導(dǎo)航學(xué)習(xí)題講解

1、導(dǎo)航學(xué)習(xí)題講解2013.12.10第一章：導(dǎo)航系統(tǒng)概述1-2.區(qū)別導(dǎo)航和制導(dǎo)的意義，區(qū)別導(dǎo)航參數(shù)和制導(dǎo)參數(shù)？導(dǎo)航 意義：確定載體的位置和姿態(tài)，引導(dǎo)載體到達(dá)目的地的指示和控制過程稱為導(dǎo)航。 導(dǎo)航參數(shù)：由導(dǎo)航儀表或?qū)Ш较到y(tǒng)提供的載體在空間的即時(shí)位置、速度和航向信息。 導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航任務(wù)的設(shè)備或裝置稱為導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)： 指示狀態(tài)：不直接對(duì)載體進(jìn)行控制，僅提供導(dǎo)航信息供駕駛員操縱和引導(dǎo)載體。 自動(dòng)導(dǎo)航狀態(tài)：直接提供導(dǎo)航信息給載體的自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)，從而操縱和引導(dǎo)載體。制導(dǎo) 意義：制導(dǎo)是一個(gè)與“導(dǎo)航”相關(guān)的概念。制導(dǎo)是指自動(dòng)控制和導(dǎo)引飛行器按預(yù)定軌跡和飛行路線準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)的過程，既

2、包含了應(yīng)用導(dǎo)航的測(cè)量值，又包含自動(dòng)控制的閉環(huán)的全部工作過程。 制導(dǎo)參數(shù)：是綜合利用預(yù)定航跡參數(shù)和導(dǎo)航參數(shù)（絕對(duì)參數(shù)）計(jì)算出來的各種可用來糾正載體航向偏差/偏航的參數(shù)（相對(duì)目標(biāo)的參數(shù)）如：應(yīng)飛航跡角、偏航角、航跡角誤差、偏航距等。 制導(dǎo)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引和控制飛行器按預(yù)定規(guī)律調(diào)整飛行路線導(dǎo)向目標(biāo)的全部裝置 制導(dǎo)系統(tǒng)的功能： 根據(jù)起始點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和有關(guān)約束信息，建立航跡參數(shù)（如航路點(diǎn)、航線等）； 由導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量載體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，確定載體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航參數(shù)（如位置、速度、姿態(tài)等）； 根據(jù)航跡參數(shù)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)，自動(dòng)產(chǎn)生制導(dǎo)信息，傳輸給運(yùn)動(dòng)載體的相應(yīng)控制部件；1-3.簡(jiǎn)述導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展簡(jiǎn)史

3、早期導(dǎo)航方法：依靠羅盤、地標(biāo)、速度表和時(shí)鐘等單一功能的導(dǎo)航儀表，大致確定載體的路徑、航向和速度。中國(guó)古代羅盤針無(wú)線電導(dǎo)航慣性導(dǎo)航和多普勒導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航：GPS、GLONASS、北斗組合導(dǎo)航：慣導(dǎo)和GPS組合等新型導(dǎo)航和融合合導(dǎo)航：景象、視覺、脈沖星等30年代40-70年代80年代90年代21世紀(jì) 導(dǎo)航發(fā)展趨勢(shì) 導(dǎo)航系統(tǒng)歷經(jīng)演變，正朝著“高精度、高可靠性、智能、自主導(dǎo)航系統(tǒng)”的方向發(fā)展。 下一代導(dǎo)航系統(tǒng)：全信息自適應(yīng)融合導(dǎo)航系統(tǒng)1-4.傅科擺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了什么現(xiàn)象，是怎樣來驗(yàn)證的？傅科的演示直接證明了地球自西向東的自轉(zhuǎn)。1851年，法國(guó)物理學(xué)家讓傅科在巴黎國(guó)葬院安放了一個(gè)鐘擺裝置，擺的長(zhǎng)度為67米，底

4、部的擺錘是重28千克的鐵球。擺動(dòng)過程中擺動(dòng)平面沿順時(shí)針方向緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)方向不斷變化。分析這種現(xiàn)象，擺在擺動(dòng)平面方向上并沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動(dòng)的空間方向不會(huì)改變，因而可知，這種擺動(dòng)方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，地球上的觀察者看到相對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從而有力地證明了地球是在自轉(zhuǎn)。第二章：定位與導(dǎo)航基礎(chǔ)2-1.如何描述剛體在空間的角位置方向余弦 剛體在空間的角位置用與剛體固聯(lián)的坐標(biāo)系相對(duì)于所選用的參考坐標(biāo)系的角度關(guān)系來描述，通常采用方向余弦法和歐拉角法。 確定剛體固連坐標(biāo)系的3個(gè)軸在參考坐標(biāo)系中的9個(gè)方向余弦，即可唯一確定剛體的角位置歐拉角 在剛體上確定一個(gè)與

5、剛體固連的向量，剛體相對(duì)于空間的角位置可由：此向量的兩個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)角和剛體繞這一空間向量的轉(zhuǎn)動(dòng)角確定。2-2.如何理解方向余弦和坐標(biāo)變換陣的含義，及其在導(dǎo)航中的用途？方向余弦與坐標(biāo)變換矩陣方向余弦：矢量R與X,Y,Z正向夾角的余弦剛體坐標(biāo)系o-xyz，參考坐標(biāo)系O-X0Y0Z0。剛體坐標(biāo)系三個(gè)軸向矢量在參考坐標(biāo)系中的9個(gè)方向余弦 坐標(biāo)變換矩陣：在導(dǎo)航中的用途 描述坐標(biāo)系之間的角位置關(guān)系； 用于坐標(biāo)變換1112130021222300031323300rrrrxcccxxycccyyzccczzC2-4.載體姿態(tài)角的定義定義 根據(jù)載體坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的相對(duì)角位置關(guān)系，可以定義并確定載體的姿態(tài)

6、角（俯仰角、橫滾角和航向角）航向角：定義載體繞垂線方向轉(zhuǎn)動(dòng)、載體的縱軸在水平面上的投影與地理北向之間的夾角為航向角，數(shù)值以地理北向?yàn)槠瘘c(diǎn)，順時(shí)針方向?yàn)檎?，其定義域?yàn)?到360俯仰角：定義載體繞橫向水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的縱軸與縱向水平軸的夾角為俯仰角，俯仰角以水平軸為起點(diǎn)，向上為正，向下為負(fù)，定義域?yàn)?90到90橫滾角：定義載體繞縱軸相對(duì)于鉛垂平面的轉(zhuǎn)角為橫滾角，從鉛垂平面算起，右傾為正，左傾為負(fù)，定義域?yàn)?180到1802-5了解大地水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)體，參考橢球體的概念和各自的含義概念大地水準(zhǔn)面：自由、靜止的海水面擴(kuò)展延伸形成的閉合曲面；大地水準(zhǔn)體：大地水準(zhǔn)面包圍的球體；參考橢球體：具有確定的參數(shù)（

7、長(zhǎng)半軸和扁率），經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)的大地水準(zhǔn)面最佳擬合的旋轉(zhuǎn)橢球體；含義大地水準(zhǔn)面具有水準(zhǔn)面特性，即處處與鉛垂線正交；大地水準(zhǔn)體體現(xiàn)了地球各處重力矢量的分布情況，用來表示地球形狀。參考橢球可用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，逼近大地水準(zhǔn)體。2-7. 理解子午圈和卯酉圈的含義，地球主曲率半徑是如何確定的？2-8. 什么是重力異常和垂線偏斜，對(duì)導(dǎo)航有何影響？意義重力異常：物理大地測(cè)量中引進(jìn)正常橢球產(chǎn)生的重力場(chǎng)作為實(shí)際地球重力場(chǎng)的近似值。真實(shí)地球重力被分成正常重力和重力異常。2-10. 什么是大地坐標(biāo)系？同一地點(diǎn)在不同大地坐標(biāo)系中坐標(biāo)差異是由于兩個(gè)坐標(biāo)系的哪些差異造成的？各坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換如何實(shí)現(xiàn)？我國(guó)采用

8、那種大地坐標(biāo)系？大地坐標(biāo)系：以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)。用大地經(jīng)度L、大地緯度B和大地高H表示某一點(diǎn)的位置。差異原因：橢球的定位、定向參數(shù)不同；平差方法不同。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：不同大地坐標(biāo)系的換算，包含：3個(gè)平移參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)、一個(gè)尺度變化參數(shù)、2個(gè)地球橢球元素變化參數(shù)。根據(jù)3個(gè)以上公共點(diǎn)的兩套大地坐標(biāo)值，列出9個(gè)以上廣義大地坐標(biāo)微分公式，采用最小二乘求出上述9個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。我國(guó)目前采用CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。曾用過的大地坐標(biāo)系有：1954北京坐標(biāo)系、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系、新1954北京坐標(biāo)系。2-11. 哥氏加速度是如何產(chǎn)生的？哥氏加速度的形成原因：當(dāng)動(dòng)點(diǎn)的牽連運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，牽連

9、轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使相對(duì)速度方向不斷發(fā)生改變，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)又使?fàn)窟B速度的大小不斷發(fā)生改變；這兩種原因都造成了一方向上附加的速度變化率，該附加加速度變化率即為哥氏加速度。相對(duì)運(yùn)動(dòng)與牽連轉(zhuǎn)動(dòng)的相互影響而形成的。簡(jiǎn)而言之：哥氏加速度是由于質(zhì)點(diǎn)不僅作圓周運(yùn)動(dòng)，而且也做徑向運(yùn)動(dòng)或周向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。2-14. 說明舒勒擺的概念。如何使導(dǎo)航平臺(tái)具有舒勒特性?概念舒勒擺：一個(gè)擺在靜止?fàn)顟B(tài)下能準(zhǔn)確地指示當(dāng)?shù)卮咕€方向，但是在運(yùn)動(dòng)物體上，沿著擺支點(diǎn)的水平加速度使擺線偏離垂線方向。而能夠克服支點(diǎn)水平加速的影響，使擺線和垂線始終保持一致的擺。平臺(tái)舒勒特性00( )()cossinNRxNRxxa Ka KtgKtgKtgKgKgK慣

10、導(dǎo)平臺(tái)舒勒條件舒勒條件平臺(tái)舒勒角頻率：平臺(tái)舒勒震蕩周期：2-16. 二自由度陀螺儀產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)的原因？ 原因：當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果施加的外力矩是沿著除自轉(zhuǎn)軸以外的其它軸向，陀螺并不順著外力矩的方向運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向互相垂直，這種特性，叫做陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性陀螺儀進(jìn)動(dòng)方向 進(jìn)動(dòng)方向：右手定則判定。即伸直右手，大拇指與食指垂直，手指順著自轉(zhuǎn)軸的方向，手掌朝外力矩的正方向，然后手掌與4指彎曲握拳，則大拇指的方向就是進(jìn)動(dòng)角速度的方向。2-17. 如何理解陀螺儀的定軸性？請(qǐng)舉例說明？定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)即具有動(dòng)量矩 時(shí)，如果不受外力矩作用，自轉(zhuǎn)軸將相對(duì)慣性空間保持方向不變的特性，稱為陀螺儀的定軸性。陀螺儀定軸性的重要表現(xiàn)：瞬時(shí)沖擊力矩作用在陀螺儀上時(shí)，此時(shí)自轉(zhuǎn)軸是在原來的空間方位附近繞垂直于自轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)正交軸做振蕩運(yùn)動(dòng)（章動(dòng)）。只要具有較大的動(dòng)量矩H，章動(dòng)的頻率就很高(一般高于100HZ)，振幅卻很小(一般小于角分量級(jí))，因而自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的方位改變是極其微小的。2-18 理解單軸穩(wěn)定平臺(tái)的基本原理 陀螺穩(wěn)定平臺(tái)：利用陀螺儀特性保持平臺(tái)臺(tái)體方位穩(wěn)定的裝置。 基本原理：2-20.在三軸穩(wěn)定平臺(tái)中為什么需要方位坐標(biāo)分解器和正割分解器？