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颛建
摘 要 DVOR导航系统在空管和机场有着广泛的应用，它是CVOR系统的升级和增强版，相比于CVOR，DVOR有着信号稳定、抗干扰强、对地形要求小、方位分辨率强等优点，深受民航系统的青睐。本文从空间调制的理论出发，深入探讨DVOR设备原理，结合THALES DVOR 432设备详细论述信号从产生到发射的过程，以及信号在空中的合成。
关键词 空间调制；DVOR；混合调制；多普勒效应
中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）14-0001-02
1 多普勒效应频移
多普勒效应是指物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。多普勒效应的实质是频率发生了变化，DVOR设备使用此原理，将发射源方位信息与调频波相位很巧妙的一一对应起来，如图1所示，根据多普勒效应，当发射源在半径为r的圆周上做匀速运动时，接收点接收到的信号为调频信号，根据多普勒频移公式不难导出接收点的信号。
理解了多普勒效应后，我们便可以知道，在DVOR系统中是没有频率调制这一环节的，它靠的是天线的模拟旋转来产生多普勒频移以达到调频的目的。
2 空间调制
空间调制只是相位控制合成的另一种说法，在DVOR原理中，空间调制具体是指发射的信号在空间中叠加合成为一个标准的调幅波信号。DVOR发射机的一项重要功能就是将3个精密控制的信号发射出去以便在空间中合成一个标准的调幅波。
习惯上将叫作上边带频率，将叫作下边带频率，需要注意的是在幅度调制中幅度，频率、和，相位三个要素必须相互匹配，否则合成的信号将变形。
很多时候我们关注的是信号的幅度，频率、和，这两个信号量，而忽略了相位，其结果就是在空间合成的信号比我们预想的信号大相径庭，甚至得不到调幅信号，很多材料上对这个现象的解释可以用图2表示。
两个矢量信号和分别代表着上下边带，代表它们的初始相位，当两个边带合成信号的方向与载波信号方向一致时，合成信号最优，当两个边带合成信号的方向与载波方向的夹角为90°时，合成信号最差，甚至出现调制度消失的情况，如图3蓝色（合成信号最优）和红色（合成信号最差，调制度消失）的波形所示。
根据式（5）很容易在复平面上做出如下图4所示的图形，其合成信号与模和相位的关系一目了然。上边带超前（滞后）载波的相位等于下边带滞后（超前）载波的相位，此时上边带和下边带的合成信号落在载波方向上，经过时刻上边带的相位为，载波的相位为，下边带相位为，则上边带超前载波的相位为，而下边带滞后载波的相位也是，所以两个边带的合成信号依然落在载波的方向上。随着信号不停地旋转合成的信号改变的只是数值上的大小，而方向和载波保持一致，体现为调制波在载波上的调制，三个信号的合成波则仍然为一个标准的调幅波。
3 混合调制
混合调制在DVOR设备中尤其重要，它在信号合成的最后环节扮演着将之前所述信号准确地发射到空中的角色，以前关于混合函数的研究已经很透彻了，但都是从频域方面进行的分析，这里将给出另一种解答。从功能性上来说混合函数的作用类似于FFT中窗函数的作用，在THALES DVOR 432中有3种混合函数可以选择，主用的是余弦平方波。THALES DVOR 432共有48根边带天线，其混合调制示意图如图5所示，上、下边带在奇偶天线上轮流辐射，在某一时刻，空中辐射的边带信号为：
混合函数满足奇偶相加等于1的信号有很多可以选择，例如矩形波。边带与混合函数调制后的信号幅频特性如图6所示，可以很明显的看到矩形波的旁瓣比余弦平方波大的多，其不能够很好的抑制旁瓣，谐波电平较大，锯齿波等于矩形波的积分，也会出现类似的情况，这里就不再深入讨论了（矩形波相当于边带波形乘以1，也就是不加任何混合函数直接发射出去）。
以上都是传统的混合函数分析方式，下面从另一个角度讨论混合函数为何选择余弦平方波。假设设备载波频率为113MHz，则上边带的频率为113.009 96MHz，从1号天线切换至3号天线辐射的时间为，约有156 958.3个周期的上边带信号辐射出去，如果选择的混合函数为矩形波则3号天线初始辐射的信号电平为，依次切换下去，将在某个时刻天线辐射初始电平为最大值，此时对于天线转换开关来说无疑是一个巨大的冲击，设备损耗会变得尤其显著。如果使用余弦混合函数调制，边带天线切换时，边带电平会始终先变为零，然后再逐渐变大，对设备损耗来说会变得微不足道，如图7所示。
综上所述，可以看出来混合函数为余弦平方波可以有效地減少信号辐射过程中的谐波分量，又可以使边带能量非常平滑的从一个天线切换至另一个天线，对保护设备有着重要作用。
4 结论
本文详尽地阐述了DVOR信号空间调制的主要内容，从信号的调制、合成等基本概念出发，深入浅出地解释了DVOR设备为何要这样设计，以及这样设计的好处。空间调制和混合调制关系密切，每一个环节都很重要，在发射通路上缺一不可，值得思考的是如果标准调幅波不分解为上、下边带和载波信号分别辐射，机载接收机接收到的信号还是有效的信号吗？答案是不能保证空间信号的有效性，因为天线的模拟旋转会带来高次谐波，虽然去除直流分量的边带合成信号也有类似的波形，但是却不符合多普勒效应产生的30Hz频率调制，想要尽可能地消除高次谐波必须增加混合调制，这样一来标准调幅波必须分解并分别辐射出去。
