空中领航学：第7章 区域导航（RNAV）

1、1,第七章 区域导航（RNAV） Area Navigation,一、区域导航的定义 二、区域导航的特点 三、区域导航的基本原理 四、区域导航的实施 利用VOR/DME 利用惯性导航系统 利用全球定位系统,2,一、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。,3,二、区域导航的特点,1、充分运用了现代计算机技术，便于发挥多套组合和多种导航

2、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，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位置点。 5、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,5,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，既可以为飞行员提供飞机的位置、已飞/未飞距离、予达时刻、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位置，也可以给出飞机相对于所选航

3、线的位置。,6,四、区域导航的实施,（一）利用VOR/DME区域导航 它是一种利用VOR定向、DME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的航向和距离的导航引导系统。,7,该系统是通过连续 测得飞机到VOR/DME 地面信标台的方位和距 离信息，连续求解一个 区域导航三角形，计算 出飞往某个确定航路点 的航线角和距离。 该系统具有成本低、 航线多、精度高等优点。,8,（二）利用惯性导航系统区域导航,惯性导航系统（Inertial Navigation System）（INS）简称惯导，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扰，具

4、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 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、控制显示器和工作方式选择器三个部件组成。,9,（1）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

5、机箱，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。 （2）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，CDU装在驾驶舱的仪表板上。,10,控制选择组件面板（CDU）,11,（3）工作方式选择器（MSU） (Mode Selector Unit) MSU面板上有一个5位置拨动开关和两个告示灯。用于选择系统的工作状态。 当开关从断开位置（0FF）拨向备用（STBY）位置时，系统开

6、始启动，对准（ALIGN）时，飞行人员便可输入日期和飞机当前位置，通过CPU使惯性系统进行初始对准。之后拨至（NAV），系统就可进入正常导航工作状态。当开关拨至姿态基准（ATT REF）位置时，惯性系统只输出航向、姿态信息，而不输出位置信息，并在CDU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，表示备用电池已不足以支持系统的运行。MSU通常置于驾驶舱顶部或其它合适的地方。,12,2、惯性导航系统的工作原理 是利用惯性敏感元件(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

7、预定的航行任务。 惯导系统测量的最基本的 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， 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 的位置（即纬度、经度）。,13,惯导系统计算载体地速和位置的框图,14,3、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以及飞行控制参数，供飞行员使用； （2）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。,B737-300飞机 惯导系统框图,15,（三）利用全球定位系统区域导航,全球定位系统（GPS），其全称为定时和测距的导航卫星（Navigation Satellite Timing and Rangin

8、g -Navstar）,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GPS（Global Positioning System）。 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。 1、全球定位系统（GPS）的组成 全球定位系统包括三部分，空间GPS卫星、地面控制站和用户GPS接收机。,16,GPS的组成,GPS卫星配置,17,（1）空间GPS卫星 由24颗分布在倾角为55的6个等间隔轨道上的卫星组成，其中3颗为备份卫星。可保证全球任何地区、任何时刻都有不少于4颗卫星以供观测。 （2）地面控制站 包括1个主控站、5个监测站和

9、3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星。 （3）用户GPS接收机 用于接收GPS卫星发来的有关导航数据。,18,2、全球定位系统（GPS）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 和地理坐标的坐标变换。 空间任何一点的地理坐标 和宇宙直角坐标的关系如 右式所示:,19,GPS通过一颗卫星只能测得一个距离参量，通过四颗可以测得四个距离和时间数据，进而利用相关方程求出飞机位置。 GPS系统虽然具有全球覆盖、精度高、性能可靠、经济合理等优点，但也 存在着一些不足之处，为克服和减少时钟误差、 星历