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1、导航系统,孙淑光 电子工程系 2019/10/22,2019年10月22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,2019年10月22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,2019年10月22日,导航系统,4,维修,2019年10月22日,导航系统,5,FAA航空电子认证过程,2019年10月22日,导航系统,6,航空电子系统认证过
2、程,2019年10月22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,2019年10月22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,
3、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,2019年10月22日,导航系统,9,航空电子架构体系,2019年10月22日,导航系统,10,航空电子架构体系,2019年10月22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
4、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,2019年10月22日,导航系统,12,功能与系统,2019年10月22日,导航系统,13,2019年10月22日,导航系统,14,2019年10月22日,导航系统,15,2019年10月22日,导航系统,16,功能与系统,2019年10月22日,导航系统,17,功能与系统,2019年10月22日,导航系统,18,2019年10月22日,导航系统,19,2019年10月22日,导航系统,20,2019年10月22日,导航系统,21,导航系统的功能,功能与系统,2019年10月22日,导航系统,
5、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,2019年10月22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
6、RNP参数 基于性能的导航（PBN),课程内容,2019年10月22日,导航系统,24,地球的大小与形状,导航基础,2019年10月22日,导航系统,25,地理纬度,导航基础,2019年10月22日,导航系统,26,地理经线,导航基础,2019年10月22日,导航系统,27,位置描述经纬度,导航基础,2019年10月22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,2019年10月22日,导航系统,29,航向、地磁概念-地磁,传统导航,2019
7、年10月22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,2019年10月22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）。,2019年10月22日,导航系统,32,飞机磁场及罗子午线,导航基础,2019年10月22日,导航系统,33,航向概念,导航基础,2019年10月22日,导航系统,34,D,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：,A,B,大圆圈线,a,b,T,导航基础,2019年10月22日,
8、导航系统,35,飞机航线,导航基础,2019年10月22日,导航系统,36,大圆航线与等角航线,导航基础,2019年10月22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,2019年10月22日,导航系统,38,方位角,导航基础,飞机方位角1 VOR方位角3 相对方位角 2 飞机航向角4 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,2019年10月22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
9、不同的需要可以定义不同的坐标系,导航基础,惯性坐标系(inertial frame),太阳中心惯性坐标系,地心惯性坐标系,导航基础,2019年10月22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,X,Y,Z,equator,确定载体位置的坐标系,地球坐标系-earth fixed frame （运动物体在该坐标系中的定位 、R）,地理坐标系（东北天坐标系） East-North-Up frame,导航基础,2019年10月22日,大气数据与惯导,43,地球坐标系,地固坐标
10、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,XT,YT,ZT,赤道,本初子午线,X,*t,2019年10月22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),XT,YT,ZT,E,N,V,G,L,2019年10月22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,XB,YB,ZB,201
11、9年10月22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,2019年10月22日,导航系统,47,坐标系-地理坐标系,Geodetic navigation frame ( local-level ) -(TGL) or NED or (e , n,v) N and E are horizental, and N pointting to the nother and Epointting to the east direction V is vertical,XT,YT,ZT,E,N,V,G,L,返回,2019
12、年10月22日,导航系统,48,坐标系-惯性坐标系,Space-fixed or inertial frame (Galilean)- (a) or (I) or (X,Y,Z) X and Y are in the equator plane, X pointing certain star Z is the same axis as the earth rotation axis This frame is fixed frame,X,Y,Z,equator,返回,2019年10月22日,导航系统,49,坐标系-地球坐标系,terrestrial frame - (E) or (ECEF)
13、 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 meridian ZT is the same axis as the earth rotation axis This frame is a rotational frame, it rotate with the earth,XT,YT,ZT,equator,Greenwich meridian,X,*t,返回,2019年10月
14、22日,导航系统,50,坐标系-机体坐标系,Aircraft Body Frame:(XBYBZB) Fixed directions/Aircraft XB :Aircraft longitudinal axis YB :orthogonal to XB,in the wing plan ZB:orthogonal to XB and YB its orientation with respect to the Local-level frame (TGL) is defined by attitude angles - Euler angles: - roll - pitch - heading,XB,YB,ZB,返回,2019年10月22日,导航系统,51,坐标系-平台坐标系,Platform Frame:(XP,YP,ZP) maintained levelled ZP=ZG:Vertical,Up XP,YP,:Horizontal,
