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位置、速度和航向信息。 導(dǎo)航系統(tǒng)：實現(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)：不直接對載體進行控制，僅提供導(dǎo)航信息供駕駛員操縱和引導(dǎo)載體。 自動導(dǎo)航狀態(tài)：直接提供導(dǎo)航信息給載體的自動駕駛控制系統(tǒng)，從而操縱和引導(dǎo)載體。制導(dǎo) 意義：制導(dǎo)是一個與“導(dǎo)航”相關(guān)的概念。制導(dǎo)是指自動控制和導(dǎo)引飛行器按預(yù)定軌跡和飛行路線準確到達目標(biāo)的過程，既

2、包含了應(yīng)用導(dǎo)航的測量值，又包含自動控制的閉環(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)（絕對參數(shù)）計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、目標(biāo)點和有關(guān)約束信息，建立航跡參數(shù)（如航路點、航線等）；由導(dǎo)航系統(tǒng)測量載體的實際運動，確定載體的真實運動導(dǎo)航參數(shù)（如位置、速度、姿態(tài)等）；根據(jù)航跡參數(shù)與實際運動參數(shù)，自動產(chǎn)生制導(dǎo)信息，傳輸給運動載體的相應(yīng)控制部件；1-3.簡述導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢發(fā)展簡史 早期導(dǎo)

3、航方法：依靠羅盤、地標(biāo)、速度表和時鐘等單一功能的導(dǎo)航儀表，大致確定載體的路徑、航向和速度。中國古代羅盤針無線電導(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 導(dǎo)航發(fā)展趨勢導(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.傅科擺實驗驗證了什么現(xiàn)象，是怎樣來驗證的？傅科的演示直接證明了地球自西向東的自轉(zhuǎn)。1851年，法國物理學(xué)家讓傅科在巴黎國葬院安放了一個鐘擺裝置，擺的長度為67米，底部的擺錘是

4、重28千克的鐵球。擺動過程中擺動平面沿順時針方向緩緩轉(zhuǎn)動，擺動方向不斷變化。分析這種現(xiàn)象，擺在擺動平面方向上并沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動的空間方向不會改變，因而可知，這種擺動方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉(zhuǎn)動的結(jié)果，地球上的觀察者看到相對運動現(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個軸在參考坐標(biāo)系中的9個方向余弦，即可唯一確定剛體的角位置歐拉角在剛體上確定一個與剛體固連的向量

5、，剛體相對于空間的角位置可由：此向量的兩個獨立轉(zhuǎn)動角和剛體繞這一空間向量的轉(zhuǎn)動角確定。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)系三個軸向矢量在參考坐標(biāo)系中的9個方向余弦 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)系之間的相對角位置關(guān)系，可以定義并確定載體的姿態(tài)角（俯仰角、橫

6、滾角和航向角）航向角：定義載體繞垂線方向轉(zhuǎn)動、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)值以地理北向為起點，順時針方向為正，其定義域為0到360俯仰角：定義載體繞橫向水平軸轉(zhuǎn)動產(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，向上為正，向下為負，定義域為-90到90橫滾角：定義載體繞縱軸相對于鉛垂平面的轉(zhuǎn)角為橫滾角，從鉛垂平面算起，右傾為正，左傾為負，定義域為-180到1802-5了解大地水準面、大地水準體，參考橢球體的概念和各自的含義概念大地水準面：自由、靜止的海水面擴展延伸形成的閉合曲面；大地水準體：大地水準面包圍的球體；參考橢球體：具有確定的參數(shù)（長半軸和扁率）

7、，經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)的大地水準面最佳擬合的旋轉(zhuǎn)橢球體；含義大地水準面具有水準面特性，即處處與鉛垂線正交；大地水準體體現(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，逼近大地水準體。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，對導(dǎo)航有何影響？意義重力異常：物理大地測量中引進正常橢球產(chǎn)生的重力場作為實際地球重力場的近似值。真實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？同一地點在不同大地坐標(biāo)系中坐標(biāo)差異是由于兩個坐標(biāo)系的哪些差異造成的？各坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換如何實現(xiàn)？我國采用那種大地坐標(biāo)系

8、？大地坐標(biāo)系：以旋轉(zhuǎn)橢球為參照體建立的坐標(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個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)、一個尺度變化參數(shù)、2個地球橢球元素變化參數(shù)。根據(jù)3個以上公共點的兩套大地坐標(biāo)值，列出9個以上廣義大地坐標(biāo)微分公式，采用最小二乘求出上述9個轉(zhuǎn)換參數(shù)。我國目前采用CGCS2000國家大地坐標(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)動點的牽連運動為轉(zhuǎn)動時，牽連轉(zhuǎn)動會使相對速

9、度方向不斷發(fā)生改變，而相對運動又使?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。相對運動與牽連轉(zhuǎn)動的相互影響而形成的。簡而言之：哥氏加速度是由于質(zhì)點不僅作圓周運動，而且也做徑向運動或周向運動所產(chǎn)生的。2-14. 說明舒勒擺的概念。如何使導(dǎo)航平臺具有舒勒特性?概念舒勒擺：一個擺在靜止?fàn)顟B(tài)下能準確地指示當(dāng)?shù)卮咕€方向，但是在運動物體上，沿著擺支點的水平加速度使擺線偏離垂線方向。而能夠克服支點水平加速的影響，使擺線和垂線始終保持一致的擺。平臺舒勒特性00( )()cossinNRxNRxxa Ka KtgKtgKtgKgKgK慣導(dǎo)平臺舒勒條件

10、舒勒條件平臺舒勒角頻率：平臺舒勒震蕩周期：2-16. 二自由度陀螺儀產(chǎn)生進動的原因？ 原因：當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時，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動，其轉(zhuǎn)動角速度方向與外力矩作用方向互相垂直，這種特性，叫做陀螺儀的進動性陀螺儀進動方向 進動方向：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動角速度的方向。2-17. 如何理解陀螺儀的定軸性？請舉例說明？定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)即具有動量矩 時，如果不受外力矩作用，自轉(zhuǎn)軸將相對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)：瞬時沖擊力矩作用在陀螺儀上時，此時自轉(zhuǎn)軸是在原來的空間方位附近繞垂直于自轉(zhuǎn)軸的兩個正交軸做振蕩運動（章動）。只要具有較大的動量矩H，章動的頻率就很高(一般高于100HZ)，振幅卻很小(一般小于角分量級)，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)定平臺的基本原理陀螺穩(wěn)定平臺：利用陀螺儀特性保持平臺臺體方位穩(wěn)定的裝置。基本原理：2-20.在三軸穩(wěn)定平臺中為什么需要方位坐標(biāo)分解器和正割分解器？