導航系統(tǒng)-導航基礎(chǔ)課件

導航系統(tǒng)孫淑光電子工程系2023/7/282023年7月28日導航系統(tǒng)2航空電子專業(yè)培養(yǎng)目標電子信息工程專業(yè)學生培養(yǎng)目標培養(yǎng)目標航空電子維修航電系統(tǒng)原理及拓撲關(guān)系系統(tǒng)維修方法飛機飛行控制系統(tǒng)飛機安全運行系統(tǒng)維修技術(shù)2023年7月28日導航系統(tǒng)3維修觀念的改變由被動維修變主動維修與主動預(yù)防用設(shè)計的理念來指導維修不能滿足于知其然，而應(yīng)追求知道其所以然航空電子專業(yè)培養(yǎng)目標航空安全保障2023年7月28日導航系統(tǒng)4維修2023年7月28日導航系統(tǒng)5FAA航空電子認證過程2023年7月28日導航系統(tǒng)6航空電子系統(tǒng)認證過程2023年7月28日導航系統(tǒng)7航空電子功能與系統(tǒng)功能--完成相關(guān)要求:與動詞緊密相連

如:控制飛機按計劃飛行、告訴飛機其所在位置有兩種不同的功能與飛機控制緊密相關(guān)的，如飛行控制、制導與飛機的控制不太相關(guān)的，如通信、監(jiān)視系統(tǒng)系統(tǒng)是利用一定的手段來實現(xiàn)要完成的功能，所以不同的飛機，其實現(xiàn)手段、系統(tǒng)組成有可能會不同。一個系統(tǒng)可能是另一個系統(tǒng)中的一個部件，如：操縱系統(tǒng)是飛行控制系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)8系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點包含下列兩個方面：架構(gòu)設(shè)計（通常由飛機制造商完成）將功能分成各項子功能將各子功能分配給不同的組件(傳感器,計算機,作動筒,控制盒,顯示,...)組件的冗余組件的類型(是否需要監(jiān)視,...)組件間的互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)（由部件制造商決定，飛機制造商協(xié)助）每一個組件的實現(xiàn)技術(shù)（機械的、電子的、電氣的、液壓的，……）功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)9飛機飛行控制系統(tǒng)軌跡控制性能控制飛行計劃導航制導飛機動力性能優(yōu)化導航原理導航實現(xiàn)……傳統(tǒng)導航區(qū)域?qū)Ш剿鑼Ш叫阅芑谛阅艿膶Ш紸DFVORDMEILSGPSADCIRS飛行原理飛行控制……VOR/DMEDME/DME指標要求：精度、完好性、連續(xù)性、有效性；最小放行清單(MEL)導航設(shè)施、導航規(guī)范、導航應(yīng)用；最小放行清單(MEL)基本原理、系統(tǒng)實現(xiàn)與組成……顯示……飛行操縱飛行指引自動駕駛……基本原理、系統(tǒng)實現(xiàn)與組成航空電子架構(gòu)體系2023年7月28日導航系統(tǒng)10飛機安全運行通信監(jiān)視通信原理與手段通信系統(tǒng)TCASEGPWS……話音記錄對外話音通信內(nèi)話系統(tǒng)對外數(shù)據(jù)鏈通信飛行內(nèi)話服務(wù)內(nèi)話HF客艙內(nèi)話VHFSELCALAMSSVDL……HFDLACARS……基本原理、系統(tǒng)實現(xiàn)與組成WXR……ATC……集成監(jiān)視自動相關(guān)監(jiān)視(ADS)……航空電子架構(gòu)體系2023年7月28日導航系統(tǒng)11飛機的控制控制（Piloting，短期）需要知道飛機沿三個軸的運動所需要的基本參數(shù)：姿態(tài)、航向、空速、馬赫數(shù)、高度及高度變化率制導（Guiding，長期）引導飛機從A點運動到B點所需要的基本參數(shù)：飛行計劃、飛機的位置參數(shù)、相對位置參數(shù)、航向、高度及高度變化率、速度導航系統(tǒng)為飛機的控制及制導提供所需的參數(shù)功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)12功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)132023年7月28日導航系統(tǒng)142023年7月28日導航系統(tǒng)152023年7月28日導航系統(tǒng)16功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)17功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)182023年7月28日導航系統(tǒng)192023年7月28日導航系統(tǒng)202023年7月28日導航系統(tǒng)21導航系統(tǒng)的功能功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)22導航系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能告訴飛行員飛機的姿態(tài)、航向、速度、高度、相對位置等（傳統(tǒng)）告訴飛行員飛機的位置（現(xiàn)代）告訴飛行員飛機的位置以及該信息的可靠程度（現(xiàn)在及將來）系統(tǒng)（實現(xiàn)手段，對應(yīng)的系統(tǒng)）傳統(tǒng)導航功能實現(xiàn)的手段：大氣數(shù)據(jù)儀表、陀螺儀表、無線電導航現(xiàn)代導航功能實現(xiàn)手段：RNAV（衛(wèi)星導航、IRS、DME/DME、DME/VOR）現(xiàn)在及將來導航功能實現(xiàn)手段：PBN（RNP）功能與系統(tǒng)2023年7月28日導航系統(tǒng)23導航系統(tǒng)課程內(nèi)容導航基礎(chǔ)傳統(tǒng)導航儀表導航無線電導航區(qū)域?qū)Ш胶唵螀^(qū)域?qū)Ш剑―ME/DME、DME/VOR）衛(wèi)星導航慣性導航所需導航性能RNP參數(shù)基于性能的導航（PBN)課程內(nèi)容2023年7月28日導航系統(tǒng)24地球的大小與形狀導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)25地理緯度導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)26地理經(jīng)線導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)27位置描述—經(jīng)緯度導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)28航向、地磁概念地球的經(jīng)緯線及經(jīng)緯度地磁地球的磁性地磁三要素磁傾地磁水平分量磁差航向-----飛機縱軸與子午線在水平面上的夾角真航向磁航向羅航向大圓航向?qū)Ш交A(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)29航向、地磁概念----地磁傳統(tǒng)導航2023年7月28日導航系統(tǒng)30航向、地磁概念-----航向（一）真航向、磁航向間的關(guān)系導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)31航向、地磁概念-----航向（一）導航基礎(chǔ)（1）各地磁差不相同；（2）磁性礦藏影響大；（3）隨時間變化（年變率）；（4）受磁暴影響（時間不長）。2023年7月28日導航系統(tǒng)32飛機磁場及羅子午線導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)33航向概念導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)34ψD航向、地磁概念-----航向（三）大圓航向=真航向-經(jīng)線收斂角其中，經(jīng)線收斂角為：AB大圓圈線λaλbψT導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)35飛機航線導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)36大圓航線與等角航線導航基礎(chǔ)2023年7月28日導航系統(tǒng)37方位角導航基礎(chǔ)方位角：以經(jīng)線北端為基準，順時針量到水平面上某方向線的角度。（表示方位時必須明確以哪一點為基準點）飛機方位角電臺方位角（VOR方位角）相對方位角2023年7月28日導航系統(tǒng)38方位角導航基礎(chǔ)飛機方位角θ1VOR方位角θ3相對方位角θ2

飛機航向角θ4角度之間的關(guān)系：VOR方位角

=飛機方位角+180°=相對方位角+飛機航向角

2023年7月28日導航系統(tǒng)39坐標系用來描述航行器位置、姿態(tài)的基準根據(jù)不同的需要可以定義不同的坐標系導航基礎(chǔ)慣性坐標系(inertialframe)太陽中心慣性坐標系地心慣性坐標系導航基礎(chǔ)2023年7月28日大氣數(shù)據(jù)與慣導41慣性坐標系地心慣性坐標系OXY在赤道平面內(nèi)OX指向空間的恒星點（春分點）OY與OX垂直O(jiān)Z指向地球自轉(zhuǎn)軸方向慣性空間的靜止坐標系XYZequator確定載體位置的坐標系地球坐標系-earthfixedframe（運動物體在該坐標系中的定位λ、φ、R）地理坐標系（東北天坐標系）East-North-Upframe導航基礎(chǔ)2023年7月28日大氣數(shù)據(jù)與慣導43地球坐標系地固坐標系(ECEF)（WGS-84）OXTYT

在赤道平面，OXT

指向本初子午線OYT與OXT

垂直O(jiān)ZT

指向地球自轉(zhuǎn)軸方向隨著地球的自轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動XTYTZT赤道本初子午線XΩ*tΩ2023年7月28日大氣數(shù)據(jù)與慣導44地理坐標系原點：飛機中心在地面上的投影水平面內(nèi)指向東方向（OX）水平面內(nèi)指向北方向（OY）地垂線方向（OZ)XTYTZTENVGL2023年7月28日大氣數(shù)據(jù)與慣導45機體坐標系

機體固定坐標系:(OXBYBZB)OXB:飛機縱軸方向OYB:機翼平面內(nèi)垂直縱軸OZB:飛機豎軸方向

XBYBZB2023年7月28日大氣數(shù)據(jù)與慣導46平臺坐標系平臺坐標系:(OXP,YP,ZP)由陀螺控制實現(xiàn)模擬相應(yīng)的坐標系一般為水平坐標系

2023年7月28日導航系統(tǒng)47坐標系--地理坐標系Geodeticnavigationframe(local-level)-(TGL)orNEDor(e,n,v)NandEarehorizental,andNpointtingtothenotherandEpointtingtotheeastdirectionVisverticalXTYTZTENVGL返回2023年7月28日導航系統(tǒng)48坐標系--慣性坐標系Space-fixedorinertialframe(Galilean)-(a)or(I)or(X,Y,Z)XandYareintheequatorplane,XpointingcertainstarZisthesameaxisastheearthrotationaxisThisframeis‘fixed’frameXYZequator返回2023年7月28日導航系統(tǒng)49坐標系--地球坐標系terrestrialframe-(E)or(ECEF)orWGS-84or(T)or(XT,YT,ZT)XTandYTareintheequatorplane,XTisintheintersectionoftheequatorplaneandtheGreenwichmeridianZTisthesameaxisastheearthrotationaxisThisframeisarotationalframe,itrotatewiththeearthXTYTZTequatorGreenwichmeridianXΩ*tΩ返回2023年7月28日導航系統(tǒng)50坐標系--機體坐標系

AircraftBodyFrame:(XBYBZB)Fixeddirections/AircraftXB:AircraftlongitudinalaxisYB:orthogonaltoXB,inthewingplanZB:orthogonaltoXBandYB

itsorientationwithrespecttotheLoca