导航系统导航基础

1、导航系统孙淑光电子工程系2021-11-22021年11月2日导航系统2航空电子专业培养目标电子信息工程专业学生培养目标q培养目标航空电子维修航电系统原理及拓扑关系系统维修方法飞机飞行控制系统飞机安全运行系统维修技术2021年11月2日导航系统3维修观念的改变q 由被动维修变主动维修与主动预防q 用设计的理念来指导维修q 不能满足于知其然，而应追求知道其所以然航空电子专业培养目标航空安全保障2021年11月2日导航系统4维修2021年11月2日导航系统5FAA航空电子认证过程2021年11月2日导航系统6航空电子系统认证过程2021年11月2日导航系统7航空电子功能与系统功能-完成相关要求:与

2、动词紧密相连 如: 控制飞机按计划飞行、告诉飞机其所在位置有两种不同的功能 与飞机控制紧密相关的，如飞行控制、制导 与飞机的控制不太相关的，如通信、监视q系统系统是利用一定的手段来实现要完成的功能，所以不同的飞机，其实现手段、系统组成有可能会不同。一个系统可能是另一个系统中的一个部件，如：操纵系统是飞行控制系统的一个子系统功能与系统2021年11月2日导航系统8系统的特点系统的特点包含下列两个方面：系统的特点包含下列两个方面：q 架构设计（通常由飞机制造商完成） 将功能分成各项子功能将功能分成各项子功能 将各子功能分配给不同的组件将各子功能分配给不同的组件(传感器传感器,计算机计算机,作动筒作

3、动筒,控制盒控制盒,显示显示, .) 组件的冗余组件的冗余 组件的类型组件的类型 (是否需要监视是否需要监视, .) 组件间的互联组件间的互联q 技术实现（由部件制造商决定，飞机制造商协助） 每一个组件的实现技术（机械的、电子的、电气的、液压每一个组件的实现技术（机械的、电子的、电气的、液压的，的，）功能与系统2021年11月2日导航系统9飞机飞行控制系统飞机飞行控制系统轨迹控制轨迹控制性能控制性能控制飞行计划飞行计划导航导航制导制导飞机动力飞机动力性能优化性能优化导航原理导航原理导航实现导航实现传统导航传统导航区域导航区域导航所需导航性所需导航性能能基于性能的基于性能的导航导航ADFADFV

4、ORVORDMEDMEILSILSGPSGPSADCADCIRSIRS飞行原理飞行原理飞行控制飞行控制VOR/DMEVOR/DMEDME/DMEDME/DME指标要求：精度、完好性、连续性、有效性；最指标要求：精度、完好性、连续性、有效性；最小放行清单小放行清单(MEL)(MEL)导航设施、导航规范、导航应用；最小放行清单导航设施、导航规范、导航应用；最小放行清单(MEL)(MEL)基本原理、系统实基本原理、系统实现与组成现与组成显示显示飞行操纵飞行操纵飞行指引飞行指引自动驾驶自动驾驶基本原理、系统实基本原理、系统实现与组成现与组成航空电子架构体系2021年11月2日导航系统10飞机安全运行飞

5、机安全运行通信通信监视监视通信原理与手段通信原理与手段通信系统通信系统TCASTCASEGPWSEGPWS话音记录话音记录对外话音通信对外话音通信内话系统内话系统对外数据链通信对外数据链通信飞行内话飞行内话服务内话服务内话HFHF客舱内话客舱内话VHFVHFSELCALSELCALAMSSAMSSVDLVDLHFDLHFDLACARSACARS基本原理、系统实基本原理、系统实现与组成现与组成WXRWXRATCATC集成监视集成监视自动相关监自动相关监视视(ADS)(ADS)航空电子架构体系2021年11月2日导航系统11飞机的控制q 控制（Piloting，短期） 需要知道飞机沿三个轴的运动

6、所需要的基本参数：姿态、航向、空速、马赫数、高度及高度变化率q 制导（Guiding，长期） 引导飞机从A点运动到B点 所需要的基本参数：飞行计划、飞机的位置参数、相对位置参数、航向、高度及高度变化率、速度导航系统为飞机的控制及制导提供所需的参数功能与系统2021年11月2日导航系统12功能与系统2021年11月2日导航系统132021年11月2日导航系统142021年11月2日导航系统152021年11月2日导航系统16功能与系统2021年11月2日导航系统17功能与系统2021年11月2日导航系统182021年11月2日导航系统192021年11月2日导航系统202021年11月2日导航系

7、统21导航系统的功能功能与系统2021年11月2日导航系统22导航系统q 要实现的功能 告诉飞行员飞机的姿态、航向、速度、高度、相对位置等（传统） 告诉飞行员飞机的位置（现代） 告诉飞行员飞机的位置以及该信息的可靠程度（现在及将来）q 系统（实现手段，对应的系统） 传统导航功能实现的手段：大气数据仪表、陀螺仪表、无线电导航 现代导航功能实现手段：RNAV（卫星导航、IRS、DME/DME、DME/VOR） 现在及将来导航功能实现手段：PBN（RNP）功能与系统2021年11月2日导航系统23导航系统课程内容q 导航基础q 传统导航 仪表导航 无线电导航q 区域导航q 简单区域导航（DME/DM

8、E、DME/VOR）q 卫星导航q 惯性导航q 所需导航性能q RNP参数q 基于性能的导航（PBN)课程内容2021年11月2日导航系统24地球的大小与形状导航基础2021年11月2日导航系统25地理纬度导航基础2021年11月2日导航系统26地理经线导航基础2021年11月2日导航系统27位置描述经纬度导航基础2021年11月2日导航系统28航向、地磁概念q 地球的经纬线及经纬度q 地磁 地球的磁性 地磁三要素 磁倾 地磁水平分量 磁差q 航向-飞机纵轴与子午线在水平面上的夹角 真航向 磁航向 罗航向 大圆航向导航基础2021年11月2日导航系统29航向、地磁概念-地磁传统导航2021年1

9、1月2日导航系统30航向、地磁概念-航向（一）真航向、磁航向间的关系导航基础2021年11月2日导航系统31航向、地磁概念-航向（一）导航基础（1）各地磁差不相同；（2）磁性矿藏影响大；（3）随时间变化（年变率）；（4）受磁暴影响（时间不长）。2021年11月2日导航系统32飞机磁场及罗子午线导航基础2021年11月2日导航系统33航向概念导航基础2021年11月2日导航系统34D航向、地磁概念-航向（三）大圆航向=真航向-经线收敛角其中，经线收敛角为：AB大圆圈线abTsinAB导航基础2021年11月2日导航系统35飞机航线导航基础2021年11月2日导航系统36大圆航线与等角航线导航基础

10、2021年11月2日导航系统37方位角导航基础方位角：以经线北端为基准，顺时针量到水平面上某方向线的角度。（表示方位时必须明确以哪一点为基准点）q飞机方位角q电台方位角 （VOR方位角）q相对方位角2021年11月2日导航系统38方位角导航基础q 飞机方位角1 VOR方位角3q 相对方位角 2 飞机航向角4q 角度之间的关系： VOR方位角 =飞机方位角+180 =相对方位角+飞机航向角 2021年11月2日导航系统39坐标系q 用来描述航行器位置、姿态的基准q 根据不同的需要可以定义不同的坐标系导航基础惯性坐标系(inertial frame) 太阳中心惯性坐标系 地心惯性坐标系 导航基础2

11、021年11月2日大气数据与惯导41惯性坐标系 地心惯性坐标系 OXY在赤道平面内 OX指向空间的恒星点（春分点） OY与OX垂直 OZ指向地球自转轴方向 惯性空间的静止坐标系XYZequator确定载体位置的坐标系地球坐标系-earth fixed frame （运动物体在该坐标系中的定位 、R）地理坐标系（东北天坐标系） East-North-Up frame 导航基础2021年11月2日大气数据与惯导43地球坐标系 地固坐标系 (ECEF) （WGS-84） OXTYT 在赤道平面，OXT 指向本初子午线 OYT与OXT 垂直 OZT 指向地球自转轴方向 随着地球的自转而转动XTYTZT

12、赤道赤道本初子午线本初子午线X*t2021年11月2日大气数据与惯导44地理坐标系 原点：飞机中心在地面上的投影 水平面内指向东方向（OX） 水平面内指向北方向（OY） 地垂线方向（OZ)XTYTZTENVGL2021年11月2日大气数据与惯导45机体坐标系机体固定坐标系 OX :飞机纵轴方向机翼平面内垂直纵轴飞机竖轴方向ZB2021年11月2日大气数据与惯导46平台坐标系平台坐标系由陀螺控制实现模拟相应的坐标系一般为水平坐标系2021年11月2日导航系统47坐标系-地理坐标系Geodetic navigation frame ( local-level ) -(TGL) or NED or

13、(e , n,v)N and E are horizental, and N pointting to the nother and Epointting to the east directionV is vertical XTYTZTENVGL返回2021年11月2日导航系统48坐标系-惯性坐标系Space-fixed or inertial frame (Galilean)- (a) or (I) or (X,Y,Z)X and Y are in the equator plane, X pointing certain starZ is the same axis as the ear

14、th rotation axisThis frame is fixed frameXYZequator返回2021年11月2日导航系统49坐标系-地球坐标系terrestrial frame - (E) or (ECEF) or WGS-84 or (T) or (XT,YT,ZT)XT and YT are in the equator plane, XT is in the intersection of the equator plane and the Greenwich meridianZT is the same axis as the earth rotation axisThis frame is a rotational frame, it rotate with the ea