航空器導(dǎo)航技術(shù)講解

航空器導(dǎo)航技術(shù)《航空技術(shù)及應(yīng)用》主講教師：劉錦無線電導(dǎo)航慣性導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)01040203天文導(dǎo)航05組合導(dǎo)航06無線電導(dǎo)航011.無線電導(dǎo)航無線電導(dǎo)航由于很少受氣候條件限制。作用距離遠精度高設(shè)備簡單可靠所以是飛行器導(dǎo)航的主要技術(shù)手段之一。1.無線電導(dǎo)航1.1測向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備------(1)自動測向器（ADF）自動測向器是在飛行器上用方向性天線接收來自地面導(dǎo)航臺無方向性信標NDB的無線電波，并確定電波來向相對于飛行器縱軸線夾角的導(dǎo)航設(shè)備。1.無線電導(dǎo)航1.1測向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備------(1)自動測向器（ADF）無線電羅盤是一種常用的自動測向器。

無線電羅盤接收自地面歸航臺發(fā)射來的無線電波，用環(huán)形天線手動或自動跟蹤無線電波來向，連續(xù)測量飛機縱軸與無線電波來向的夾角，即相對方位角，相對方位角按順時針方向計量，并用指示器指示。1.無線電導(dǎo)航1.1測向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備------(1)自動測向器（ADF）飛行員根據(jù)相對方位角引導(dǎo)飛機向歸航臺順飛或者背飛。在簡陋機場上，利用這種系統(tǒng)也可引導(dǎo)飛機進場，在能見度許可的情況下著陸。1.無線電導(dǎo)航1.1測向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備------(2)全向信標系統(tǒng)（VOR）

VOR是一種相位式近程甚高頻測向?qū)Ш较到y(tǒng)。1.無線電導(dǎo)航1.1測向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備------(2)全向信標系統(tǒng)（VOR）飛行器VOR接收機接收到地面導(dǎo)航臺信號后，測量基準相位信號和可變相位信號之間的相位差，就可以確定飛行器相對導(dǎo)航臺的方位。1.無線電導(dǎo)航1.2測距無線電導(dǎo)航系統(tǒng)------(1)DME測距機DME系統(tǒng)是通過測量飛行器上詢問器發(fā)出詢問脈沖后后多長時間收到地面導(dǎo)航臺應(yīng)答機的應(yīng)答脈沖，從而計算飛行器到導(dǎo)航臺的斜距，結(jié)合高度數(shù)據(jù)就可以計算出飛行器到導(dǎo)航臺的平距。地面導(dǎo)航臺使DME應(yīng)答脈沖幅度隨時間做余弦調(diào)制，且相位在各方位上各不相同，則可以同時完成測距和測向，這種導(dǎo)航系統(tǒng)稱為“塔康”Tacan系統(tǒng)。1.無線電導(dǎo)航1.2測距無線電導(dǎo)航系統(tǒng)------(2)無線電高度表無線電高度表，也稱為雷達高度表。飛行器向下發(fā)射無線電波，到達地面后反射回飛行器，由接收機接收，通過測量電波往返飛行器與地面所需時間，即可確定飛行高度。無線電高度表H1.無線電導(dǎo)航1.3測距差無線電導(dǎo)航系統(tǒng)各導(dǎo)航臺同步地(時間同步或相位同步)發(fā)射無線電信號，各信號到達飛機接收機的時間滯后與導(dǎo)航臺到飛機的距離成比例，測出它們到達的時間差就可求得距離差。與兩個定點保持等距離差的點的軌跡是球面雙曲面，因此這種系統(tǒng)的位置線是球面雙曲面與飛機所在高度的地心球面相交而成的雙曲線。利用3或4個地面導(dǎo)航臺可求得兩條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點即可定出飛機的位置。定位的雙值可用第三條雙曲線來消除。1.無線電導(dǎo)航1.4測速無線電導(dǎo)航設(shè)備多普勒雷達導(dǎo)航：當雷達發(fā)射一固定頻率的脈沖波對地掃描時，地面回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測出地面對雷達的徑向相對運動速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時間差，可以測出目標的距離。飛行器安裝的多普勒雷達在3~4個方向測量，就可以計算出飛行器的地速和偏流角。1.無線電導(dǎo)航1.5通信、導(dǎo)航、識別綜合系統(tǒng)美國JTIDS系統(tǒng)是一種通信、導(dǎo)航、識別綜合電子系統(tǒng)。成員之間有統(tǒng)一的時間標準，也知道任一成員的確切發(fā)射信號時間，多個成員之間可以確定相互位置，實現(xiàn)相對導(dǎo)航。只要其中一個成員知道自身地理位置，就可以使所有成員都能確定自己的地理位置，從而實現(xiàn)絕對導(dǎo)航。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)022.衛(wèi)星導(dǎo)航GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)空間部分在地球近圓軌道運行的24顆衛(wèi)星，分布在對赤道傾角55°的6個軌道面上?？刂撇糠钟杀O(jiān)控站、注入站、主控站構(gòu)成，負責監(jiān)測衛(wèi)星、校正衛(wèi)星參數(shù)。用戶部分GPS接收機接收衛(wèi)星廣播信號，解算當前位置。可以通過差分GPS技術(shù)，提高定位精度。慣性導(dǎo)航033.慣性導(dǎo)航3.1慣性導(dǎo)航原理加速度計陀螺儀v=v0+at，s=v0t+at2/2通過測加速度就可以測算位移加速度計陀螺儀可以測量航向角變化。陀螺儀拾振電極激振電極支撐機構(gòu)雙端固支音叉質(zhì)量塊慣性導(dǎo)航是通過測量飛行器的加速度，經(jīng)運算處理以獲得飛行器當時的速度和位置的一門飛行器定位綜合性技術(shù)。3.慣性導(dǎo)航3.2兩類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝在一個始終保持水平并有確定指向的機電平臺上。3.慣性導(dǎo)航3.2兩類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺儀和加速度計直接安裝在飛機上，測量軸與機體軸一致。捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)044.圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)4.1圖像匹配導(dǎo)航的原理與分類圖像匹配導(dǎo)航（制導(dǎo)）基于地表特征與地理位置之間的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)導(dǎo)航目的?？煞譃榈匦纹ヅ鋵?dǎo)航和景象匹配導(dǎo)航。數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)字式景象匹配區(qū)域相關(guān)器地形匹配區(qū)域景象匹配區(qū)域圖像匹配制導(dǎo)原理示意圖目標4.圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)4.2地形匹配導(dǎo)航地形匹配就是將飛行器實時測得的地形圖與預(yù)先存儲的數(shù)字地圖進行比對，測算查找飛行器地理位置。導(dǎo)彈航向測量高度海拔高度地面航跡相關(guān)處理航跡下測量的地形高度數(shù)據(jù)數(shù)字地形圖存貯在計算機中的高度數(shù)據(jù)地形高度預(yù)存區(qū)域?qū)嶋H地形(a)高度測量(b)相關(guān)處理4.圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)4.2地形匹配導(dǎo)航地形匹配技術(shù)多與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合，利用地形特征數(shù)據(jù)對主慣導(dǎo)系統(tǒng)的定位誤差進行修正，以提高定位精度。4.圖像匹配導(dǎo)航(制導(dǎo))技術(shù)4.3景象匹配制導(dǎo)景象匹配原理與地形高程匹配是一樣的，區(qū)別在于地形匹配是一維匹配定位，景象匹配是二維匹配定位。通過將景象進行二維數(shù)字化處理，制作景象匹配數(shù)字地圖，通過實時測量地圖與數(shù)字地圖進行比對，修正導(dǎo)彈制導(dǎo)誤差。天文導(dǎo)航055.天文導(dǎo)航

航空航天的天文導(dǎo)航是利用自然天體來測定飛行器位置和航向的導(dǎo)航技術(shù)。由于天體的坐標位置和它的運動規(guī)律是已知的，因此，只要測出天體相對于飛行器參考基準面的高度角和方位角，就能夠計算出飛行器的位置和航向。天文導(dǎo)航分為單星、雙星和三星導(dǎo)航。5.天文導(dǎo)航

星體跟蹤器可以測出飛行器的前進方向與天體方向之間的夾角（即航向角）。而天體在任一瞬間相對于南北子午線之間的夾角（即天體方位角）是已知的，從天體方位角中減去航向角就得到飛行器的真航向角。組合導(dǎo)航066.組合導(dǎo)航用兩種或兩種以上的非相似導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以對各種導(dǎo)航系統(tǒng)取長補短，提高導(dǎo)航系