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第十五章 导航系统导航系统第十五章 导航系统一、概述一、概述（1）地标导航地标导航：早期的飞行器在空中飞行仅依靠显著地标，确定飞机位置、航向和距离，引导飞机飞行的领航方法 （2）导航仪表导航仪表：随着飞行速度和高度的不段增大，飞机上开始装有测量导航参数的仪表，导航计算有专门的人员负责（领航员）3）导航系统导航系统：随着无线电技术、卫星技术、计算机技术的发展，各式各样的电子设备为飞行器提供精确的导航信息，由计算机完成导航计算，由驾驶员完成对飞行的控制导航的发展过程导航的发展过程导航系统第十五章 导航系统导航系统的分类导航系统的分类按工作原理可以分为：（1 1）惯性导航）惯性导航利用陀螺惯性原理给出飞机的位置、方向和速度等信息2 2）无线电导航）无线电导航w利用地面无线电台（VOR、NDB、DME）和机载无线电导航设备(ADF、RMI)对飞机进行定位和引导w利用ILS提供进近导航w利用航管雷达和气象雷达进行导航w利用TCAS和GPWS进行导航（3 3）卫星导航系统）卫星导航系统空间导航卫星确定飞机的位置等信息导航系统第十五章 导航系统导航分为终端区和航路导航n导航分为终端区和航路导航n终端区导航(精密进近和非精密进近)包括 （1）NDB/DME无方向性信标台/测距仪（2）VOR/DME甚高频全向信标台/测距仪（3）ILS 仪表着陆系统(精密进近)n航路导航分为近程导航和远程导航航路导航设备：导航台（航路点） 定位点 报告点nNDB,VOR/DME,INS/IRS（惯性导航系统/惯性基准系统）nGPS（全球卫星定位系统）导航系统第十五章 导航系统一、惯性导航一、惯性导航 惯性导航系统利用惯性敏感元件（陀螺仪和加速度计）通过测量飞机相对于惯性空间的线性加速度和角加速度线性加速度和角加速度，在给定运动初始条件下，由计算机计算出飞机的经纬度位置经纬度位置、航迹、航向航迹、航向、姿态姿态、升降速度升降速度和地速地速等信息，并将这些信息传送给飞行仪表系统、飞行管理系统和自动飞行系统。

而实现的远程自主式导航方法1.1.基本工作原理基本工作原理 惯性导航系统是一种自主式导航系统，依靠机载设备完成导航任务，不受气象条件的限制满足AWO全天候运行导航系统第十五章 导航系统 由于飞机的速度和位置是由测得的加速度经过积分而经过积分而得到得到的，因此必须知道初始条件必须知道初始条件，如初始速度和位置在在静基座静基座( (地面地面) )情况下，初始速度为零，初始位置为当地的情况下，初始速度为零，初始位置为当地的经、纬度经、纬度惯性导航系统根据牛顿定律，利用一组加速度计连续地进行测量，而后从中提取运动载体相对某一选定的导航坐标系的加速度信息； 对加速度通过一次积分运算(载体初始速度已知)便得到载体相对导航坐标系的即时速度信息； 再通过一次积分运算得到载体的位移信息，在载体初始位置已知的情况下，便又得到载体相对导航坐标系的即时位置信息导航系统第十五章 导航系统优点：优点：（1）是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响；（2）全天侯、全球、全时间工作于空中、地球表面乃至水下；（3）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低；（4）数据更新率高、短期精度和稳定性好。

缺点是：缺点是：（1）由于导航信息经过积分产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；（2）每次使用之前需要较长的初始对准时间；（3）设备的价格较昂贵；（4）不能给出时间信息 2.2.特点特点 导航系统第十五章 导航系统n惯性基准系统IRS是现代飞机必备的、自主式的机载电子系统IRS提供飞机姿态、航向和飞机当前位置信息wIRS=IRU+MSU+ISDU+DAAw惯性基准组件IRU包括激光陀螺（3个）、加速度计（3个）和计算机nIRS中所有元件在飞机上固定安装与飞机结构成为一体，该系统称为捷联式惯性系统n三个激光陀螺测量绕飞机各轴的旋转角速度，计算机利用测量角速度值计算出飞机的俯仰和倾斜姿态n三个加速度计测量沿飞机各轴的运动加速度，计算机对合成加速度进行一次积分得到地速，再对速度进行积分，得到飞机飞行的距离3.3.惯性基准系统（惯性基准系统（IRSIRS）导航系统第十五章 导航系统n在IRU的计算机存储器中，存有地球上所有位置的磁差，可以计算出磁航向n在整个飞行期间，利用加速度信号对飞机现时位置进行更新，飞机的现时位置数据还用于飞行管理系统的横向导航（L-NAV）n惯性基准系统的计算必须有一个初始点，因此飞机在地面接通电源时，必须通过控制显示组件（CDU）输入当地的经度、纬度作为初始点，从而使IRU进入校准阶段。

只有校准结束，惯性基准系统才能进行正常的计算导航系统第十五章 导航系统导航系统第十五章 导航系统w惯性基准组件惯性基准组件IRUIRU (2个)-导航计算；w方式选择组件方式选择组件MSUMSU( 1个)-提供系统方式选择功能；w惯性系统显示组件惯性系统显示组件ISDUISDU(1个)-提供操作者与系统之间的联系；w数模转换器数模转换器DAADAA(2个)-将接收到的数字输入信号转换成模拟信号输出导航系统第十五章 导航系统（1 1）惯性基准组件）惯性基准组件-IRU -IRU 完成惯导系统的角速度、加速度测量和导航解算任务导航系统第十五章 导航系统（2 2）方式选择组件）方式选择组件-MSU-MSU方式选择电门有：wOFF-断开；wALIGN-校准；wNAV-导航；wATT-姿态用于选择IRS的工作方式，并可显示其工作或故障状态导航系统第十五章 导航系统（1 1）校准方式）校准方式(ALIGN)(ALIGN)校准：校准：就是系统建立或寻找当地的地垂线和确定当地的真北方向即根据地球自转和重力特性而对准到当地地垂线和真北方向上，并估算当地纬度在对准完成前，必须引进现在位置2）导航）导航(NAV)当系统完成对准(ALIGN)并顺利通过时，将方式选择电门放到导航位(NAV)，系统将自动进入导航方式，进行独立的惯性计算。

3）姿态（）姿态（ ATT）方式）方式ATT方式下，IRS只提供飞机的俯仰角俯仰角、倾斜角倾斜角和航向4）关闭（）关闭（ OFF）方式）方式IRS的全部供电电源均被断开，IRS系统不能工作导航系统第十五章 导航系统校准惯导：校准惯导：1.IRS进入导航方式前先进入导航方式前先输入飞机当前位置输入飞机当前位置w通常用FMC的MCDU输入；w也可以用惯导组件的键盘输入2.校准惯导校准惯导校准期间飞机必须保持静止正常校准：10分钟快速校准：30秒A320导航系统第十五章 导航系统（3 3）惯性系统显示组件）惯性系统显示组件 惯性系统显示组件（ISDU）提供机组与IRU之间的联系，主要用来做数据输入、系统状态通告、导航信息选择显示导航系统第十五章 导航系统导航系统第十五章 导航系统显示选择：控制左、右显示窗上导航数据的显示：nTK/GS真航迹角/地速；nPPOS飞机当前位置的纬、经度；nWIND风速和真风向；nHDG/STS真航向/状态；nTEST提供测试信号给选择的IRU；nBRT调节显示窗的亮度导航系统第十五章 导航系统（4 4）数模转换器）数模转换器“HONZYWELL”生产的DAA是IRS的组成部件之一，它与其它飞机系统相联，以处理与IRS状态无关的信号。

导航系统第十五章 导航系统二、无线电导航系统二、无线电导航系统 利用机载无线电导航设备接收和处理地面导航台的无线电波，获取导航参数，确定飞机位置及飞往预定点的航向、时间，从而引导飞机沿选定航线安全、高效地完成规定的飞行任务的领航方法 通过无线电波的接收、发射和处理，使用地面和机载导航设备测量出载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量（几何参量），从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航 导航系统第十五章 导航系统1.1.常用无线电导航系统常用无线电导航系统 （1 1）测距差系统）测距差系统 ONS（Omega Navigation System）奥米伽导航系统（2 2）测角系统（）测角系统（） ADF（Automatic Direction Finder）VOR（Very High Frequency Omni directional Range) （3 3）测距系统（）测距系统（）DME（Distance Measuring Equipment)（4 4）测角测距系统（）测角测距系统（）VOR/DME，VORTAC（VOR and TACAN）（5）无线电高度表（）无线电高度表（RA）导航系统第十五章 导航系统优点：优点：u无线电导航不受时间、天气限制；u精度高u作用距离远；u定位时间短；u设备简单、可靠。

缺点：缺点：u因必须辐射和接收无线电波而易被发现和干扰；u需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备无法使用；（他备式导航系统）u易发生故障导航系统第十五章 导航系统ONS（Omega Navigation System）：奥米伽导航系统，利用无线电磁波测量飞机与两个地面台之间的距离差，确定飞机位置线（双曲线） （1）测距差系统）测距差系统 测距差：测量各个导航台信号的相位差（两个导航台双曲线位置线的交点）导航系统第十五章 导航系统ADF（Automatic Direction Finder）自动定向系统）自动定向系统测量地面无线电台（NDB）的来波方向，即测量相对方位角RB2）测角系统（）测角系统（） VOR（Very High Frequency Omni directional Range) 甚高频全向信标接收机甚高频全向信标接收机 地面无线电台在360度范围内向外发射具有方向性的电磁波信号，机载接收设备利用接收到的电磁波信号确定飞机方位角QDR（位于该VOR台的哪条径向线上）导航系统第十五章 导航系统DME（Distance Measuring Equipment)测距仪（机），通过无线电磁波测量飞机与地面DME台之间的距离（斜距）。

3）测距系统（）测距系统（）导航系统第十五章 导航系统精密进近着陆系统，能在复杂气象条件（恶劣气象条件或能见度差）为航空器进近提供航向引导和垂直引导，确保飞机安全进近和着陆ILS利用无线电信号建立一条标准进近着陆下滑道驾驶员或自动驾驶仪保持飞机沿此路线进近即可安全着陆 （1 1）功能）功能 2.2.仪表着陆系统（仪表着陆系统（ILSILS）俗称盲降系统）俗称盲降系统- -终端区导航终端区导航（2 2）组成）组成 w航向信标（LOC, localizer），横向引导w下滑信标（G/S, glide slope），垂直引导w指点信标（MB, marker beacon），距离信息每个分系统又由地面发射设备和机载设备组成导航系统第十五章 导航系统导航系统第十五章 导航系统产生航向道信号，形成航向道，为飞机提供横向引导1）作用 航向台航向台LOC(LOC(水平引导水平引导) ) （2）安装位置 航向台天线一般安装在跑道末端的中心线延长线上，一般距离跑道末端约400m500m，天线面向主降方向跑道中心线左右10以内的扇区，达到46km（25nm），最小距离不少于33km（18nm）；左右1035以内的扇区，达到31km（17nm），最小距离不少于19km（10nm）；左右35以外的扇区，达到19km （10nm）。

3）信号覆盖范围导航系统第十五章 导航系统航向台航向台 导航系统第十五章 导航系统航向台的基本工作原理n航向台发射频率为108.10111.95MHz，左波瓣用90Hz调制，右波瓣用150Hz调制，发射机发射的信号通过方向性天线阵（航向天线阵）向空间辐射出两个波瓣，其交汇处对准跑道中心线n当飞机下降在跑道中心线上时，航向道接收机接收到的两个调制信号的幅度相同，驱动航向偏差指针指示在中间 n如果飞机位于跑道中心线的左侧，则航向接。