43飞行导航系统课件.ppt

1、 航 空 航 天 概 论第 4 章 飞行器机载设备4.2 4.2 飞行器导航系统飞行器导航系统 导航：导航：把飞行器从出发地引导到目的地的过程把飞行器从出发地引导到目的地的过程 导航参数：导航参数：位置、方向、速度、高度和航迹等位置、方向、速度、高度和航迹等 导航方式：导航方式：无线电导航、卫星导航无线电导航、卫星导航 惯性导航、惯性导航、图象匹配导航图象匹配导航 天文导航、天文导航、组合导航组合导航4.2.1 无线电导航无线电导航 原理：原理：借助于借助于无线电波发射和接收无线电波发射和接收，测定飞行，测定飞行器相对于导航台的方位、距离等，以确定飞行器器相对于导航台的方位、距离等，以确定飞行

2、器的导航参数。的导航参数。特点：特点：受气候条件限制少，作用距离远，精度受气候条件限制少，作用距离远，精度高，设备简单可靠，应用广高，设备简单可靠，应用广 分类：分类：测向无线电导航测向无线电导航 测距无线电导航测距无线电导航 测距差无线电导航测距差无线电导航 测速无线电导航测速无线电导航1、测向无线电导航、测向无线电导航1）自动测向器）自动测向器用方向性天线测无线电波用方向性天线测无线电波来向与飞行器纵轴线的来向与飞行器纵轴线的夹夹角角中长波：中长波：150KHz2MHz 作用距离约作用距离约300Km易受地形、时间和季节等易受地形、时间和季节等因素影响，造成测量误差因素影响，造成测量误差B

3、BAAaabbc来自导航台来自导航台例：收音机例：收音机2）全向信标系统（全向信标系统（VOR）提供以提供以导航台北向子午线导航台北向子午线为基准的方位角为基准的方位角导航台发出基准与可变相位信号的导航台发出基准与可变相位信号的相位差相位差西西北北东东南南VVVVRRRRV基准相位信号基准相位信号R可变相位信号可变相位信号2）全向信标系统（全向信标系统（VOR）近距甚高频近距甚高频（108-118MHz108-118MHz），不受气候和季），不受气候和季节影响节影响高度越高，作用距离越远。高度越高，作用距离越远。当飞行器有足够当飞行器有足够高度时，作用距离可达高度时，作用距离可达480Km48

4、0Km。机场自动着陆系统的机场自动着陆系统的归航导航台归航导航台2、测距无线电导航、测距无线电导航DME测距机：测距机：飞行器测量发出飞行器测量发出询问脉冲询问脉冲与收到导航台与收到导航台应答应答脉冲脉冲的时间差，计算出飞行器与导航台间的的时间差，计算出飞行器与导航台间的距离距离如果将应答脉冲调制，其相位同如果将应答脉冲调制，其相位同VOR可变相可变相位信号，则可位信号，则可同时完成测距和测向同时完成测距和测向（“塔康塔康”系统）系统）3、测距差无线电导航、测距差无线电导航导航台发射，为飞行器提供经纬度位置。导航台发射，为飞行器提供经纬度位置。飞行器分别接收两个导航台的信号，分析飞行器分别接收

5、两个导航台的信号，分析相相位差或时间差位差或时间差，计算，计算距离差距离差两条两条双曲线的交点双曲线的交点ACB3、测距差无线电导航、测距差无线电导航甚低频甚低频，10KHz-14KHz10KHz-14KHz，远距远距导航系统，距离约导航系统，距离约1000Km1000Km以上。以上。设备简单，没有用户限制，传播远设备简单，没有用户限制，传播远也可为船舶等其他运载工具定位，是目前也可为船舶等其他运载工具定位，是目前唯唯一一能为水下能为水下20-3020-30米潜艇导航的技术工具米潜艇导航的技术工具飞行器上的飞行器上的加速度计测量加速度，加速度计测量加速度，经运算处经运算处理而获得速度和位置进行

6、导航。理而获得速度和位置进行导航。飞行器常用的飞行器常用的基本基本导航技术导航技术。4.2.2 4.2.2 惯性导航惯性导航221atsatvA Ay y：南北：南北A Ax x：东西：东西陀螺稳定陀螺稳定稳定平台稳定平台两种平台方式两种平台方式平台式惯导：平台式惯导：加速度计安装在陀螺平台上加速度计安装在陀螺平台上 优点：优点：陀螺平台不受飞机姿态的影响。陀螺平台不受飞机姿态的影响。捷联式惯导：捷联式惯导：在飞机不同部位上安装三个加速度在飞机不同部位上安装三个加速度计，计，测量轴与机体轴一致测量轴与机体轴一致，对测量的参数进行姿，对测量的参数进行姿态修正后态修正后经计算经计算得出导航参数。得

7、出导航参数。优点：优点：简单，重量轻，可靠，易维护简单，重量轻，可靠，易维护惯导优点：惯导优点：自主性强（完全自主导航）自主性强（完全自主导航）隐蔽性好隐蔽性好 短时间精度高短时间精度高 无需地面或空中辅助设备。无需地面或空中辅助设备。还能提供俯仰、滚转、航向等运动参数还能提供俯仰、滚转、航向等运动参数惯导缺点：惯导缺点：测量误差随时间长而积累，测量误差随时间长而积累，制造精度高制造精度高 一般配备其他导航设备校正系统误差一般配备其他导航设备校正系统误差广泛应用广泛应用4.2.3 4.2.3 卫星导航系统卫星导航系统人造卫星导航可覆盖空间大人造卫星导航可覆盖空间大美国卫星全球定位系统美国卫星全

8、球定位系统GPSGPS俄罗斯全球导航卫星网俄罗斯全球导航卫星网GlonassGlonass欧洲空间局欧洲空间局“伽利略伽利略”导航卫星系统导航卫星系统中国中国“北斗北斗”导航定位卫星系统导航定位卫星系统(x,y,z)zyxriSi(x i,y i,z i)地心地心卫星导航原理卫星导航原理 i 为伪距，为伪距，x,y,z,t 四个未知数，四颗卫星即可四个未知数，四颗卫星即可导航卫星：导航卫星：约约2 2万公里高空近圆形轨道上万公里高空近圆形轨道上运行运行2424颗卫星（颗卫星（3 3个备用）个备用），六个轨道面上，各有六个轨道面上，各有4 4颗卫星颗卫星 任何地点和时刻，至少任何地点和时刻，至少

9、4 4颗颗地面站组地面站组 4 4个监控站，个监控站，1 1个上行注入站，个上行注入站，1 1个主控站个主控站用户设备用户设备：GPSGPS接收机显示参数接收机显示参数高精度导航定位系统：高精度导航定位系统：定位精度定位精度10-10010-100米，军用米，军用1 1米米Global Position System全球定位系统（简称全球定位系统（简称GPS）美国美国GPSGPS4.2.4 4.2.4 图象匹配导航系统图象匹配导航系统1）概念）概念图像匹配图像匹配就是基于地表特征与地理位置之间就是基于地表特征与地理位置之间的对应关系，将实时图与原图进行比较，确的对应关系，将实时图与原图进行比较

10、，确定飞行器位置及偏差定飞行器位置及偏差习惯上，习惯上，导航导航用于飞机等，用于飞机等，制导制导针对导弹针对导弹原图：原图：事先事先通过各种手段通过各种手段获得的地表数字化获得的地表数字化地图。地图。实时图：实时图：飞行器飞行时，探测取得的实际地飞行器飞行时，探测取得的实际地表特征图象。表特征图象。2）数字地图）数字地图将地形轮廓转化将地形轮廓转化为高程数值为高程数值每一格中的数字每一格中的数字是格中高程的平是格中高程的平均值，格的位置均值，格的位置表示平面二维坐表示平面二维坐标。标。3 3）地形匹配导航）地形匹配导航以地形高度轮廓为匹配特征，以地形高度轮廓为匹配特征，一维匹配一维匹配适合山丘

11、，地形跟踪与地形回避。适合山丘，地形跟踪与地形回避。以区域地形为匹配特征以区域地形为匹配特征二维匹配二维匹配适合较平坦地区适合较平坦地区末制导末制导4 4）景像匹配导航）景像匹配导航巡航导弹制导示意巡航导弹制导示意惯导惯导+地形地形+景象景象4.2.5 4.2.5 天文导航天文导航 以航海天文为基础以航海天文为基础 通过观测天体确定飞行器位置和航向通过观测天体确定飞行器位置和航向 受天气条件影响大，一般适合受天气条件影响大，一般适合高空飞行器高空飞行器 设备复杂，信号弱，人为干扰设备复杂，信号弱，人为干扰4.2.6 4.2.6 组合导航组合导航 惯性导航：惯性导航：自主、隐蔽、短时精度高，但随时间自主、隐蔽、短时精度高，但随时间精度低精度低 无线电：无线电：定位误差小、简单、可靠，抗干扰和隐定位误差小、简单、可靠，抗干扰和隐蔽性差，非自主蔽性差，非自主 天文导航：天文导航：自主，但受气象条件影响。自主，但受气象条件影响。图像匹配：图像匹配：易受气象、外部干扰。易受气象、外部干扰。卫星导航：卫星导航：精度高、全天候，设备复杂精度高、全天候，设备复杂 两种以上导航组合后取长补短，增加可靠性。两种以上导航组合后取长补短，增加可靠性。多多以惯性导航为主以惯性导航为主。