航空器导航技术讲解

航空器导航技术《航空技术及应用》主讲教师：刘锦无线电导航惯性导航卫星导航系统图像匹配导航(制导)技术01040203天文导航05组合导航06无线电导航011.无线电导航无线电导航由于很少受气候条件限制。作用距离远精度高设备简单可靠所以是飞行器导航的主要技术手段之一。1.无线电导航1.1测向无线电导航系统和设备------(1)自动测向器（ADF）自动测向器是在飞行器上用方向性天线接收来自地面导航台无方向性信标NDB的无线电波，并确定电波来向相对于飞行器纵轴线夹角的导航设备。1.无线电导航1.1测向无线电导航系统和设备------(1)自动测向器（ADF）无线电罗盘是一种常用的自动测向器。

无线电罗盘接收自地面归航台发射来的无线电波，用环形天线手动或自动跟踪无线电波来向，连续测量飞机纵轴与无线电波来向的夹角，即相对方位角，相对方位角按顺时针方向计量，并用指示器指示。1.无线电导航1.1测向无线电导航系统和设备------(1)自动测向器（ADF）飞行员根据相对方位角引导飞机向归航台顺飞或者背飞。在简陋机场上，利用这种系统也可引导飞机进场，在能见度许可的情况下着陆。1.无线电导航1.1测向无线电导航系统和设备------(2)全向信标系统（VOR）

VOR是一种相位式近程甚高频测向导航系统。1.无线电导航1.1测向无线电导航系统和设备------(2)全向信标系统（VOR）飞行器VOR接收机接收到地面导航台信号后，测量基准相位信号和可变相位信号之间的相位差，就可以确定飞行器相对导航台的方位。1.无线电导航1.2测距无线电导航系统------(1)DME测距机DME系统是通过测量飞行器上询问器发出询问脉冲后后多长时间收到地面导航台应答机的应答脉冲，从而计算飞行器到导航台的斜距，结合高度数据就可以计算出飞行器到导航台的平距。地面导航台使DME应答脉冲幅度随时间做余弦调制，且相位在各方位上各不相同，则可以同时完成测距和测向，这种导航系统称为“塔康”Tacan系统。1.无线电导航1.2测距无线电导航系统------(2)无线电高度表无线电高度表，也称为雷达高度表。飞行器向下发射无线电波，到达地面后反射回飞行器，由接收机接收，通过测量电波往返飞行器与地面所需时间，即可确定飞行高度。无线电高度表H1.无线电导航1.3测距差无线电导航系统各导航台同步地(时间同步或相位同步)发射无线电信号，各信号到达飞机接收机的时间滞后与导航台到飞机的距离成比例，测出它们到达的时间差就可求得距离差。与两个定点保持等距离差的点的轨迹是球面双曲面，因此这种系统的位置线是球面双曲面与飞机所在高度的地心球面相交而成的双曲线。利用3或4个地面导航台可求得两条双曲线。根据两条双曲线的交点即可定出飞机的位置。定位的双值可用第三条双曲线来消除。1.无线电导航1.4测速无线电导航设备多普勒雷达导航：当雷达发射一固定频率的脉冲波对地扫描时，地面回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出地面对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。飞行器安装的多普勒雷达在3~4个方向测量，就可以计算出飞行器的地速和偏流角。1.无线电导航1.5通信、导航、识别综合系统美国JTIDS系统是一种通信、导航、识别综合电子系统。成员之间有统一的时间标准，也知道任一成员的确切发射信号时间，多个成员之间可以确定相互位置，实现相对导航。只要其中一个成员知道自身地理位置，就可以使所有成员都能确定自己的地理位置，从而实现绝对导航。卫星导航系统022.卫星导航GPS卫星导航定位系统空间部分在地球近圆轨道运行的24颗卫星，分布在对赤道倾角55°的6个轨道面上。控制部分由监控站、注入站、主控站构成，负责监测卫星、校正卫星参数。用户部分GPS接收机接收卫星广播信号，解算当前位置。可以通过差分GPS技术，提高定位精度。惯性导航033.惯性导航3.1惯性导航原理加速度计陀螺仪v=v0+at，s=v0t+at2/2通过测加速度就可以测算位移加速度计陀螺仪可以测量航向角变化。陀螺仪拾振电极激振电极支撑机构双端固支音叉质量块惯性导航是通过测量飞行器的加速度，经运算处理以获得飞行器当时的速度和位置的一门飞行器定位综合性技术。3.惯性导航3.2两类惯性导航系统平台式惯导系统惯导系统安装在一个始终保持水平并有确定指向的机电平台上。3.惯性导航3.2两类惯性导航系统陀螺仪和加速度计直接安装在飞机上，测量轴与机体轴一致。捷联式惯导系统图像匹配导航(制导)技术044.图像匹配导航(制导)技术4.1图像匹配导航的原理与分类图像匹配导航（制导）基于地表特征与地理位置之间的对应关系，实现导航目的。可分为地形匹配导航和景象匹配导航。数据预处理数字式景象匹配区域相关器地形匹配区域景象匹配区域图像匹配制导原理示意图目标4.图像匹配导航(制导)技术4.2地形匹配导航地形匹配就是将飞行器实时测得的地形图与预先存储的数字地图进行比对，测算查找飞行器地理位置。导弹航向测量高度海拔高度地面航迹相关处理航迹下测量的地形高度数据数字地形图存贮在计算机中的高度数据地形高度预存区域实际地形(a)高度测量(b)相关处理4.图像匹配导航(制导)技术4.2地形匹配导航地形匹配技术多与惯性导航系统组合，利用地形特征数据对主惯导系统的定位误差进行修正，以提高定位精度。4.图像匹配导航(制导)技术4.3景象匹配制导景象匹配原理与地形高程匹配是一样的，区别在于地形匹配是一维匹配定位，景象匹配是二维匹配定位。通过将景象进行二维数字化处理，制作景象匹配数字地图，通过实时测量地图与数字地图进行比对，修正导弹制导误差。天文导航055.天文导航

航空航天的天文导航是利用自然天体来测定飞行器位置和航向的导航技术。由于天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，因此，只要测出天体相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角，就能够计算出飞行器的位置和航向。天文导航分为单星、双星和三星导航。5.天文导航

星体跟踪器可以测出飞行器的前进方向与天体方向之间的夹角（即航向角）。而天体在任一瞬间相对于南北子午线之间的夹角（即天体方位角）是已知的，从天体方位角中减去航向角就得到飞行器的真航向角。组合导航066.组合导航用两种或两种以上的非相似导航系统构成组合导航系统可以对各种导航系统取长补短，提高导航系