导航系统(PPT)

导航是引导飞机到达目的地的过程。飞机的导航系统有两种工 作状态：提供导航信息，驾驶员根据提供的信息引导飞机沿规定 的航线到达目的地；提供导航信息输入飞机飞行自动控制系统， 使飞机自动地沿规定航线飞行，后者构成了制导系统。
第五章 惯性导航系统
一、概 述
用一种叫加速度计的仪表测量到飞机（物体）的运动加速度后，飞
第五章 惯性导航系统
所谓导航，是指在某参考系内将运动物体以一点引导到 另一点的过程。
惯性导航所要解决的基本问题是不断确定载体的姿态、 速度和位置。
任何物质的运动和变化，都是在空间和时间中进行的。物 体的运动或静止及其在空间的位置，是指它相对另一物体而 言。这就是说，在描述物体的运动时，必须选定一个或几个 物体作为参考系。当物体对于参考系的位置有了变化时，就 说明该物体发生了运动。
速度分解为沿地理北向和地理东向两
个分量
vN v cos
vE v sin
飞行速度北向分量vN引起地理坐标系绕 平行于地理东西方向的地心轴转动，其
转动角速度为
vN v cos Rh Rh
飞行速度引起地理坐标系转动
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
第五章 惯性导航系统
一、概 述
第五章 惯性导航系统
一、概 述
实际惯导系统不仅能提供即时速度和即时位置，还可以测量飞机 的姿态。在捷联式惯导系统中可提供多达35个参数，构成惯性基 准系统。
35个参数中主要有：即时经度和纬度；飞机地速，航迹角；飞机 三个姿态角和角速度；沿机体轴的三个线加速度；垂直速度；惯 性高度。此外，在由大气数据系统提供真空速条件下，还输出风 速风向（角）等。
OENζ相对惯性坐标系的转动 角速度应包括两个部分：相 对角速度，它是由于飞机相 对于地球运动而形成的；牵 连角速度，它是地球相对惯 性坐标系运动形成的。

➢ 左右35°以外的扇区，达到19km （10nm）。
航向台
第十五章 导航系统
第十五章 导航系统
航向台的根本工作原理
航向台发射频率为108.10—111.95MHz，左波瓣用 90Hz调制，右波瓣用150Hz调制，发射机发射的信号通 过方向性天线阵〔航向天线阵〕向空间辐射出两个波瓣， 其交汇处对准跑道中心线。
第十五章 导航系统
3.惯性基准系统（IRS）
惯性基准系统IRS是现代飞机必备的、自主式的机载电子系 统。IRS提供飞机姿态、航向和飞机当前位置信息。
IRS=IRU+MSU+ISDU+DAA
惯性基准组件IRU包括激光陀螺〔3个〕、加速度计〔3个 〕和计算机。
IRS中所有元件在飞机上固定安装与飞机构造成为一体，该 系统称为捷联式惯性系统。
ONS（Omega Navigation System）： 奥米伽导航系统，利用无线电磁波测量飞机与两个地面台 之间的距离差，确定飞机位置线（双曲线）。
测距差：测量各个导航台信号的相位差（两个导航台双曲线位 置线的交点）
第十五章 导航系统
（2）测角系统（θ－θ）
ADF（Automatic Direction Finder）自动定向系统 测量地面无线电台（NDB）的来波方向，即测量相对方位角RB。
完成惯导系统的角速度、加速度测量和导航解算任务。
第十五章 导航系统
（2）方式选择组件M用SU于选择IRS的工作方式，并可显示其工作或故障状态。
方式选择电门有：
OFF-断开； ALIGN-校准； NAV-导航； ATT-姿态。
第十五章 导航系统
（1）校准方式(ALIGN) 校准：就是系统建立或寻找当地的地垂线和确定当地的真北方向。 即根据地球自转和重力特性而对准到当地地垂线和真北方向上， 并估算当地纬度。在对准完成前，必须引进现在位置。 （2）导航(NAV) 当系统完成对准(ALIGN)并顺利通过时，将方式选择电门放到导 航位(NAV)，系统将自动进入导航方式，进行独立的惯性计算。 （3）姿态（ ATT）方式 ATT方式下，IRS只提供飞机的俯仰角、倾斜角和航向。 （4）关闭（ OFF）方式 IRS的全部供电电源均被断开，IRS系统不能工作。

覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观
测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颖)。 2、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解 算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户 设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个 方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相 当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价 格和功耗方面处于不利的地位。 3、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。 GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提 高到12m，授时精度日前约20ns。
第四页，编辑于星期五：十四点 一分。
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四大功能
1. 短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功 能（不同于GPS的一点），用户可以一次传送40-60个汉 字的短报文信息。可以达到一次传送达120个汉字的信息。 在远洋航行中有重要的应用价值。 2. 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提 供20ns-100ns时间同步精度。 3. 定位精度：定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度， 其精度与GPS相当。 。 4. 系统容纳的最大用户数：540000户/小时。
民方应用
个人位置服务 当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收 芯片的 或车载卫星导航装置找到你要走的路线。 气象应用 气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气 候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升 我国气象防灾减灾的能力。
智能交通 卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领 域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降 低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫星导航系统将提供高 可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实 现传统调度向智能交通管理的转型。

伪距
接收机钟差为 tu
读取的接收机时钟值为 TL Tu tu
卫星的发送时刻为
Ts
R c Tu tu Ts c Tu Ts c tu
29
r c tu
✓ 由于此值是通过将信号传输速度与使用并不同步的时钟测 得的时间差相乘而确定的距离，它包含有钟差项，因而不
等于真实的传播距离，称此值为“伪距”（PR-PseudoRange）。
• 导航是将航行体从起始点导引到目的地的技术或方法
• 导航过程中要解决三个问题，即
– 要去哪（目标位置）
– 我在哪（自身位置）
– 怎样到（行进路径）
3
• 导航的基本过程：确定目的地位置确定自身位置决定 行进方向（路线）
• 确定自身位置是导航的关键（Positioning）
• 导航系统就是能够向运载体提供位置、速度与航向等即时 运动状态信息的系统
T1
t
26
T2
r
1 2
ct
c 2
T2
T1
c为信号传播速度
T
卫星导航原理
无线电信号测距——单向测距法
通过观测电磁波从空间一点传播到另一点的 传播时间，可以测定两点间的距离。
传输时延Δt
27
T
r ct c Tu Ts
c为光速，Ts为信号发送时刻，Tu为接收机收到信号 的时刻（称作TOA-Time Of Arrive）；
B
A’ 出发点
目的地
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卫星导航原理
确定某一点的位置是完成各种导航功
能的关键，因此导航系统也经常被称为
定位系统(Positioning System)。
5
卫星导航原理
导航与定位