导航学习题讲解

1、导航学习题讲解2013.12.10第一章：导航系统概述1-2.区别导航和制导的意义，区别导航参数和制导参数？导航 意义：确定载体的位置和姿态，引导载体到达目的地的指示和控制过程称为导航。 导航参数：由导航仪表或导航系统提供的载体在空间的即时位置、速度和航向信息。 导航系统：实现导航任务的设备或装置称为导航系统。导航系统有两种工作状态： 指示状态：不直接对载体进行控制，仅提供导航信息供驾驶员操纵和引导载体。 自动导航状态：直接提供导航信息给载体的自动驾驶控制系统，从而操纵和引导载体。制导 意义：制导是一个与“导航”相关的概念。制导是指自动控制和导引飞行器按预定轨迹和飞行路线准确到达目标的过程，既

2、包含了应用导航的测量值，又包含自动控制的闭环的全部工作过程。 制导参数：是综合利用预定航迹参数和导航参数（绝对参数）计算出来的各种可用来纠正载体航向偏差/偏航的参数（相对目标的参数）如：应飞航迹角、偏航角、航迹角误差、偏航距等。 制导系统：实现导引和控制飞行器按预定规律调整飞行路线导向目标的全部装置 制导系统的功能： 根据起始点、目标点和有关约束信息，建立航迹参数（如航路点、航线等）； 由导航系统测量载体的实际运动，确定载体的真实运动导航参数（如位置、速度、姿态等）； 根据航迹参数与实际运动参数，自动产生制导信息，传输给运动载体的相应控制部件；1-3.简述导航系统的发展历史及发展趋势发展简史

3、早期导航方法：依靠罗盘、地标、速度表和时钟等单一功能的导航仪表，大致确定载体的路径、航向和速度。中国古代罗盘针无线电导航惯性导航和多普勒导航卫星导航：GPS、GLONASS、北斗组合导航：惯导和GPS组合等新型导航和融合合导航：景象、视觉、脉冲星等30年代40-70年代80年代90年代21世纪 导航发展趋势 导航系统历经演变，正朝着“高精度、高可靠性、智能、自主导航系统”的方向发展。 下一代导航系统：全信息自适应融合导航系统1-4.傅科摆实验验证了什么现象，是怎样来验证的？傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转。1851年，法国物理学家让傅科在巴黎国葬院安放了一个钟摆装置，摆的长度为67米，底

4、部的摆锤是重28千克的铁球。摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。第二章：定位与导航基础2-1.如何描述刚体在空间的角位置方向余弦 刚体在空间的角位置用与刚体固联的坐标系相对于所选用的参考坐标系的角度关系来描述，通常采用方向余弦法和欧拉角法。 确定刚体固连坐标系的3个轴在参考坐标系中的9个方向余弦，即可唯一确定刚体的角位置欧拉角 在刚体上确定一个与

5、刚体固连的向量，刚体相对于空间的角位置可由：此向量的两个独立转动角和刚体绕这一空间向量的转动角确定。2-2.如何理解方向余弦和坐标变换阵的含义，及其在导航中的用途？方向余弦与坐标变换矩阵方向余弦：矢量R与X,Y,Z正向夹角的余弦刚体坐标系o-xyz，参考坐标系O-X0Y0Z0。刚体坐标系三个轴向矢量在参考坐标系中的9个方向余弦 坐标变换矩阵：在导航中的用途 描述坐标系之间的角位置关系； 用于坐标变换1112130021222300031323300rrrrxcccxxycccyyzccczzC2-4.载体姿态角的定义定义 根据载体坐标系和地理坐标系之间的相对角位置关系，可以定义并确定载体的姿态

6、角（俯仰角、横滚角和航向角）航向角：定义载体绕垂线方向转动、载体的纵轴在水平面上的投影与地理北向之间的夹角为航向角，数值以地理北向为起点，顺时针方向为正，其定义域为0到360俯仰角：定义载体绕横向水平轴转动产生的纵轴与纵向水平轴的夹角为俯仰角，俯仰角以水平轴为起点，向上为正，向下为负，定义域为-90到90横滚角：定义载体绕纵轴相对于铅垂平面的转角为横滚角，从铅垂平面算起，右倾为正，左倾为负，定义域为-180到1802-5了解大地水准面、大地水准体，参考椭球体的概念和各自的含义概念大地水准面：自由、静止的海水面扩展延伸形成的闭合曲面；大地水准体：大地水准面包围的球体；参考椭球体：具有确定的参数（

7、长半轴和扁率），经过局部定位和定向，同某一地区的大地水准面最佳拟合的旋转椭球体；含义大地水准面具有水准面特性，即处处与铅垂线正交；大地水准体体现了地球各处重力矢量的分布情况，用来表示地球形状。参考椭球可用数学模型表达，逼近大地水准体。2-7. 理解子午圈和卯酉圈的含义，地球主曲率半径是如何确定的？2-8. 什么是重力异常和垂线偏斜，对导航有何影响？意义重力异常：物理大地测量中引进正常椭球产生的重力场作为实际地球重力场的近似值。真实地球重力被分成正常重力和重力异常。2-10. 什么是大地坐标系？同一地点在不同大地坐标系中坐标差异是由于两个坐标系的哪些差异造成的？各坐标系间的转换如何实现？我国采用

8、那种大地坐标系？大地坐标系：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统。用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示某一点的位置。差异原因：椭球的定位、定向参数不同；平差方法不同。坐标转换：不同大地坐标系的换算，包含：3个平移参数、3个旋转参数、一个尺度变化参数、2个地球椭球元素变化参数。根据3个以上公共点的两套大地坐标值，列出9个以上广义大地坐标微分公式，采用最小二乘求出上述9个转换参数。我国目前采用CGCS2000国家大地坐标系。曾用过的大地坐标系有：1954北京坐标系、1980年国家大地坐标系、新1954北京坐标系。2-11. 哥氏加速度是如何产生的？哥氏加速度的形成原因：当动点的牵连运动为转动时，牵连

9、转动会使相对速度方向不断发生改变，而相对运动又使牵连速度的大小不断发生改变；这两种原因都造成了一方向上附加的速度变化率，该附加加速度变化率即为哥氏加速度。相对运动与牵连转动的相互影响而形成的。简而言之：哥氏加速度是由于质点不仅作圆周运动，而且也做径向运动或周向运动所产生的。2-14. 说明舒勒摆的概念。如何使导航平台具有舒勒特性?概念舒勒摆：一个摆在静止状态下能准确地指示当地垂线方向，但是在运动物体上，沿着摆支点的水平加速度使摆线偏离垂线方向。而能够克服支点水平加速的影响，使摆线和垂线始终保持一致的摆。平台舒勒特性00( )()cossinNRxNRxxa Ka KtgKtgKtgKgKgK惯

10、导平台舒勒条件舒勒条件平台舒勒角频率：平台舒勒震荡周期：2-16. 二自由度陀螺仪产生进动的原因？ 原因：当陀螺转子以高速旋转时，如果施加的外力矩是沿着除自转轴以外的其它轴向，陀螺并不顺着外力矩的方向运动，其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直，这种特性，叫做陀螺仪的进动性陀螺仪进动方向 进动方向：右手定则判定。即伸直右手，大拇指与食指垂直，手指顺着自转轴的方向，手掌朝外力矩的正方向，然后手掌与4指弯曲握拳，则大拇指的方向就是进动角速度的方向。2-17. 如何理解陀螺仪的定轴性？请举例说明？定轴性二自由度陀螺仪的转子绕自转轴高速旋转即具有动量矩 时，如果不受外力矩作用，自转轴将相对惯性空间保持方向不变的特性，称为陀螺仪的定轴性。陀螺仪定轴性的重要表现：瞬时冲击力矩作用在陀螺仪上时，此时自转轴是在原来的空间方位附近绕垂直于自转轴的两个正交轴做振荡运动（章动）。只要具有较大的动量矩H，章动的频率就很高(一般高于100HZ)，振幅却很小(一般小于角分量级)，因而自转轴在惯性空间中的方位改变是极其微小的。2-18 理解单轴稳定平台的基本原理 陀螺稳定平台：利用陀螺仪特性保持平台台体方位稳定的装置。 基本原理：2-20.在三轴稳定平台中为什么需要方位坐标分解器和正割分解器？