第一章地图

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1、空中导航,第一章 绪论,日常生活中的导航问题： 在一个陌生的城市，想找到要去的地方，如果不问路的话，你常采用什么方法? 实际上是要解决三个基本问题：定位、定向和确定行进时间。,空中导航的概念,定义：使用飞机领航系统，引导飞机沿预定航线从地球表面的一点准确、准时、安全地 飞至地球表面另一点的一门应用科学。 思考：要使飞行达到准确、准时、安全的目的,必须解决哪些问题? 思考：与日常生活中遇到的导航问题有何共通和不同之处？,1.空中导航的三个基本问题,1.定位： 导航的首要和基本问题，是确定应飞航向和飞行时间的基础； 可以采用的定位方法:目视,无线电,区域导航等； 定位后判断偏航,进而修正航向等参量

2、。,2.确定应飞航向： 目的是修正风的影响，使飞机沿着预定的航迹飞行； 要根据飞行高度上风速、风向和预定航迹的关系确定实际应飞航向。 3.确定飞行时间： 目的是准确把握飞行进程，及时修正飞行速度，确保飞机能够准时到达目的地 ； 根据飞行计划的要求，利用航路检查点检查飞机的飞行进程，采取相应的措施消磨和吸收飞行时间。,2.领航学研究的基本内容,导航基础理论：飞行时空的基本概念、基本导航元素及其测量、航空地图及其使用、导航定位方法、飞机在空气中的运动规律等； 导航设备设施理论：导航仪表、导航设施的基本工作原理和使用方法等； 导航方法：地标推测导航方法、无线电导航方法和现代区域导航理论； 空中导航的

3、实施：空中导航的地面准备和空中实施的基本程序。,3.空中导航的发展史,1)古代传说中的导航： 据说大约在公元前2600年，黄帝部落与蚩尤部落曾经在涿鹿发生大战，由于有指南车的指引，黄帝的军队在大风雨中仍能辨别方向，因此取得了战争的胜利。,2)天文导航（Celestial Navigation) 利用天文罗盘、六分仪等，根据日月星辰的位置关系测定飞机的位置和航向 郑和下西洋：“过洋牵星图” ，“惟观日月升坠，以辨东西，星斗高低、度量远近” 。 欧美早期航海中使用的六分仪,天文导航的特点 优点 自主导航，隐蔽性好 抗干扰能力强 不受地域空域限制 设备简单，造价低 缺点 对民用航空而言，容易受到天气

4、的影响,3)地标领航 （Piloting Navigation） 火堆、旗语、地标 要求：要求目视条件好（VIS，Ceiling），飞行前做好充分准备 局限性：严重依赖地理环境、天气状况，飞行时空小,4)推测（罗盘）领航(Dead-Reckonging Navigation) 指南针；计里鼓；14世纪的磁罗盘 1906年前后德国.安休兹博士陀螺罗盘 1909年，俄国什瓦斯基 偏流公式 1910年航空地图 利用地标、结合罗盘及其他基本航行仪表，对照航图，根据飞机当前位置，推测飞机未来位置的领航方法。 飞行时空进一步扩大，但依然受到地理环境、天气状况、基本领航仪表精度及功能的限制。,5)无线电领航

5、（Radio Navigation) 根据无线电的传播特性，利用无线电领航设备进行定向、测距、定位，引导飞机飞行。 精度高；定位时间短，可以连续、适时的定位；能够在昼夜、复杂气象条件或缺少地标的条件现使用，大大扩大了飞行时空。 局限性：地面限制、电磁干扰 20世纪20年代出现，二战时期得到迅猛发展 测向系统：ADF、VOR、 ILS、 MLS（方位角、仰角、距离） 测距系统：DME 测向测距系统：VOR/DME， TACAN 测高系统：RA 测距差系统： OMEGA、LORAN,6)惯性导航INS（Inertial Navigation） 利用惯性元件测量飞机相对于惯性空间的加速度，在给定的初

6、始条件下，利用导航计算机的积分运算，确定飞机的姿态、位置、速度，引导飞机飞行。 完全自主导航；不受气象条件和地面导航设施限制，隐蔽性好；系统校准后短时定位精度高。 定位误差随时间而不断积累，存在积累误差；成本高。,7)卫星导航 通过测量飞机与导航卫星的相关位置来解算领航参数 1957年10月，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星。 1964年1月，美国海军成功研制出海军卫星导航系统“子午仪（Transit）卫星导航系统”，主要用于核潜艇的导航定位，1967年7月，部分导航电文解密，供民间商业应用，为远洋船舶导航和海上定位服务。 1973年，美国，GPS 1978年，前苏联GLONASS 欧洲空

7、间局1999年初正式推出Galileo导航卫星系统计划，预计于2008年建成，2010年全面投入民用。,8)区域导航 惯性导航、卫星导航以及飞行管理计算机系统的不断发展，使得导航手段发生了根本的变化。 飞机无需局限于地面导航设施形成的航线逐台飞行，而是根据飞行管理计算机系统管理来自惯性导航系统、卫星导航系统、或地面导航设施的导航信息，编排更加灵活的短捷的希望航线，计算飞机的航线偏离信息，并通过与自动驾驶耦合，实现自动驾驶，引导飞机沿着最佳的飞行路径飞行，从实践和设备上摆脱了地面导航设施的束缚，这种实施导航的方法称之为区域导航（RNAV：Area Navigation）,第二章 地球知识,主要内

8、容 2.1地球与定位 2.2地球与时间 2.3地球磁场 2.4航线,2.1 地球与定位,1.地球 地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的旋转椭球体 椭球的基本元素包括：极半径a，赤道半径b，扁率e=（b-a）/a 我国从1982年后开始采用IAG1975年推荐的GRS75椭球数据,极半径6356.755km,赤道半径6378.140km,扁率1：298.26。 空中导航实施中为了便于计算通常将地球看作是一个半径6371.001km的正球体,返回,上两页中，文字中的b,a和图中的不对应（赤道半径和极半径的表示方法矛盾）,20 世纪70年代早期,EUROCONTROL 在建设马斯特里希特高空管制中心，从

9、比利时、德国和荷兰的多雷达信号经过处理后，雷达的轨迹显示出现了差异，经调查是不兼容坐标系统所致。,大地坐标系的建立 采用统一的坐标系是空中导航的需要 世界大地测量坐标系WGS84（美国国防部制定） a=6378.137km b=6356.752km 推广WGS-84坐标系的重要意义： RNAV 导航台地理位置精度要求 主要机载导航设备均是基于WGS-84坐标系开发的 全球定位系统GPS的卫星星历数据和定位解都是以1984年建立的世界大地测量坐标系WGS84作为坐标框架，目前已被普遍采用于工程测量和导航定位。,1989 年3 月3 日，第十三届国际民航组织理事会126 次会议，批准了新航行系统小

10、组第4 次会议关 于采用世界地理坐标系（ WGS84）为国际民用航空未来导航标准坐标系的建议。,WGS-84已经成为全球标准椭球,2.地球的定位,定位方式： 飞机在地球表面有两种定位方式：相对定位和绝对定位 相对定位以显著地标或无线电导航台为参照物，通过飞机和地标或导航台之间的相对位置关系确定飞机的位置。 绝对定位是以地理坐标即经纬网格确定飞机在地球表面上的位置。,地心：地球的中心。 极点：地球的自转轴与地球的交点，包括南极和北极。 大圆圈：通过地心的平面与地球表面的割线。 小圆圈：不通过地心的平面与地球表面的割线。 纬线圈：与地轴垂直的平面与地球表面的割线。纬线指示东西方向。 赤道：通过地心

11、且与地轴垂直的平面与地球表面的割线。 经线圈：通过地轴的平面与地球表面的割线。 经线：经线圈被地轴分为两半，每一半都成为一条经线。经线指示南北方向。,2.1 地球基本的点，线，圈：,返回,2.2地理坐标,（1） 纬度（LAT：Latitude） 1）定义：地球表面上任意一点与地心的连线同赤道面的夹角称为该点的纬度 ，常用表示 2）纬度表示方法： (1)N3957 (2) 3957N (3) N3957(4)LAT N3957,1.1地球知识,返回,（2）经度（LONG：Longitude） 1）本初子午线：格林威治天文台原址中心的经线为本初子午线，本初子午线以东为东经，以西为西经 2）经度：某

12、条经线的经度，就是该地方经线平面和其始经线平面的夹角，叫该地方的经度，常用来表示。 3）经度表示方法： (1)E11619 (2) 11619E (3) E11619 (4)LONG E 11619,1.1地球知识,返回,(3)经纬度确定的地理位置,经线、纬线相互交织，构成了地球表面上的经纬网格，经线和纬线通过经纬度描述其度量值。地球表面上任意一点均有且仅有一条经线和一条纬线通过，因此通过经纬度可以唯一确定地球表面上点的位置。,2.2 地球与时间,本节主要内容: 时间与时刻的含义 日界线 日出、日没和天亮、天黑时刻 时间的测量,1.时间与时刻,(一)时间的含义 时刻：航空把事件发生的瞬间称为时

13、刻。 起飞时刻、落地时刻、预计到达下一定位点、报告点、检查点的时刻、航班时刻表。 如：飞机起飞时刻为10时45分(10:45或1045) 时间：两时刻之间的间隔称为时间。 飞行实耗时间、续航时间。 如：飞机从北京到上海飞行时间是1小时33分(01:33或1.33),返回,1218,(二)时间的量度 1、时间的基本单位是：日 真太阳日:真太阳连续两次经过上中天的时间间隔，一年中的真太阳日长短不等，使用不便。 平太阳日: 以均匀速度运行在天球赤道上且与地球公转同周期的假想点称为平太阳； 平太阳连续两次经过上中天的时间间隔，即地球相对平太阳自转一周的时间叫做平太阳日 2、平太阳时、分、秒,2.时间系

14、统及换算,（一）地方时 Local Time （1）定义：以当地经线正对太阳的时刻为正午12时，当地经线正背太阳的时刻为0时，太阳连续两次上中天的时间间隔为24小时，这样确定的时间称为地方时(LTLocal Time)。,（2）地方时的换算 地方时实际上是观测者所在的子午线的时间，不同地方的观测者都有自己的与他人不同的时间。 位于东边的观测者总是先看到太阳，因此东边的地方时总是比西边的地方时早 ，不同经线上的地方时之差等于经度差多对应的时间差，换算时注意“东加西减”。 地方时与经度的关系,1 、步骤 (1)查出两种时刻的基准线，并求出经度差； (2)将经度差换算为时刻差; (3) 按东加西减原

15、则换算时刻。,2 、举例,已知北京时是10:00，求成都(E10423)的地方时和世界时？ 经度差= 1537； 对应的时刻差=1:0228； 成都在北京的西边，故成都地方时LT=10:00 1:0228=08:5732 世界时UT= 10:00 8:00= 02:00,例： 已知锦州（E12107）的地方时是10：07，求此时北京（E11619）的地方时。,思考：地方时的优缺点？长途飞行采用地方时是否方便？,（二）区时(ZTMZone Time) （1）区时的定义： 中央经线； 从西经7.5到东经7.5（经度间隔为15）为零时区；从零时区的边界分别向东和向西，每隔经度15划一个时区,东、西各

16、划出12个时区； 东十二时区与西十二时区相重合，全球共划分成24个时区。 相邻两时区的区时相差1小时，东边时区的区时总比西边时区的区时早 ，区时之差等于时区序号之差,返回,返回,例 某飞机北京20：00起飞，求起飞的东十一区时刻和西五区时刻,(2)实际的区时 时区界线原则上按照地理经线划分，但在具体实施中，为了便于使用，往往根据各国的政区界线或自然界线来确定。 非标准时区（半时区等） 我国采用北京所在的东八时区的区时作为法定时间，称为北京时间。,思考：北京时是否是北京的地方时？,（三）世界时和协调世界时 （1）在国际通讯、航空及科学记录等领域，需要统一的时间标准，国际上规定采用零时区的区时作为全世界共同使用的时间系统，称为世界时（UTUniversal Time） ，也叫格林威治时间(GMTGreenwich Mean Time)。 （2）由于地球自转速度存在着周期性、不规则的变化和长期变慢的区时，每年大约要比原子时慢1秒钟，国际天文学会和国际无线电咨询委员会