飛機(jī)通信與導(dǎo)航系統(tǒng)

3.8馬來(lái)西亞飛機(jī)失聯(lián)事件3月8日凌晨2點(diǎn)40分，載有239人的波音777-200飛機(jī)失聯(lián)，由吉隆坡飛往北京。24日晚10點(diǎn)，馬來(lái)西亞總理宣稱客機(jī)在南印度洋墜毀，無(wú)人幸存。4月中旬，中澳相繼發(fā)現(xiàn)疑似MH370黑匣子信號(hào)，目前仍在搜尋中。第一頁(yè)，共52頁(yè)。航天電子系統(tǒng)在現(xiàn)代航空和航天工程中電子系統(tǒng)是重要的系統(tǒng)之一。它按功能分為通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、目標(biāo)識(shí)別、遙測(cè)、遙控、遙感、火控、制導(dǎo)、電子對(duì)抗等系統(tǒng)。電子理論和技術(shù)基礎(chǔ)：通信理論、電磁場(chǎng)理論、電波傳播、天線、檢測(cè)理論和技術(shù)、編碼理論和技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等而微電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)則是提高各種電子系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)。第二頁(yè)，共52頁(yè)。引言為什么失聯(lián)？最后去了哪里？在馬航失聯(lián)后，它的通信與航線問題一直困擾著我們，今天我們就飛機(jī)的通信與導(dǎo)航問題來(lái)研究一下。第三頁(yè)，共52頁(yè)。

通信系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)第四頁(yè)，共52頁(yè)。通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與地面的互聯(lián)，飛機(jī)與飛機(jī)的相互通信，機(jī)組成員的通話，機(jī)艙內(nèi)的廣播等試聽娛樂。系統(tǒng)一般包括飛行器上的電子系統(tǒng)和相應(yīng)的地面電子系統(tǒng)兩部分，這兩部分通過電磁波傳輸信號(hào)合成為一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通訊。第五頁(yè)，共52頁(yè)。通訊系統(tǒng)發(fā)電報(bào)的設(shè)備（安裝在飛機(jī)上）實(shí)時(shí)自動(dòng)地把航班運(yùn)行的數(shù)據(jù)，主要包括經(jīng)緯度、飛行高度以及速度等數(shù)據(jù)，持續(xù)不斷地發(fā)回航空公司。第六頁(yè)，共52頁(yè)。通信系統(tǒng)監(jiān)控終端設(shè)備（地面上）飛機(jī)一旦起飛后，航空公司就能持續(xù)不斷地收到飛機(jī)上的設(shè)備發(fā)來(lái)的信息。能隨時(shí)監(jiān)測(cè)飛機(jī)的情況。第七頁(yè)，共52頁(yè)。通訊系統(tǒng)機(jī)載應(yīng)答設(shè)備通過對(duì)講機(jī)一樣的東西，不停跟地面的空管員聯(lián)系，實(shí)時(shí)保證飛機(jī)與地面的互聯(lián)。（PS：據(jù)說(shuō)MH370失聯(lián)就是有人故意關(guān)閉應(yīng)答系統(tǒng)，事實(shí)不得而知）第八頁(yè)，共52頁(yè)。飛機(jī)通信系統(tǒng)甚高頻通信系統(tǒng)（VHF）起飛和降落時(shí)高頻通信系統(tǒng)HF遠(yuǎn)程飛行時(shí)與基地保持聯(lián)選擇呼叫系統(tǒng)SELCAL機(jī)組成員間聯(lián)絡(luò)音頻綜合系統(tǒng)AIS對(duì)旅客的廣播視頻服務(wù)等衛(wèi)星通訊尋址系統(tǒng)SATCOM飛機(jī)通訊尋址與報(bào)告系統(tǒng)ACARS黑匣子BlackBox第九頁(yè)，共52頁(yè)。通信系統(tǒng)第十頁(yè)，共52頁(yè)。衛(wèi)星通信飛機(jī)與地面的設(shè)備信號(hào)傳輸是采用衛(wèi)星通信。所謂的衛(wèi)星通信satcom，是指利用空間的人造地球衛(wèi)星座位中繼站發(fā)無(wú)線電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。

目前在世界范圍內(nèi)大約有255個(gè)地面地球站。有4個(gè)同步衛(wèi)星為飛機(jī)服務(wù)：大西洋上有兩個(gè)、太平洋和印度洋各一個(gè)。第十一頁(yè)，共52頁(yè)。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：衛(wèi)星飛機(jī)機(jī)載站地面地球站。第十二頁(yè)，共52頁(yè)。飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)AircraftCommunicationAddressingandReportingSystem，縮寫：ACARS）在航空器和地面站之間通過無(wú)線電或衛(wèi)星傳輸短消息（報(bào)文）的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。PS：在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)出現(xiàn)之前，地面人員和飛行人員之間的所有交流只能通過語(yǔ)音進(jìn)行。這種通訊以甚高頻或高頻語(yǔ)音無(wú)線電通信方式實(shí)現(xiàn)。

第十三頁(yè)，共52頁(yè)。飛機(jī)通信在飛機(jī)上，飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)由一個(gè)稱為飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)管理單元(MU)的航電計(jì)算機(jī)和一個(gè)控制顯示器單元(CDU)組成。MU用以發(fā)送和接受來(lái)自地面的甚高頻無(wú)線電數(shù)字報(bào)文。在地面，飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)由一個(gè)有多個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)組成，它可以接受（或發(fā)送）數(shù)據(jù)鏈消息，并將其分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上的不同航空公司。第十四頁(yè)，共52頁(yè)。應(yīng)用工作流程OOOI自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)告飛機(jī)在主要飛行階段Outofthegate推出登機(jī)門Offtheground；離地起飛Ontheground；著陸IntotheGate，?？康菣C(jī)門工業(yè)上簡(jiǎn)稱OOOI數(shù)據(jù)保存下來(lái)事實(shí)的與地面進(jìn)行數(shù)據(jù)交換第十五頁(yè)，共52頁(yè)。這些OOOI事件是由飛機(jī)上各種傳感器（例如艙門、停留剎車和起落架上的開關(guān)傳感器）的輸出信號(hào)來(lái)確認(rèn)的。在每一飛行階段的開始時(shí)刻，ACARS將一個(gè)數(shù)字報(bào)文發(fā)送到地面，其中包括飛行階段名稱、發(fā)生時(shí)刻，以及其他諸如燃油量或始發(fā)地和目的地。第十六頁(yè)，共52頁(yè)。由人員或機(jī)載設(shè)備創(chuàng)建報(bào)文并通過飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)將其送達(dá)地面的人員或系統(tǒng)，反之亦如此。飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)報(bào)文可以以手工或自動(dòng)方式發(fā)送。典型的VHFACARS報(bào)文ModeAAircraftB-18722AckNAKBlockid2FlightCI5118LabelB9MsgNo.L05AMessage/KLAX.TI2/024KLAXA91A1人機(jī)交互第十七頁(yè)，共52頁(yè)。Eg.氣象報(bào)告發(fā)出請(qǐng)求：飛機(jī)請(qǐng)求氣象信息報(bào)文生成報(bào)文：航空公司的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)首先生成一條包含該飛機(jī)注冊(cè)號(hào)及實(shí)際氣象信息的上傳報(bào)文傳送數(shù)據(jù)：將其送往數(shù)據(jù)鏈服務(wù)供應(yīng)商（DSP）的主機(jī)系統(tǒng)。供應(yīng)商通過自己的地面網(wǎng)絡(luò)將該報(bào)文傳送到距飛機(jī)最近的甚高頻(VHF)遠(yuǎn)程地面站。廣播報(bào)文：地面站將此報(bào)文通過VHF廣播出去接收?qǐng)?bào)文：機(jī)載VHF接收到此信號(hào)后通過內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器將其轉(zhuǎn)為數(shù)字報(bào)文發(fā)送至通信管理單元(CMU)。CMU驗(yàn)證飛機(jī)注冊(cè)號(hào)，如果相符就繼續(xù)處理該報(bào)文。第十八頁(yè)，共52頁(yè)。blackbox“黑匣子”是飛機(jī)專用的電子記錄設(shè)備之一。飛機(jī)各機(jī)械部位和電子儀器儀表都裝有傳感器與之相連。每架飛機(jī)上首尾部各有一個(gè)。

第十九頁(yè)，共52頁(yè)。黑匣子飛行數(shù)據(jù)記錄器FlightDataRecorder，F(xiàn)DR

能記錄飛機(jī)的系統(tǒng)工作狀況和引擎工作參數(shù)等飛行參數(shù)，內(nèi)容包括：空中飛行速度、高度、航向、發(fā)動(dòng)機(jī)推力資料、俯仰與滾動(dòng)資料、縱向加速度資料及許多參數(shù)資料駕駛艙通話記錄器CockpitVoiceRecorder，CVR

儀器上的四條音軌分別記錄飛行員與航空管制員的通話，正、副駕駛員之間的對(duì)話、駕駛員、空服員對(duì)乘客的廣播，以及駕駛艙內(nèi)各種聲音（引擎聲、警報(bào)聲）。記錄的時(shí)間約2小時(shí)，錄完后，會(huì)自動(dòng)倒帶從頭錄起，若發(fā)生空難，之前的兩個(gè)小時(shí)會(huì)被完整保留，并持續(xù)發(fā)出訊號(hào)，直到斷電為止（記錄器所提供的電力足夠發(fā)出信號(hào)30日）。第二十頁(yè)，共52頁(yè)。黑匣子飛行數(shù)據(jù)記錄器FlightDataRecorder，F(xiàn)DR

能記錄飛機(jī)的系統(tǒng)工作狀況和引擎工作參數(shù)等飛行參數(shù)，內(nèi)容包括：空中飛行速度、高度、航向、發(fā)動(dòng)機(jī)推力資料、俯仰與滾動(dòng)資料、縱向加速度資料及許多參數(shù)資料駕駛艙通話記錄器CockpitVoiceRecorder，CVR

儀器上的四條音軌分別記錄飛行員與航空管制員的通話，正、副駕駛員之間的對(duì)話、駕駛員、空服員對(duì)乘客的廣播，以及駕駛艙內(nèi)各種聲音（引擎聲、警報(bào)聲）。記錄的時(shí)間約2小時(shí)，錄完后，會(huì)自動(dòng)倒帶從頭錄起，若發(fā)生空難，之前的兩個(gè)小時(shí)會(huì)被完整保留，并持續(xù)發(fā)出訊號(hào)，直到斷電為止（記錄器所提供的電力足夠發(fā)出信號(hào)30日）第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。馬航失聯(lián)路線第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航系統(tǒng)馬航原有航線：吉隆坡——北京馬航墜落地點(diǎn)：南印度洋？澳方發(fā)現(xiàn)黑匣子信號(hào)地點(diǎn)客機(jī)到底在哪？？？第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航系統(tǒng)大腦導(dǎo)航（記憶,參考物）手機(jī)導(dǎo)航GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）車載電腦導(dǎo)航（onStar）航天系統(tǒng)導(dǎo)航onStar最新碰撞自動(dòng)求助緊急救援系統(tǒng)安全保障系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)車況檢測(cè)系統(tǒng)

汽車語(yǔ)音導(dǎo)航第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航系統(tǒng)含義飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)是指通過測(cè)量飛行器的加速度，自動(dòng)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得飛行器瞬時(shí)速度和瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。設(shè)備都安裝在飛行器內(nèi)，工作時(shí)不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾。第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)沿著預(yù)定航線飛到預(yù)定地點(diǎn)隨時(shí)給出飛機(jī)準(zhǔn)確的即使位置在軍事上，導(dǎo)航系統(tǒng)還要配合其他系統(tǒng)完成武器投放、偵查、巡邏、反潛、預(yù)警和救援等任務(wù)。第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)可以確定飛機(jī)的位置并引導(dǎo)飛機(jī)按預(yù)定航線飛行的整套設(shè)備（包括飛機(jī)上的和地面上的設(shè)備）

第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航方法導(dǎo)航的關(guān)鍵在于確定飛機(jī)的瞬時(shí)位置5種方法：目視定位：起飛和降落過程航位推算：飛行速度，航向，風(fēng)向（人工，電腦）

幾何定位：距離，角度測(cè)算，電腦完成第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航方法磁羅盤類似指南針，指針指向地球的磁極（容易受到飛機(jī)鐵質(zhì)零件和地球磁場(chǎng)的影響）早期使用無(wú)線電通話?cǎi){駛員與地面管制人員用無(wú)線電互相通話，管制員可以及時(shí)知道飛機(jī)位置，高度，給駕駛員下達(dá)命令，提供導(dǎo)航信息（多用于在機(jī)場(chǎng)附近的交通空域里）第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。發(fā)展歷程早期：目視導(dǎo)航（駕駛員的經(jīng)驗(yàn)）1920S：儀表導(dǎo)航，飛機(jī)上有了簡(jiǎn)單的儀表，靠人工計(jì)算得出飛機(jī)位置30年代：無(wú)線電導(dǎo)航現(xiàn)代：衛(wèi)星導(dǎo)航，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS

慣性導(dǎo)航，天文導(dǎo)航第三十頁(yè)，共52頁(yè)。1、儀表導(dǎo)航系統(tǒng)提供參數(shù)：空速表，磁羅盤，航向陀螺儀和高度表等專用電子設(shè)備提供確卻的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。自動(dòng)領(lǐng)航儀：根據(jù)提供的參數(shù)計(jì)算出航向數(shù)據(jù)，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)；將提供的參數(shù)由特定的程序計(jì)算第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在飛機(jī)導(dǎo)航綜合了多種技術(shù)主要有儀表導(dǎo)航無(wú)線電導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航慣性導(dǎo)航第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。機(jī)載設(shè)備無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)交通管制與警告系統(tǒng)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)飛行管理系統(tǒng)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。1、儀表導(dǎo)航空速表高度表航向儀第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。導(dǎo)航模擬機(jī)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。2、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)地面無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)

對(duì)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位飛機(jī)上的無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備接收地面導(dǎo)航臺(tái)信號(hào)遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)

測(cè)量各個(gè)導(dǎo)航臺(tái)信號(hào)的相位差測(cè)速無(wú)線電設(shè)備

利用多普勒效應(yīng)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。2無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)功能。利用來(lái)自地面臺(tái)或空中的無(wú)線電信號(hào)來(lái)幫助駕駛員引導(dǎo)飛機(jī)航行包括ADF（自動(dòng)定向機(jī)）VOR（甚高頻全向信標(biāo)）ILS（儀表著陸系統(tǒng)）：引導(dǎo)飛機(jī)安全著陸，由航向、下滑、質(zhì)點(diǎn)信標(biāo)系統(tǒng)組成。第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。2、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位導(dǎo)航則借助于導(dǎo)航衛(wèi)星。近程無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)：作用距離在400公里以內(nèi)遠(yuǎn)程無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)：達(dá)到數(shù)千公里超遠(yuǎn)程無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)：1萬(wàn)公里以上全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)。第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。雷達(dá)系統(tǒng)包括LRRA（無(wú)線電高度表）：測(cè)高DME（測(cè)距機(jī)）：測(cè)距WXR（氣象雷達(dá)）：飛機(jī)周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)（雷達(dá)：發(fā)射電磁波，光速，出現(xiàn)在二戰(zhàn)時(shí)期，應(yīng)用廣泛多用于軍事！?。┑谒氖?yè)，共52頁(yè)。第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。3、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星18科導(dǎo)航衛(wèi)星，運(yùn)行周期12h地面站組四個(gè)監(jiān)控站用戶設(shè)備接收機(jī)美國(guó)全球定位系統(tǒng)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。衛(wèi)星定位導(dǎo)航①充分利用電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路，提高航空航天電子系統(tǒng)的綜合化、自動(dòng)化和智能化水平；②提高實(shí)時(shí)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理的能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?；③發(fā)展高速率和超高速率的大規(guī)模集成電路；⑤發(fā)展可靠性更高和壽命更長(zhǎng)的各種電子元器件第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。衛(wèi)星導(dǎo)航優(yōu)點(diǎn)：

應(yīng)用最廣，定位精度高，全球，全天候缺點(diǎn)：

成本高，需要復(fù)雜的定位設(shè)備

第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。慣性導(dǎo)航通過測(cè)量飛行器的加速度(慣性)，并自動(dòng)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得飛行器瞬時(shí)速度和瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。加速計(jì)（測(cè)飛機(jī)加速度）陀螺儀（測(cè)量角度）根據(jù)牛頓慣性定理，利用慣性原件，測(cè)算的飛機(jī)航向的數(shù)據(jù)。第四十六頁(yè)，共52頁(yè)。慣性基準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)IRS提供飛機(jī)姿態(tài)，航向，飛機(jī)當(dāng)前位置等信息第四十七頁(yè)，共52頁(yè)。慣性導(dǎo)航（1）不依賴于任何外部信息．也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)．故隱蔽性好且不受外界電磁干擾的影響；（2）可全天侯全球、全時(shí)間地工作于空中地球表面乃至水下．（3）能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低．（4）數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好．其缺點(diǎn)是：多用于航空飛船第四十八頁(yè)，共52頁(yè)。飛行管理系統(tǒng)FMS以飛機(jī)管理計(jì)算為核心的高級(jí)區(qū)域?qū)Ш?，制?dǎo)和性能管理系統(tǒng)減輕機(jī)組負(fù)擔(dān)，使飛機(jī)一最佳路線安全經(jīng)濟(jì)的飛達(dá)目的地第四十九頁(yè)