导航系统-导航基础

导航系统孙淑光电子工程系2023/2/52023年2月5日导航系统2航空电子专业培养目标电子信息工程专业学生培养目标培养目标航空电子维修航电系统原理及拓扑关系系统维修方法飞机飞行控制系统飞机安全运行系统维修技术2023年2月5日导航系统3维修观念的改变由被动维修变主动维修与主动预防用设计的理念来指导维修不能满足于知其然，而应追求知道其所以然航空电子专业培养目标航空安全保障2023年2月5日导航系统4维修2023年2月5日导航系统5FAA航空电子认证过程2023年2月5日导航系统6航空电子系统认证过程2023年2月5日导航系统7航空电子功能与系统功能--完成相关要求:与动词紧密相连

如:控制飞机按计划飞行、告诉飞机其所在位置有两种不同的功能与飞机控制紧密相关的，如飞行控制、制导与飞机的控制不太相关的，如通信、监视系统系统是利用一定的手段来实现要完成的功能，所以不同的飞机，其实现手段、系统组成有可能会不同。一个系统可能是另一个系统中的一个部件，如：操纵系统是飞行控制系统的一个子系统功能与系统2023年2月5日导航系统8系统的特点系统的特点包含下列两个方面：架构设计（通常由飞机制造商完成）将功能分成各项子功能将各子功能分配给不同的组件(传感器,计算机,作动筒,控制盒,显示,...)组件的冗余组件的类型(是否需要监视,...)组件间的互联技术实现（由部件制造商决定，飞机制造商协助）每一个组件的实现技术（机械的、电子的、电气的、液压的，……）功能与系统2023年2月5日导航系统9飞机飞行控制系统轨迹控制性能控制飞行计划导航制导飞机动力性能优化导航原理导航实现……传统导航区域导航所需导航性能基于性能的导航ADFVORDMEILSGPSADCIRS飞行原理飞行控制……VOR/DMEDME/DME指标要求：精度、完好性、连续性、有效性；最小放行清单(MEL)导航设施、导航规范、导航应用；最小放行清单(MEL)基本原理、系统实现与组成……显示……飞行操纵飞行指引自动驾驶……基本原理、系统实现与组成航空电子架构体系2023年2月5日导航系统10飞机安全运行通信监视通信原理与手段通信系统TCASEGPWS……话音记录对外话音通信内话系统对外数据链通信飞行内话服务内话HF客舱内话VHFSELCALAMSSVDL……HFDLACARS……基本原理、系统实现与组成WXR……ATC……集成监视自动相关监视(ADS)……航空电子架构体系2023年2月5日导航系统11飞机的控制控制（Piloting，短期）需要知道飞机沿三个轴的运动所需要的基本参数：姿态、航向、空速、马赫数、高度及高度变化率制导（Guiding，长期）引导飞机从A点运动到B点所需要的基本参数：飞行计划、飞机的位置参数、相对位置参数、航向、高度及高度变化率、速度导航系统为飞机的控制及制导提供所需的参数功能与系统2023年2月5日导航系统12功能与系统2023年2月5日导航系统132023年2月5日导航系统142023年2月5日导航系统152023年2月5日导航系统16功能与系统2023年2月5日导航系统17功能与系统2023年2月5日导航系统182023年2月5日导航系统192023年2月5日导航系统202023年2月5日导航系统21导航系统的功能功能与系统2023年2月5日导航系统22导航系统要实现的功能告诉飞行员飞机的姿态、航向、速度、高度、相对位置等（传统）告诉飞行员飞机的位置（现代）告诉飞行员飞机的位置以及该信息的可靠程度（现在及将来）系统（实现手段，对应的系统）传统导航功能实现的手段：大气数据仪表、陀螺仪表、无线电导航现代导航功能实现手段：RNAV（卫星导航、IRS、DME/DME、DME/VOR）现在及将来导航功能实现手段：PBN（RNP）功能与系统2023年2月5日导航系统23导航系统课程内容导航基础传统导航仪表导航无线电导航区域导航简单区域导航（DME/DME、DME/VOR）卫星导航惯性导航所需导航性能RNP参数基于性能的导航（PBN)课程内容2023年2月5日导航系统24地球的大小与形状导航基础2023年2月5日导航系统25地理纬度导航基础2023年2月5日导航系统26地理经线导航基础2023年2月5日导航系统27位置描述—经纬度导航基础2023年2月5日导航系统28航向、地磁概念地球的经纬线及经纬度地磁地球的磁性地磁三要素磁倾地磁水平分量磁差航向-----飞机纵轴与子午线在水平面上的夹角真航向磁航向罗航向大圆航向导航基础2023年2月5日导航系统29航向、地磁概念----地磁传统导航2023年2月5日导航系统30航向、地磁概念-----航向（一）真航向、磁航向间的关系导航基础2023年2月5日导航系统31航向、地磁概念-----航向（一）导航基础（1）各地磁差不相同；（2）磁性矿藏影响大；（3）随时间变化（年变率）；（4）受磁暴影响（时间不长）。2023年2月5日导航系统32飞机磁场及罗子午线导航基础2023年2月5日导航系统33航向概念导航基础2023年2月5日导航系统34ψD航向、地磁概念-----航向（三）大圆航向=真航向-经线收敛角其中，经线收敛角为：AB大圆圈线λaλbψT导航基础2023年2月5日导航系统35飞机航线导航基础2023年2月5日导航系统36大圆航线与等角航线导航基础2023年2月5日导航系统37方位角导航基础方位角：以经线北端为基准，顺时针量到水平面上某方向线的角度。（表示方位时必须明确以哪一点为基准点）飞机方位角电台方位角（VOR方位角）相对方位角2023年2月5日导航系统38方位角导航基础飞机方位角θ1VOR方位角θ3相对方位角θ2

飞机航向角θ4角度之间的关系：VOR方位角

=飞机方位角+180°=相对方位角+飞机航向角

2023年2月5日导航系统39坐标系用来描述航行器位置、姿态的基准根据不同的需要可以定义不同的坐标系导航基础惯性坐标系(inertialframe)太阳中心惯性坐标系地心惯性坐标系导航基础2023年2月5日大气数据与惯导41惯性坐标系地心惯性坐标系OXY在赤道平面内OX指向空间的恒星点（春分点）OY与OX垂直OZ指向地球自转轴方向惯性空间的静止坐标系XYZequator确定载体位置的坐标系地球坐标系-earthfixedframe（运动物体在该坐标系中的定位λ、φ、R）地理坐标系（东北天坐标系）East-North-Upframe导航基础2023年2月5日大气数据与惯导43地球坐标系地固坐标系(ECEF)（WGS-84）OXTYT

在赤道平面，OXT

指向本初子午线OYT与OXT

垂直OZT

指向地球自转轴方向随着地球的自转而转动XTYTZT赤道本初子午线XΩ*tΩ2023年2月5日大气数据与惯导44地理坐标系原点：飞机中心在地面上的投影水平面内指向东方向（OX）水平面内指向北方向（OY）地垂线方向（OZ)XTYTZTENVGL2023年2月5日大气数据与惯导45机体坐标系

机体固定坐标系:(OXBYBZB)OXB:飞机纵轴方向OYB:机翼平面内垂直纵轴OZB:飞机竖轴方向

XBYBZB2023年2月5日大气数据与惯导46平台坐标系平台坐标系:(OXP,YP,ZP)由陀螺控制实现模拟相应的坐标系一般为水平坐标系

2023年2月5日导航系统47坐标系--地理坐标系Geodeticnavigationframe(local-level)-(TGL)orNEDor(e,n,v)NandEarehorizental,andNpointtingtothenotherandEpointtingtotheeastdirectionVisverticalXTYTZTENVGL返回2023年2月5日导航系统48坐标系--惯性坐标系Space-fixedorinertialframe(Galilean)-(a)or(I)or(X,Y,Z)XandYareintheequatorplane,XpointingcertainstarZisthesameaxisastheearthrotationaxisThisframeis‘fixed’frameXYZequator返回2023年2月5日导航系统49坐标系--地球坐标系terrestrialframe-(E)or(ECEF)orWGS-84or(T)or(XT,YT,ZT)XTandYTareintheequatorplane,XTisintheintersectionoftheequatorplaneandtheGreenwichmeridianZTisthesameaxisastheearthrotationaxisThisframeisarotationalframe,itrotatewiththeearthXTYTZTequatorGreenwichmeridianXΩ*tΩ返回2023年2月5日导航系统50坐标系--机体坐标系

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

itsorientationwithrespecttotheLocal