的时候,都是信号最弱的时候,也就是图中的极点(原点),俗称Null Point
极坐标1.png


-----------------------------------------------------  心形线     ------------------------------------------------------


如何解决?让我们再来看一下华欧教材中的图:

中间这根紫色的棍子就是我们的解决之法——SENSE ANTENNA!!!
简单来说,它就是一个电容天线(capacitance antenna)。它会产生一个恒定电流,大小和上面说的MAX值相同。而一个常数在极坐标上体现就是一个以极点为圆心的圆。
终于!我们可以把两个图像结合在一起了!!!
心形图.png
物理上的说法是同一条直线上的波是可以代数叠加的。这就是这个心形线的数学表达式r=c*[cos(θ)+1的由来。


-----------------------------------------    判断前后方位  ----------------------------------------------------------
那么如何利用这个心形天线来探测方向呢?
假设NDBD点这个位置,如下图所示。
探测方向1.png
如果ADF天线逆时针旋转,那么电流强度势必会变大(就是极点到心形线的距离变大了)。
探测方向2.png
如果ADF顺时针旋转,那么电流强度就会变小。
探测方向3.png
这样,我们就能确定NDB到底是在我们的前方还是后方了。

----------------------------------------- 总结 -------------------------------------------------------
综上所述,最初阶段的ADF天线其实就是一个环形天线在不停地旋转,不停地切割磁感线,然后将感应电流的“正负”或者说方向,以及电流的大小,转换成NDB的大致方位。而sense antenna的作用就是产生一个和信号源同相的感应电动势。如果环形天线和sense antenna的波形在到达null point之前是同相的,那么它们的两个波形就是代数相加;如果它们的波形在到达null point之前是反相的,那么它们的波形就是代数相减。而这一说法的数学表达就是心形线。通过这种方式的处理,飞机系统就能准确判断出NDB的方位。

OK,以上就是今天我对ADF基础原理的一个简单介绍。有机会的话就再写现代ADF天线的一些原理,就看你们热不热情了。好吧,我知道没人看的

文中所涉及到的截图素材全部来自油管,学术资料主要是两本书:《Aircraft Radio Systems》以及《Avionics for B.E. Students》。因为我一直是搞机械的,所以文章难免诸多错误,欢迎各位大神指点。

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发表于 2018-7-24 14:25:35 | 显示全部楼层
机械佬路过   看的好费劲哈哈哈
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 楼主| 发表于 2018-8-13 16:34:38 | 显示全部楼层
地球是圆的 发表于 2018-7-24 14:25
机械佬路过   看的好费劲哈哈哈

可以去我的公众号【第42号房间】看。论坛上有的时候图会挂掉。
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 楼主| 发表于 2018-8-13 16:35:08 | 显示全部楼层

客气了,欢迎关注我的公众号【第42号房间】
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发表于 2018-9-1 17:51:55 | 显示全部楼层
感觉好难啊啊
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 楼主| 发表于 2018-9-3 09:05:13 | 显示全部楼层

我都分解到这个程度了。。。好吧,那我下次分解地再细一点。。。
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发表于 2018-10-11 13:28:10 | 显示全部楼层
没看懂,大佬,不过还是谢谢了。
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发表于 2018-10-12 14:42:55 | 显示全部楼层
楼主好用心啊
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 楼主| 发表于 2018-10-15 10:25:55 | 显示全部楼层
☀脸哥☀ 发表于 2018-10-12 14:42
楼主好用心啊

没办法,没人教只好自学
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 楼主| 发表于 2018-10-23 14:08:36 | 显示全部楼层
飞机砖家 发表于 2018-10-22 01:26
没看懂,但是觉得很厉害

。。。。。。。。。。。。。。关注我就行
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发表于 2018-11-1 20:28:38 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享了
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发表于 2018-11-4 20:23:01 | 显示全部楼层
感谢分享
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 楼主| 发表于 2018-11-5 17:59:36 | 显示全部楼层

:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol:lol
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发表于 2018-11-10 14:04:48 | 显示全部楼层
求大神分享下华欧教程啊
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发表于 2018-11-12 20:44:53 | 显示全部楼层
讲得很好,很优秀
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发表于 2018-11-19 21:38:18 | 显示全部楼层
执照书上也有哈
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发表于 2018-11-19 21:38:37 | 显示全部楼层
这个号形象
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 楼主| 发表于 2018-11-22 13:27:12 | 显示全部楼层
woshishen 发表于 2018-11-12 20:44
讲得很好,很优秀

您真捧场~~~多谢!
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发表于 2018-12-11 14:19:10 | 显示全部楼层
谢谢楼主!
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 楼主| 发表于 2018-12-11 19:55:38 | 显示全部楼层

不客气,欢迎关注我的公众号【第42号房间】。
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 楼主| 发表于 2018-12-11 20:19:33 | 显示全部楼层
shuaixiaomai 发表于 2018-11-10 14:04
求大神分享下华欧教程啊

好的,我先整理整理我以前翻译的中文版,可以先关注我的公众号【第42号房间】
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谢谢了,这么多好资料
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灵° 发表于 2018-12-19 18:28
谢谢了,这么多好资料

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发表于 2018-12-23 12:53:03 | 显示全部楼层
很复杂 但是很良心的分享了
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 楼主| 发表于 2018-12-25 08:24:12 | 显示全部楼层
zxmacrg 发表于 2018-12-23 12:53
很复杂 但是很良心的分享了

多谢!可以关注我的公众号【第42号房间】,回复A320。现在有21章华欧教材的中文版,后面的章节陆续上传。
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VERY奈斯 发表于 2018-12-13 12:30
谢谢楼主分享 谢谢楼主分享

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阿拉善 发表于 2018-12-16 08:49
谢谢分享,学习学习

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