1、1第七章第七章 区域导航区域导航（RNAV） Area Navigation一、区域导航的定义一、区域导航的定义二、区域导航的特点二、区域导航的特点三、区域导航的基本原理三、区域导航的基本原理四、区域导航的实施四、区域导航的实施 利用利用VOR/DME 利用惯性导航系统利用惯性导航系统 利用全球定位系统利用全球定位系统 2一、区域导航的定义一、区域导航的定义 区域导航是一种导航方法，允许飞机在台基导区域导航是一种导航方法，允许飞机在台基导航设备基准台的覆盖范围内或在自主导航设备能航设备基准台的覆盖范围内或在自主导航设备能力限度内，以及在两者配合下按任何希望的飞行力限度内，以及在两者配合下按任何
2、希望的飞行路径运行。其中台基导航设备，包括传统的以地路径运行。其中台基导航设备，包括传统的以地面电台为基础的陆基导航设备和以卫星导航系统面电台为基础的陆基导航设备和以卫星导航系统为基础的星基导航设备；区域导航不仅是一种导为基础的星基导航设备；区域导航不仅是一种导航方法，同时也涉及航路结构和空域环境。航方法，同时也涉及航路结构和空域环境。3二、区域导航的特点二、区域导航的特点1、充分运用了现代计算机技术，便于发挥多套组、充分运用了现代计算机技术，便于发挥多套组合和多种导航设备组合导航的优势。合和多种导航设备组合导航的优势。2、定位计算中采用了余度技术和卡尔曼滤波技术，、定位计算中采用了余度技术和
3、卡尔曼滤波技术，导航精度和可靠性明显提高。导航精度和可靠性明显提高。3、能把航行数据和驾驶指令自动送到自动驾驶系、能把航行数据和驾驶指令自动送到自动驾驶系统和显示仪表，实现自动制导。统和显示仪表，实现自动制导。4、航路点是脱离电台台址而自行定义的任何地理、航路点是脱离电台台址而自行定义的任何地理位置点。位置点。5、所有计算是在大园航线上进行的。、所有计算是在大园航线上进行的。4三、区域导航的基本原理三、区域导航的基本原理5计算机根据储存的数据以及各种传感器的输入计算机根据储存的数据以及各种传感器的输入数据，按照相应的公式进行计算，既可以为飞数据，按照相应的公式进行计算，既可以为飞行员提供飞机的
4、位置、已飞行员提供飞机的位置、已飞/未飞距离、予达时未飞距离、予达时刻、地速、航迹角、偏流角、偏航角、偏航距刻、地速、航迹角、偏流角、偏航角、偏航距离和应飞航向等目视信息，也可自动送到自动离和应飞航向等目视信息，也可自动送到自动驾驶系统和显示仪表，实现自动制导驾驶系统和显示仪表，实现自动制导计算机既可以用经纬度的形式给出飞机的绝对计算机既可以用经纬度的形式给出飞机的绝对位置，也可以给出飞机相对于所选航线的位置。位置，也可以给出飞机相对于所选航线的位置。6四、区域导航的实施四、区域导航的实施（一）利用（一）利用VOR/DME区域导航区域导航 它是一种利用它是一种利用VOR定向、定向、DME测距以
5、及气压测距以及气压高度为基本输入信号，来计算飞机到某个航路点高度为基本输入信号，来计算飞机到某个航路点的航向和距离的导航引导系统。的航向和距离的导航引导系统。 7 该系统是通过连续该系统是通过连续测得飞机到测得飞机到VOR/DME地面信标台的方位和距地面信标台的方位和距离信息，连续求解一个离信息，连续求解一个区域导航三角形，计算区域导航三角形，计算出飞往某个确定航路点出飞往某个确定航路点的航线角和距离。的航线角和距离。 该系统具有成本低、该系统具有成本低、航线多、精度高等优点。航线多、精度高等优点。8（二）利用惯性导航系统区域导航（二）利用惯性导航系统区域导航惯性导航系统（惯性导航系统（Ine
6、rtial Navigation System）（）（INS）简）简称惯导，是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部幅称惯导，是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部幅射能量的自主式的导航系统。它的工作不受外界电磁干射能量的自主式的导航系统。它的工作不受外界电磁干扰，具有数据更新率高、精度和稳定性好的优点。扰，具有数据更新率高、精度和稳定性好的优点。1、惯性导航系统的组成、惯性导航系统的组成目前广泛应用的惯性系统，按机构分为平台式惯性系统和目前广泛应用的惯性系统，按机构分为平台式惯性系统和捷联式惯性系统。平台式惯性系统，以实体的陀螺稳定捷联式惯性系统。平台式惯性系统，以实体的陀螺稳定平台坐标系来精
7、确地模拟某一选定的导航坐标系，从而平台坐标系来精确地模拟某一选定的导航坐标系，从而获得所需导航数据。而捷联式惯性系统中，则通过计算获得所需导航数据。而捷联式惯性系统中，则通过计算机实行的数学平台来代替实体平台。机实行的数学平台来代替实体平台。装在飞机上的惯导系统主要由惯性导航部件、控制显示器装在飞机上的惯导系统主要由惯性导航部件、控制显示器和工作方式选择器三个部件组成。和工作方式选择器三个部件组成。9（1）惯性导航部件）惯性导航部件（INU）(Inertial Navigation Unit)由陀螺、加速度计、微处理器、存储器、电源以及有关的由陀螺、加速度计、微处理器、存储器、电源以及有关的接
8、口电路等组成，在平台式惯性系统中还有由环架和稳接口电路等组成，在平台式惯性系统中还有由环架和稳定回路构成的惯性平台。它们一般都容纳在一个机箱，定回路构成的惯性平台。它们一般都容纳在一个机箱，放在仪表舱。用于完成导航参数的测量和计算。是惯导放在仪表舱。用于完成导航参数的测量和计算。是惯导系统的核心。系统的核心。（2）控制显示器）控制显示器（CDU）(Control Display Unit)这是飞行人员与惯导系统接口的主要部件，用于导航参数这是飞行人员与惯导系统接口的主要部件，用于导航参数的显示、初始数据的引入、系统试验、故障显示和告警的显示、初始数据的引入、系统试验、故障显示和告警等。在其面板
9、上有显示屏和一些操纵键，以便输入、调等。在其面板上有显示屏和一些操纵键，以便输入、调出和显示飞行计划以及与飞行有关的数据，出和显示飞行计划以及与飞行有关的数据，CDU装在驾装在驾驶舱的仪表板上。驶舱的仪表板上。10控制选择组件面板（控制选择组件面板（CDU）11（3）工作方式选择器（）工作方式选择器（MSU） (Mode Selector Unit)MSU面板上有一个面板上有一个5位置拨动开关和两个告示灯。用于选择系统的位置拨动开关和两个告示灯。用于选择系统的工作状态。工作状态。当开关从断开位置（当开关从断开位置（0FF）拨向备用（）拨向备用（STBY）位置时，系统开始启）位置时，系统开始启动
10、，对准（动，对准（ALIGN）时，飞行人员便可输入日期和飞机当前位置，）时，飞行人员便可输入日期和飞机当前位置，通过通过CPU使惯性系统进行初始对准。之后拨至（使惯性系统进行初始对准。之后拨至（NAV），系统就），系统就可进入正常导航工作状态。当开关拨至姿态基准（可进入正常导航工作状态。当开关拨至姿态基准（ATT REF）位）位置时，惯性系统只输出航向、姿态信息，而不输出位置信息，并置时，惯性系统只输出航向、姿态信息，而不输出位置信息，并在在CDU上显示。上显示。对准告示灯亮时，表示系统正在进行初始对准；电池告示灯亮时，对准告示灯亮时，表示系统正在进行初始对准；电池告示灯亮时，表示备用电池已不
11、足以支持系统的运行。表示备用电池已不足以支持系统的运行。MSU通常置于驾驶舱顶通常置于驾驶舱顶部或其它合适的地方。部或其它合适的地方。122、惯性导航系统的工作原理、惯性导航系统的工作原理 是利用惯性敏感元件是利用惯性敏感元件(加速度计和陀螺仪）测量飞机加速度计和陀螺仪）测量飞机相对空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始相对空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始条件下，由计算机推算出飞机的姿态、方位、速度和条件下，由计算机推算出飞机的姿态、方位、速度和位置等参数，从而引导飞机完成预定的航行任务。位置等参数，从而引导飞机完成预定的航行任务。 惯导系统测量的最基本的惯导系统测量的最基本的导
12、航参数是地速和位置，将测导航参数是地速和位置，将测得的载体加速度进行一次积分，得的载体加速度进行一次积分，可以得到载体的地速，再一次可以得到载体的地速，再一次积分即可得到载体相对于地球积分即可得到载体相对于地球的位置（即纬度、经度）。的位置（即纬度、经度）。0000cosdtRWdtRWWdtaWWdtaWNENNNEEE13惯导系统计算载体地速和位置的框图惯导系统计算载体地速和位置的框图143、惯性系统的功能：、惯性系统的功能：（1）能提供载体的位置、速度、航向和各种姿态角数据）能提供载体的位置、速度、航向和各种姿态角数据以及飞行控制参数，供飞行员使用；以及飞行控制参数，供飞行员使用；（2）
13、与飞机其他控制系统相配合，完成对飞机的人工或）与飞机其他控制系统相配合，完成对飞机的人工或自动控制。自动控制。B737-300飞机飞机惯导系统框图惯导系统框图15（三）利用全球定位系统区域导航（三）利用全球定位系统区域导航全球定位系统全球定位系统（GPS），其全称为定时和测距的导航卫星），其全称为定时和测距的导航卫星（Navigation Satellite Timing and Ranging -Navstar）,其含义是利用导航卫星进行测时和测距，以其含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位统，国际上将它称为构成全球定位统，国际上将它称为GPS（Global Positioning
14、 System）。）。该系统的建立，给导航和定位技术带来巨大的变化，目前，该系统的建立，给导航和定位技术带来巨大的变化，目前，GPS技术的应用已进入多个领域、多种用途。技术的应用已进入多个领域、多种用途。1、全球定位系统（、全球定位系统（GPS）的组成）的组成全球定位系统包括三部分，空间全球定位系统包括三部分，空间GPS卫星、地面控制站和卫星、地面控制站和用户用户GPS接收机。接收机。16GPS的组成的组成GPS卫星配置卫星配置17（1）空间）空间GPS卫星卫星由由24颗分布在倾角为颗分布在倾角为55的的6个等间隔轨道上的卫个等间隔轨道上的卫星组成，其中星组成，其中3颗为备份卫星。可保证全球任
15、何颗为备份卫星。可保证全球任何地区、任何时刻都有不少于地区、任何时刻都有不少于4颗卫星以供观测。颗卫星以供观测。（2）地面控制站）地面控制站包括包括1个主控站、个主控站、5个监测站和个监测站和3个注入站。个注入站。五个监测站分别观测卫星，并向主控站提供观测数五个监测站分别观测卫星，并向主控站提供观测数据。主控站计算出卫星十二小时内的运行星历据。主控站计算出卫星十二小时内的运行星历和其它有关数据，通过注入站将此信息送回卫和其它有关数据，通过注入站将此信息送回卫星。星。（3）用户）用户GPS接收机接收机用于接收用于接收GPS卫星发来的有关导航数据。卫星发来的有关导航数据。182、全球定位系统（、全
16、球定位系统（GPS）的工作原理）的工作原理GPS是在空间技术、大地和测量技术、数字通信和计算是在空间技术、大地和测量技术、数字通信和计算机等技术基础上发展起来的现代无线电导航技术。机等技术基础上发展起来的现代无线电导航技术。GPS是以卫星作为时空基准点的导航系统，用户通过测是以卫星作为时空基准点的导航系统，用户通过测定对卫星的相对位置确定自身的地理位置。为此要进定对卫星的相对位置确定自身的地理位置。为此要进行宇宙直角坐标行宇宙直角坐标 和地理坐标的坐标变换。和地理坐标的坐标变换。 空间任何一点的地理坐标空间任何一点的地理坐标 和宇宙直角坐标的关系如和宇宙直角坐标的关系如 右式所示右式所示:）（
17、）（）（）（）（）（00022222/arctan/arctansin1sincoscoscoszzyyxxHyxbZaxyHfPOZHPOYHPOX19GPS通过一颗卫星只能测得通过一颗卫星只能测得一个距离参量，通过四颗可一个距离参量，通过四颗可以测得四个距离和时间数据，以测得四个距离和时间数据，进而利用相关方程求出飞机进而利用相关方程求出飞机位置。位置。GPS系统虽然具有全球覆盖、系统虽然具有全球覆盖、精度高、性能可靠、经济合精度高、性能可靠、经济合理等优点，但也理等优点，但也 存在着一些不足之处，为存在着一些不足之处，为克服和减少时钟误差、克服和减少时钟误差、 星星历误差、信号传播及观历误差、信号传播及观 测测和接受设备引起的误差，和接受设备引起的误差， 可以采用本地差分可以采用本地差分GPS和广和广域差分域差分GPS。20广域差分GPS213、全球定位系统（、全球定位系统（GPS）的功能）的功能GPS既可以作为独立的导航系统，为飞行人既可以作为独立的导航系统，为飞行人员提供飞机位置、航迹、地速、偏流、应员提供飞机位置、航迹、地速、偏流、应飞航向和预达时间等航行数据，也可以作飞航向和预达时间等航行数据，也可以作为飞行管理系统的传感器使用。为飞行管理系统的传感器使用。
