导航系统(PPT)

1、CompanyLOGO惯性导航 水声导航 GPS导航 惯性导航惯性导航 惯性导航系统是一种通过高精度的陀螺和加速度计，测量运动载体的角速率和加速度信息，经积分运算得到运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主式导航系统。一、加速度计二、稳定平台三、导航计算机四、控制显示器 惯性导航惯性导航 惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航惯性导航 惯性导航惯性导航 惯导系统按结构可归纳为两大类：平台式惯导系统和捷联式惯导系统。它可以自动测量飞机各种导航

2、参数及控制参数，供飞行员使用，并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。 惯性导航惯性导航 惯性导航惯性导航（1）隐蔽性好，不受外界的电磁干扰（2）可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下（3）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，产生的导航信息连续性好且噪声低（4）数据更新率高、短期精度和稳定性好 惯性导航惯性导航优点（1）由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差（2）每次使用之前需要较长的初始对准时间（3）设备的价格较昂贵（4）不能给出时间信息 惯性导航惯性导航缺点 由于惯性导航系统不依赖于外部信息，也不向外部辐射能量，工作环境包括空中、地面、水下，

3、因此应用范围十分广泛，现已大量应用于战术制导武器、战斗机、运载火箭、宇宙飞船、民航飞机、舰艇、潜艇等 惯性导航惯性导航 水声导航水声导航 对于电磁信号，只有在低频下，才能在水下传播一定的距离。然而，对于声信号，在水下传播得就比较好，因此声发射机可以在水下航行器无需浮出水面的情况下作为信标来导引水下航行器的航行。目前，水下航行器采用的声学导航主要有三种形式 ： （1）长基线（LBL）导航 （2）短基线定位系统(SBL) （3）超短基线（USBL）导航 这三种形式都需要外部的换能器或换能器阵才能实现声学导航。 水声导航水声导航长基线定位系统短基线定位系统超短基线定位系统换能器信标 水声导航水声导航

4、 包括船上信号处理装置、母船吊放至水中的声学收发装置、海底应答器阵和安装UUV上的应答器。海底基阵由三个以上的应答器组成 通过母船吊放的声学收发装置对UUV及海底基阵进行询问和应答，UUV上应答器对海底基阵的问答，可以得到各应答器之间的斜距，根据测阵的结果及斜距就可以计算出UUV及母船相对于海底基阵的位置。 长基线水声定位系统: 水声导航水声导航短基线声学定位系统: 短基线声学定位系统由船载测量系统和水下声源两部分组成。船载测量系统包括三个水听器及其信号处理装置。 水声导航水声导航超短基线定位系统: 超短基线定位系统相当于短基线定位系统的压缩，水听器阵的距离减小至半波长以下。由水下声源发来的声

5、脉冲到达这个阵的每个阵元的相位是不同的，检测这个相位差，经过变换和计算就能得到声源的位置。超短基线定位系统的精度略低于短基线系统。特别适用于水下航行器的导引和回收。 GPSGPS导航导航 GPS导航是用导航卫星发射的导航定位信息引导运动导航是用导航卫星发射的导航定位信息引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。载体安全到达目的地的一门新兴科学。性能特点有性能特点有:全球全天候导航、高精度和多功能。全球全天候导航、高精度和多功能。 GPS系统的组成系统的组成:GPS卫星导航系统是由地面支持网、卫星导航系统是由地面支持网、空中卫星群和用户设备空中卫星群和用户设备: 地面支持网：地面支持网：GPS系

6、统的地面支持网由五个监测站、系统的地面支持网由五个监测站、一个主控站和四个注入站组成。监测站收集卫星及当地气一个主控站和四个注入站组成。监测站收集卫星及当地气象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等导航信息，然后由注入站每隔导航信息，然后由注入站每隔8h向卫星发送一次，更新卫向卫星发送一次，更新卫星资料，以便卫星向用户设备转发导航信息。该子系统的星资料，以便卫星向用户设备转发导航信息。该子系统的功能是监控卫星并根据测算结果向卫星提供时间改正参数、功能是监控卫星并根据测算结果向卫星提供时间改正参数、卫星星历等资料。卫星星历等资料。 GP

7、SGPS导航导航 空中卫星群：空中卫星群：GPS系统空中卫星群由系统空中卫星群由21颗工作卫星和颗工作卫星和3颗备用卫星组成，共颗备用卫星组成，共24颗卫星，平均分布在颗卫星，平均分布在6个轨道上，个轨道上，每一轨道上有每一轨道上有4颗卫星。卫星接收地面站发送来的轨道信颗卫星。卫星接收地面站发送来的轨道信息、时间修正参数等，进行处理后，以息、时间修正参数等，进行处理后，以1575.42MHZ和和1227.60MHZ两种载波频率，发射两种载波频率，发射CA码和码和P码两种伪随机码两种伪随机码调制导航信号。码调制导航信号。 用户设备：用户设备：GPS接收机接收卫星发射的时间信号和卫接收机接收卫星发

8、射的时间信号和卫星轨道信息，就得到卫星位置，利用时间信号和伪码相关星轨道信息，就得到卫星位置，利用时间信号和伪码相关测量卫星到测者的伪距，并由计算机解算用户位置、速度测量卫星到测者的伪距，并由计算机解算用户位置、速度等参数。等参数。 GPSGPS导航导航 GPS系统是一种测距定位系统，系统是一种测距定位系统，GPS导航仪接收卫星导航仪接收卫星分布的信息，根据星历表信息可以求得每颗卫星发射信号分布的信息，根据星历表信息可以求得每颗卫星发射信号时的位置。导航仪测量卫星信号传播的时间间隔，因为这时的位置。导航仪测量卫星信号传播的时间间隔，因为这时间间隔中还包含着时钟误差，信号传播延时等影响，所时间间

9、隔中还包含着时钟误差，信号传播延时等影响，所以乘以光速求得是导航仪与卫星的伪距离以乘以光速求得是导航仪与卫星的伪距离 GPS导航是一种广义的导航是一种广义的GPS动态定位，从目前的应用动态定位，从目前的应用看来，主要分为以下几种方法：看来，主要分为以下几种方法：（1）单点动态定位）单点动态定位（2）实时差分动态定位）实时差分动态定位（3）后处理差分动态定位）后处理差分动态定位 GPSGPS导航导航 单点动态定位是用安设在一个运动载体上的单点动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运动轨

10、迹。所以单点动态定从而描述出该运动载体的运动轨迹。所以单点动态定位又叫绝对动态定位。例如，行驶的汽车和火车，常位又叫绝对动态定位。例如，行驶的汽车和火车，常用单点动态定位。用单点动态定位。 实时差分动态定位是用安设在一个运动载体上的实时差分动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，及安设在一个基准站上的另一台信号接收机，及安设在一个基准站上的另一台GPS接收机，联合测得该运动载体的实时位置，从而接收机，联合测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运行轨迹，故差分动态定位又称描述出该运动载体的运行轨迹，故差分动态定位又称为相对动态定位。例如，飞机着陆和船舰进港，一般为相对动态定

11、位。例如，飞机着陆和船舰进港，一般要求采用实时差分动态定位，以满足它们所要求的较要求采用实时差分动态定位，以满足它们所要求的较高定位精度。高定位精度。 GPSGPS导航导航 后处理差分动态定位和实时差分动态定位的后处理差分动态定位和实时差分动态定位的主要差别在于，在运动载体和基准站之间，不必主要差别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时差分动态定位那样建立实时数据传输，而像实时差分动态定位那样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台是在定位观测以后，对两台GPS接收机所采集的接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接收定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上的坐标位置。例如机所在运动载体在对应时间上的坐标位置。例如，在航空摄影测量时，用，在航空摄影测量时，用GPS信号测量每一个摄信号测量每一个摄影瞬间的摄站位置，就可以采用后处理差分动态影瞬间的摄站位置，就可以采用后处理差分动态定位定位。 GPSGPS导航导航 现有的水声定位系统,认为长基线定位系统的应答器校准起来费时费力,而且精度不高。短基线定位系统需要船的支持,对大多数军用目的来说不合适。基于这些考虑他们要研究新型系统。GPS是成熟技术,装有GPS的浮标很易被精确定位 法国于1995年开始研究将GPS用于水下导航