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Omega和Loran-C

中文分别叫欧米加和罗兰-C导航系统，曾经是美国海军/海岸警卫队在前GPS时代用于全球定位的导航系统(目前Omega已经关闭，而美国海岸警卫队和加拿大海岸警卫队也关闭了其负责的Loran-C导航台）。其中Omega系统是真正的全球定位系统，而罗兰-C则是覆盖北美、欧洲和太平洋大部准全球定位系统。值得注意的是前GPS时代主要是海军在用全球定位系统，我猜原因多半是大多数飞机还飞不出局部导航系统的覆盖范围，只有远洋海军才需要覆盖全球的定位系统。当然，空军在长距离飞行的时候还会使用另一种全球定位系统——六分仪。天文定位其实是大部分综合导航系统的一个后备。

Omega和Loran-C使用类似的技术进行定位。其原理是多个导航台同步发射导航信号，同步并不是说他们同时发送导航信号，而是同一组的导航台以一个精确的时间间隔轮流发射导航信号，比如导航站A在时刻0发送一个导航脉冲，导航站B在时刻0+1毫秒后发送一个导航脉冲。接受机可以测量这两个脉冲的到达时间间隔，从而得出当前位置和两个导航站之间的距离差。中学的解析几何告诉我们和两定点距离差为常数的曲线是以这两定点为焦点的双曲线。那么我们再找两个站测量其到达的脉冲间隔，我们就可以知道另一条双曲线，这两条双曲线的交点就是我们当前的位置。为保证这些时差测量的准确性，同一组导航台必须使用一个高精度、高稳定性的时钟源。Omega全球使用8个站共用一个时钟，而Loran则对导航站分组，每个组使用一个时间源。在具体实现上Loran和Omega有一些重要区别。Loran工作在低频段电波可以沿地球曲面传播，因此不受地球曲面影响。晚上地波减弱还可以使用天波，不过精度下降。Omega工作在甚低频需要更大的天线，除了不受地球曲面影响外，还可以到达10-20米深的水下——核潜艇发来贺电。Loran是脉冲式的，而Omega发射的是连续波，因此测量时差是Omega接收机实际测量的是各站台信号的相位差。由于不同的距离差可以得到相同的相差，所以需要多个不同的频率来解算真正的距离差。Loran的频率高一些定位精度好一些，不过误差也在百米量级。Omega更差不过可以全球覆盖。有了GPS后Loran在2010年关闭，Omega则在1997年关闭。由于两个系统的频率都很低，接收机需要较长的天线，用在船舶上问题不大，飞机上用的不多。飞机上用的导航系统主要是VOR/DME（民用）和TACON(军用）

VOR——甚高频全向导航/DME/TACAN

VOR也称为伏尔导航，民用航空常用的一种导航系统，玩过微软模拟飞行的应该对这东西不陌生。这是一个测量飞机和导航台相对方位角的一种导航系统。由于几样技术的组合其测角精度要高于前面说的无线电罗盘。VOR系统由地面导航站和飞机上的接收机组成。地面导航站发射一个复合信号，首先是一个调制在副信道上的30Hz的调频基准信号，然后是一个调幅参考信号，基准信号全向辐射，而参考信号则以每秒30圈的速度扫射出去。这样接收机就会收到两个30Hz的信号，其中一个是调频的基准信号，另一个是调幅的参考信号——由于参考信号以扫描方式发送，所以在接收机上看到的就是一个幅度周期变化的信号。而接收机位于导航台不同方位时这两个信号的相位是不同的，因此接收机只要检测两者的相位差就可以得出本机相对导航台的方位角。这种方式要比电子罗盘随动天线零点的方式响应快而且精度高。每个VOR站会在基准信号上以摩尔斯电码和调幅语音方式加上本台的台标。飞行员可以在VOR导航地图上选择适合的导航台和相对方位角来设定航向，在无GPS导航的时候，在自动驾驶仪上设航线就是选导航台然后设航向的过程，不过第一次玩的时候真的好晕啊。

VOR使用的是甚高频，抗干扰能力要方面要优于前面的几种使用低频信号的系统。同时测量精度方面远远好于电子罗盘（可以达到小于1度的误差），而且相对于机械随动的无线电罗盘系统其响应速度也非常快。从接收机得出的相位差信号可以驱动自动航向装置做自动驾驶，事实上部分的民航自动驾驶仪就是这么干的。因此，民航飞机基本上就是沿着导航站的连线飞行，空中航线就是一条由导航站连线组成的折线。缺点很明显这样会导致航路拥挤，同时在导航站覆盖不到的范围要抓瞎，这点在越洋航线上比较明显。毕竟VOR的覆盖范围没前面介绍的Loran和Omega大。想飞自由航线的话飞机就需要随时知道自己的位置，而不仅仅是和导航台的方位。当然这时候的自动驾驶运算也会变得更复杂——即从简单的航向保持变成航迹保持。

和VOR配合的一般还有一个DME系统(Distance measuring equipment),这个导航装置可以测量导航台和导航终端间的距离，原理非常简单，就是由机上的DME终端发送一组查询脉冲，DME收到收延迟一个固定时间（比如50毫秒）再转发回去，终端通过接收到时间计算和导航台的距离。这样VOR/DME组合就可以测出飞机当前的位置，需要注意的是这个距离是导航台到飞机间的直线距离（斜距），需要知道导航台和飞机的高度差才能准确计算出地面投影距离。

VOR虽然可以高精度地测量飞机和导航台的相对方位角，但是在军事上精度还不够。军机使用的是TACAN(台康有些翻译为塔康Tactical air navigation system）。TACAN的原理和VOR类似，不过起旋转发射的天线方向图不像VOR那样只有一个波瓣，而是有9个波瓣。旋转速度是15圈/秒。这样能产生一个15Hz的粗测用参考信号和一个135赫兹的精测参考信号，同时其基准信号是在每个波瓣扫过正东方向时发出的脉冲组成，因此TACAN可以测出真方位而不仅仅是和TACAN导航站的相对方位。TACAN用于测角，其测距则直接使用民用的DME。TACAN站可以坐成移动式的放在车辆上，所以可以在战场上做灵活地补充导航点，甚至可以装在飞机上方便两架飞机协同动作（比如寻找加油机等战术动作）。因此虽然TACAN导航也要求终端和导航站间无视距阻挡，但必要时可以在复杂地形上执行导航任务。

（又回来了，不过还是待续）