图3—3 DME的脉冲对波形
2．机载设备工作原理 2.1．工作方式
机载询问器向地面台发询问脉冲对的工作方式有2种：搜索和跟踪。
①搜索：搜索状态是在飞机刚开始向地面台发出询问脉冲对时所用的方式。在这种状态时，为了减少搜索时间，询问速率非常高，最大可达150对脉冲/秒左右，当得到地面大于65%的应答后，自动进入跟踪状态。
②跟踪：进入跟踪状态后，为使地面台能服务更多的飞机，每架飞机要尽量少发询问信号，这时其询问速率较低，通常为24~30对脉冲/秒。有些设备的询问率只有15对脉冲/秒，也能很好的跟踪。
2.2．跟踪状态下的询问率
一是一架飞机进入跟踪状态后，每秒只要能收到10来次地面应答，就能连续显示距离信息了。二是地面台发射的应答脉冲最大为2700对/秒，如果每架飞机最多只需询问30次，地面应答率为70%，则每个地面台服务的飞机就可以超过100架。
例如：搜索的飞机为5架，每架飞机询问150对脉冲/秒(ICAO规定的最大值)，则地面应答的脉冲对需要：
150对×5架×70%应答率 = 525对
同时，跟踪的飞机为95架，每架飞机询问30次脉冲/秒，则地面应答的脉冲对需要：
30对×95架×70%应答率 = 1995对
525对+1995对=2520对，小于地面台每秒最大能发射2700应答脉冲对。这样，在DME的有效作用距离内，一个地面台就能为100架以上的飞机服务了。
记住，从搜索状态的第一个询问脉冲对发出，到接收机稳定跟踪自己的应答信号，总时间通常不会超过1秒钟，其中每个询问和应答的时间周期，是以微秒计的。
2.3．机载接收机如何辨认出自己的应答信号
当100余架飞机在都在同一频率上询问时，机载接收机如何知道哪个应答脉冲是对自己的回答，也就是如何从众多的应答脉冲中辨认出自己的应答脉冲，是能否正确测量距离的基础。
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无论在搜索状态还是跟踪状态，询问器每秒都要发出一定数量的询问脉冲对，但这些数都是一个大约的平均数。为了要辨认出自己的应答脉冲，一是相邻的询问脉冲对之间的间隔是随机的，二是每架飞机的随机规律是不同的。当询问脉冲发出后，机载接收机内一个称为距离门的电路就会开始搜索自己的应答脉冲，搜索到一定数量自己的应答脉冲后，距离门就稳定下来，产生输出信号。其过程是：
①当第一个询问脉冲对发出，并经过一定的延时后，距离门会接收到一个应答脉冲对，这个应答脉冲对是否就是对自己的应答，此时还不能确认。
②第二个询问脉冲继续发出后，距离门经过与前一个差不多量的延时接收应答信号；如果此时没有应答信号，距离门逐渐加大延时时间接收第三个应答信号；如果仍没有应答信号，则再加大延时时间，第四个、第五个、直到收到应答信号；这等于又回到了第①步。
③再重复第②步，直到在差不多同一个位置连续收到自己的应答信号后，距离门就会在此延时时间附近跟踪自己的应答信号了。
由于每架飞机的询问是随机的，因此各架飞机询问重合的概率是非常低的。这样，通过以上这些过程，就可以排除掉其它随机接收到的应答脉冲，而辨认出自己的应答信号。
2.4．DME的距离计算
先由机载询问器发射询问信号，在收到地面应答机的应答后，通过测量信号来回的时间，计算出飞机至地面台的斜距(R)。
R(以公里计)的计算方法：
R?C?(T?To)2式中：C=无线电波传播速度或光速(299,792.5km ≈ 300,000km/秒)，T(秒)=询问信号发出后到接收到应答信号的时间，To(秒)=地面设备的信号处理的固定延时时间(50μs)。
例如：飞机发出询问到接收到地面应答，共用了1285μs，则飞机距地面台的斜距为：
C?(T?To)300,000?(1285?50)?10?6R???185.2(km)22由于机载DME指示器是以海里(NM，1NM=1.852km)为单位显示的，在实际计算中通常也以海里来计算。无线电波传播速度或光速换算成海里为：
300,000 ÷ 1.852 = 161987NM/秒，
电波传播1NM所需的时间：
1/161987 = 6.173333μs
1NM来回所需的时间为：
6.173333 × 2= 12.347μs
用海里计算斜距时，公式为：
R(NM)?(T?To)(?s)1285?50??100.0(NM)12.34712.347 25
DME距离在机载指示器上的显示(小数点后只显示一位数)，如图3—4所示。
图3—4 距离在机载指示器上的显示
3．DME的定位作用
VOR的作用是定向，VOR/DME的作用是定位。同样，当机载设备配置了飞行管理计算机后，DME/DME不仅能完成定位，而且还是首选的方式。
无论是VOR/DME定位、还是DME/DME定位，都能实现区域导航。
3.1．θ—ρ定位
现代民用飞机已普通使用VOR/DME定位；它是一种利用VOR的方位角、DME的斜距作为基本信号，来计算飞机到某个航路点的航向和距离的导航系统。这种定位称为θ—ρ定位，也称为极坐标定位。
如图3—5所示，在由飞机位置(A)、航路点(B)和VOR/DME台(C)构成的三角形中，当已知θ1、AC边(飞机测得的VOR方位角和DME距离)、θ
2
和BC
边(机载数据库得到)时，可计算出θ3和X边的长度，这样就得到了飞机的航向
和到航路点的距离。 图3—5 θ-ρ定位示意图
3.2．ρ—ρ定位
ρ—ρ定位，是利用2个以上DME进行的。采用ρ—ρ定位，比θ—ρ定位的导航精度更高。因此，在装有飞行管理计算机的飞机上，无线电导航数据选择的优先程序为：
①DME/DME(ρ—ρ定位)，两个不同位置的DME；
②DME/VOR(θ—ρ定位)，当只能收到一个有效DME的信号时，使用同一个位置的VOR和DME。
即当飞机在多个VOR/DME信号覆盖区内飞行时，虽然机载接收机可以收到VOR信号，
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并把VOR信号送到飞行管理计算机，但计算机的软件系统已优先选择了ρ—ρ定位，因此一般不采用VOR信号。只有在不能同时收到两个DME信号时，计算机才选择ρ—θ定位。
ρ—ρ定位原理是：当飞行管理计算机开始工作后，首先检索导航设备清单，对两个地理位置最好的DME进行自动调谐。选择最佳对的原则是，两个台与飞机连线(R1、R2)之间的夹角(α)要满足：30o <α< 150o，如图3—6所示。
当机载计算机计算出距这两个台的距离后，由于导航数据库内存有各台的经纬度，那么飞机的位置也就确定了。
在计算位置时，还有两个圆弧相交的另一个点，即ρ—ρ定位模糊点，其通过与惯
导输入的位置数据相比较，就可排除掉。 图3—6 ρ-ρ定位示意图
4．地面设备工作原理 4.1．设备组成及基本工作原理
地面设备主要应答机、监控器、控制器、交换器、电源、天线等组成。其基本工作原理是：应答机中的接收机部分可以连续接收来自服务区内的所有飞机的询问，设备一旦开启，收到来自飞机的询问，并鉴别有效脉冲对后就向应答机发出指令，由应答机发出应答脉冲，经天线向空间辐射。
监控器的作用是连续监控应答机的一些主要参数，如发射功率、应答效率、脉冲间隔、系统延时、识别信号等，当有参数超出门限时，就给控制器发出告警信号。如果服务区内空中没有飞机发出询问信号，则会自动产生填充脉冲对模拟飞机的询问，使地面接收机保持正常的灵敏度，最小填充脉冲对为约1000对/秒。
控制和交换部分主要功能是：提供人工和自动控制；可选择主备用机，主用机联接天线、备用机联接假负载；收到告警信号后，控制换机或关机；提供遥控等等。
4.2．识别信号
与其它导航设备一样，DME同样采用国际莫尔斯电码发送识别信号。
DME识别信号可采用“独立”或“联合”工作模式；独立工作时：DME的识别码由自己的信号产生器产生，发送速率为每分钟至少6次识别码，每40秒钟内至少发射一次；与VOR或ILS的航向信标联合工作时：一般由VOR或航向信标识别码为主信号源，每30秒钟内VOR或航向信标等间隔发送三次、控制DME发送一次。
DME识别信号的调制单音为1350Hz。
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