導(dǎo)航系統(tǒng)-導(dǎo)航基礎(chǔ)

1、導(dǎo)航系統(tǒng)孫淑光電子工程系2022-3-212022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)2航空電子專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)電子信息工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)q培養(yǎng)目標(biāo)航空電子維修航電系統(tǒng)原理及拓?fù)潢P(guān)系系統(tǒng)維修方法飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)飛機(jī)安全運(yùn)行系統(tǒng)維修技術(shù)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)3維修觀念的改變q 由被動(dòng)維修變主動(dòng)維修與主動(dòng)預(yù)防q 用設(shè)計(jì)的理念來(lái)指導(dǎo)維修q 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(biāo)航空安全保障2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)4維修2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)5FAA航空電子認(rèn)證過(guò)程2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)6航空電子系統(tǒng)認(rèn)證過(guò)程2022年3月21日導(dǎo)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

2、動(dòng)詞緊密相連 如: 控制飛機(jī)按計(jì)劃飛行、告訴飛機(jī)其所在位置有兩種不同的功能 與飛機(jī)控制緊密相關(guān)的，如飛行控制、制導(dǎo) 與飛機(jī)的控制不太相關(guān)的，如通信、監(jiān)視q系統(tǒng)系統(tǒng)是利用一定的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)要完成的功能，所以不同的飛機(jī)，其實(shí)現(xiàn)手段、系統(tǒng)組成有可能會(huì)不同。一個(gè)系統(tǒng)可能是另一個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)部件，如：操縱系統(tǒng)是飛行控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)8系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)包含下列兩個(gè)方面：系統(tǒng)的特點(diǎn)包含下列兩個(gè)方面：q 架構(gòu)設(shè)計(jì)（通常由飛機(jī)制造商完成） 將功能分成各項(xiàng)子功能將功能分成各項(xiàng)子功能 將各子功能分配給不同的組件將各子功能分配給不同的組件(傳感器傳感器,計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī),作動(dòng)筒作

3、動(dòng)筒,控制盒控制盒,顯示顯示, .) 組件的冗余組件的冗余 組件的類型組件的類型 (是否需要監(jiān)視是否需要監(jiān)視, .) 組件間的互聯(lián)組件間的互聯(lián)q 技術(shù)實(shí)現(xiàn)（由部件制造商決定，飛機(jī)制造商協(xié)助） 每一個(gè)組件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)（機(jī)械的、電子的、電氣的、液壓每一個(gè)組件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)（機(jī)械的、電子的、電氣的、液壓的，的，）功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)9飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)軌跡控制軌跡控制性能控制性能控制飛行計(jì)劃飛行計(jì)劃導(dǎo)航導(dǎo)航制導(dǎo)制導(dǎo)飛機(jī)動(dòng)力飛機(jī)動(dòng)力性能優(yōu)化性能優(yōu)化導(dǎo)航原理導(dǎo)航原理導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)導(dǎo)航傳統(tǒng)導(dǎo)航區(qū)域?qū)Ш絽^(qū)域?qū)Ш剿鑼?dǎo)航性所需導(dǎo)航性能能基于性能的基于性能的導(dǎo)航導(dǎo)航ADFADFV

4、ORVORDMEDMEILSILSGPSGPSADCADCIRSIRS飛行原理飛行原理飛行控制飛行控制VOR/DMEVOR/DMEDME/DMEDME/DME指標(biāo)要求：精度、完好性、連續(xù)性、有效性；最指標(biāo)要求：精度、完好性、連續(xù)性、有效性；最小放行清單小放行清單(MEL)(MEL)導(dǎo)航設(shè)施、導(dǎo)航規(guī)范、導(dǎo)航應(yīng)用；最小放行清單導(dǎo)航設(shè)施、導(dǎo)航規(guī)范、導(dǎo)航應(yīng)用；最小放行清單(MEL)(MEL)基本原理、系統(tǒng)實(shí)基本原理、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與組成現(xiàn)與組成顯示顯示飛行操縱飛行操縱飛行指引飛行指引自動(dòng)駕駛自動(dòng)駕駛基本原理、系統(tǒng)實(shí)基本原理、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與組成現(xiàn)與組成航空電子架構(gòu)體系2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)10飛機(jī)安全運(yùn)行飛

5、機(jī)安全運(yùn)行通信通信監(jiān)視監(jiān)視通信原理與手段通信原理與手段通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)TCASTCASEGPWSEGPWS話音記錄話音記錄對(duì)外話音通信對(duì)外話音通信內(nèi)話系統(tǒng)內(nèi)話系統(tǒng)對(duì)外數(shù)據(jù)鏈通信對(duì)外數(shù)據(jù)鏈通信飛行內(nèi)話飛行內(nèi)話服務(wù)內(nèi)話服務(wù)內(nèi)話HFHF客艙內(nèi)話客艙內(nèi)話VHFVHFSELCALSELCALAMSSAMSSVDLVDLHFDLHFDLACARSACARS基本原理、系統(tǒng)實(shí)基本原理、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與組成現(xiàn)與組成WXRWXRATCATC集成監(jiān)視集成監(jiān)視自動(dòng)相關(guān)監(jiān)自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視視(ADS)(ADS)航空電子架構(gòu)體系2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)11飛機(jī)的控制q 控制（Piloting，短期） 需要知道飛機(jī)沿三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)

6、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q 制導(dǎo)（Guiding，長(zhǎng)期） 引導(dǎo)飛機(jī)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 所需要的基本參數(shù)：飛行計(jì)劃、飛機(jī)的位置參數(shù)、相對(duì)位置參數(shù)、航向、高度及高度變化率、速度導(dǎo)航系統(tǒng)為飛機(jī)的控制及制導(dǎo)提供所需的參數(shù)功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)12功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)132022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)142022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)152022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)16功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)17功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)182022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)192022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)202022年3月21日導(dǎo)航系

7、統(tǒng)21導(dǎo)航系統(tǒng)的功能功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)22導(dǎo)航系統(tǒng)q 要實(shí)現(xiàn)的功能 告訴飛行員飛機(jī)的姿態(tài)、航向、速度、高度、相對(duì)位置等（傳統(tǒng)） 告訴飛行員飛機(jī)的位置（現(xiàn)代） 告訴飛行員飛機(jī)的位置以及該信息的可靠程度（現(xiàn)在及將來(lái)）q 系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)手段，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)） 傳統(tǒng)導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)的手段：大氣數(shù)據(jù)儀表、陀螺儀表、無(wú)線電導(dǎo)航 現(xiàn)代導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)手段：RNAV（衛(wèi)星導(dǎo)航、IRS、DME/DME、DME/VOR） 現(xiàn)在及將來(lái)導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)手段：PBN（RNP）功能與系統(tǒng)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)23導(dǎo)航系統(tǒng)課程內(nèi)容q 導(dǎo)航基礎(chǔ)q 傳統(tǒng)導(dǎo)航 儀表導(dǎo)航 無(wú)線電導(dǎo)航q 區(qū)域?qū)Ш絨 簡(jiǎn)單區(qū)域?qū)Ш剑―ME/DM

8、E、DME/VOR）q 衛(wèi)星導(dǎo)航q 慣性導(dǎo)航q 所需導(dǎo)航性能q RNP參數(shù)q 基于性能的導(dǎo)航（PBN)課程內(nèi)容2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)24地球的大小與形狀導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)25地理緯度導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)26地理經(jīng)線導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)27位置描述經(jīng)緯度導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)28航向、地磁概念q 地球的經(jīng)緯線及經(jīng)緯度q 地磁 地球的磁性 地磁三要素 磁傾 地磁水平分量 磁差q 航向-飛機(jī)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)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)29航向、地磁概念-地磁傳統(tǒng)導(dǎo)航2022年3

9、月21日導(dǎo)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(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)31航向、地磁概念-航向（一）導(dǎo)航基礎(chǔ)（1）各地磁差不相同；（2）磁性礦藏影響大；（3）隨時(shí)間變化（年變率）；（4）受磁暴影響（時(shí)間不長(zhǎng)）。2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)32飛機(jī)磁場(chǎng)及羅子午線導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)33航向概念導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)34D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abTsinAB導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)35飛機(jī)航線導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)36大圓航線與等角航線導(dǎo)航基礎(chǔ)

10、2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)37方位角導(dǎo)航基礎(chǔ)方位角：以經(jīng)線北端為基準(zhǔn)，順時(shí)針量到水平面上某方向線的角度。（表示方位時(shí)必須明確以哪一點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)）q飛機(jī)方位角q電臺(tái)方位角 （VOR方位角）q相對(duì)方位角2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)38方位角導(dǎo)航基礎(chǔ)q 飛機(jī)方位角1 VOR方位角3q 相對(duì)方位角 2 飛機(jī)航向角4q 角度之間的關(guān)系： VOR方位角 =飛機(jī)方位角+180 =相對(duì)方位角+飛機(jī)航向角 2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)39坐標(biāo)系q 用來(lái)描述航行器位置、姿態(tài)的基準(zhǔn)q 根據(jù)不同的需要可以定義不同的坐標(biāo)系導(dǎo)航基礎(chǔ)慣性坐標(biāo)系(inertial frame) 太陽(yáng)中心慣性坐標(biāo)系 地心慣性坐標(biāo)系 導(dǎo)航基礎(chǔ)2

11、022年3月21日大氣數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)41慣性坐標(biāo)系 地心慣性坐標(biāo)系 OXY在赤道平面內(nèi) OX指向空間的恒星點(diǎn)（春分點(diǎn)） OY與OX垂直 OZ指向地球自轉(zhuǎn)軸方向 慣性空間的靜止坐標(biāo)系XYZequator確定載體位置的坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系-earth fixed frame （運(yùn)動(dòng)物體在該坐標(biāo)系中的定位 、R）地理坐標(biāo)系（東北天坐標(biāo)系） East-North-Up frame 導(dǎo)航基礎(chǔ)2022年3月21日大氣數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)43地球坐標(biāo)系 地固坐標(biāo)系 (ECEF) （WGS-84） OXTYT 在赤道平面，OXT 指向本初子午線 OYT與OXT 垂直 OZT 指向地球自轉(zhuǎn)軸方向 隨著地球的自轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)XTYTZT

12、赤道赤道本初子午線本初子午線X*t2022年3月21日大氣數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)44地理坐標(biāo)系 原點(diǎn)：飛機(jī)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)XTYTZTENVGL2022年3月21日大氣數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)45機(jī)體坐標(biāo)系機(jī)體固定坐標(biāo)系 OX :飛機(jī)縱軸方向機(jī)翼平面內(nèi)垂直縱軸飛機(jī)豎軸方向ZB2022年3月21日大氣數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)46平臺(tái)坐標(biāo)系平臺(tái)坐標(biāo)系由陀螺控制實(shí)現(xiàn)模擬相應(yīng)的坐標(biāo)系一般為水平坐標(biāo)系2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)47坐標(biāo)系-地理坐標(biāo)系Geodetic navigation frame ( local-level ) -(TGL) or NED or

13、(e , n,v)N and E are horizental, and N pointting to the nother and Epointting to the east directionV is vertical XTYTZTENVGL返回2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)48坐標(biāo)系-慣性坐標(biāo)系Space-fixed or inertial frame (Galilean)- (a) or (I) or (X,Y,Z)X and Y are in the equator plane, X pointing certain starZ is the same axis as the ear

14、th rotation axisThis frame is fixed frameXYZequator返回2022年3月21日導(dǎo)航系統(tǒng)49坐標(biāo)系-地球坐標(biāo)系terrestrial frame - (E) or (ECEF) or WGS-84 or (T) or (XT,YT,ZT)XT and YT are in the equator plane, XT is in the intersection of the equator plane and the Greenwich meridianZT is the same axis as the earth rotation axisThis frame is a rotational frame, it rotate with the ea