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1、.成绩：期末考试占成绩：期末考试占 60%60%；上机占上机占 20%20%；平时占平时占 20%20%。学时：授课学时：授课48+48+上机上机1616.内容：共三局部内容：共三局部导航系统概述导航系统概述GPS惯性导航惯性导航*其它导航方式其它导航方式以以GPS为主为主.第第1 1章章 导航系统概述导航系统概述问：问：一个人从一个地方走到另一个地方是否需要导航？一个人从一个地方走到另一个地方是否需要导航？答：需要。答：需要。日常生活中的运动体都在不同程度的进行着某种形式日常生活中的运动体都在不同程度的进行着某种形式的导航。的导航。运动体运动体比方，学生从宿舍到食堂，再到教室的过程。比方，学
2、生从宿舍到食堂，再到教室的过程。.简要介绍各种导航系统的根本情况、根本概念和知识点简要介绍各种导航系统的根本情况、根本概念和知识点1.1 1.1 导航、大地测量与制导导航、大地测量与制导1.2 1.2 导航技术开展简介导航技术开展简介1.3 1.3 导航的坐标与原理导航的坐标与原理1.4 1.4 地球形状描述及曲率半径地球形状描述及曲率半径.1.1 1.1 导航、大地测量与制导导航、大地测量与制导1.1.1 1.1.1 导航与导航系统导航与导航系统1.1.2 1.1.2 大地测量大地测量1.1.3 1.1.3 制导制导1.1.4 1.1.4 导航与制导的区别导航与制导的区别1.1.5 1.1.
3、5 导航系统开展趋势导航系统开展趋势.检测和确定这些参数是通过检测和确定这些参数是通过 完成。完成。载体运载体在空间运动过程的根本参数？载体运载体在空间运动过程的根本参数？具有导航功能的系统具有导航功能的系统 、是载体运动过程的根本参数。是载体运动过程的根本参数。位置位置 速度速度 姿态姿态导航的实质：导航的实质：即是要获取载体的这三个根本参数即是要获取载体的这三个根本参数 或其中一局部参数。或其中一局部参数。.1 1什么是导航？什么是导航？导：引导导：引导航：航行航：航行导航：导航：引导载体到达目的地的引导载体到达目的地的 和和 过程。过程。确定载体的确定载体的 和和 ；引导一个物体从一个地
4、方航行到另一个地方的科学。引导一个物体从一个地方航行到另一个地方的科学。1.1.1 1.1.1 导航与导航系统导航与导航系统位置位置姿态姿态控制控制 指示指示泛指：飞行器、舰船、车辆、人、动物，等泛指：飞行器、舰船、车辆、人、动物，等过程过程速度速度.2 2导航分两类：导航分两类：自主式导航自主式导航：非自主式导航非自主式导航：1.1.1 1.1.1 导航与导航系统导航与导航系统用于飞行器或船舶上的设备导航，有惯性用于飞行器或船舶上的设备导航，有惯性导航、多普勒导航和天文导航等；导航、多普勒导航和天文导航等；用于飞行器、船舶、汽车等交通设备与用于飞行器、船舶、汽车等交通设备与有关的地面或空中设
5、备相配合导航，有有关的地面或空中设备相配合导航，有无线电导航、卫星导航。无线电导航、卫星导航。.3 3导航的任务：导航的任务：提供运动载体的提供运动载体的 6 6自由度导航参数；即自由度导航参数；即 3 3维位置和维位置和 3 3维角维角度，它们决定一个物体在三维空间的度，它们决定一个物体在三维空间的位置位置和和姿态姿态。4 4导航系统：导航系统：能提供导航参数，实现导航任务的软件和硬件。能提供导航参数，实现导航任务的软件和硬件。导航装置通常分为导航装置通常分为陆基陆基和和星基星基两大类。两大类。1.1.1 1.1.1 导航与导航系统导航与导航系统早期导航系统：主要由功能单一的仪表组成；早期导
6、航系统：主要由功能单一的仪表组成；当前导航系统：由各种传感器所构成的高精度复杂系统。当前导航系统：由各种传感器所构成的高精度复杂系统。.导航系统有导航系统有 2 2 种工作状态：种工作状态：指示指示状态：状态：自动导航自动导航状态：状态：在这两种工作状态下：导航系统的作用只是提供导航参数，为在这两种工作状态下：导航系统的作用只是提供导航参数，为 自动控制和导引载体按预定轨迹准确自动控制和导引载体按预定轨迹准确 到达目的地的制导过程提供信息保障。到达目的地的制导过程提供信息保障。1.1.1 1.1.1 导航与导航系统导航与导航系统导航系统提供的导航信息仅供驾驶员操作和引导导航系统提供的导航信息仅
7、供驾驶员操作和引导载体之用，导航系统不直接对载体进行控制。载体之用，导航系统不直接对载体进行控制。导航系统直接提供信息给载体的自动驾驶控制导航系统直接提供信息给载体的自动驾驶控制系统，由其操纵和引导载体。系统，由其操纵和引导载体。.1.1.2 1.1.2 大地测量大地测量目标：获取位置和方向。主要研究和测定地球形状、大小目标：获取位置和方向。主要研究和测定地球形状、大小 和重力场。以及测定地面点几何位置。和重力场。以及测定地面点几何位置。典型：典型：GPSGPS定位。定位。作用对象作用对象定位方式定位方式输出物理量输出物理量 实时性要求实时性要求导航导航运动载体运动载体动态定位动态定位 速度、
8、姿态、速度、姿态、位置位置很高很高大地测量大地测量地面物体地面物体静态定位静态定位精确位置精确位置不高不高表表1.1 1.1 导航与大地测量的区别导航与大地测量的区别.1.1.3 1.1.3 制导制导 制导是一个与导航紧密相关的概念，用于导弹、制导炸制导是一个与导航紧密相关的概念，用于导弹、制导炸 弹弹/炮弹、鱼雷等武器。炮弹、鱼雷等武器。制导：制导：自动控制和导引载体按预定航迹准确到达目标的自动控制和导引载体按预定航迹准确到达目标的过程过程。包括：应用导航的测量值和自动控制的全部闭环过程。包括：应用导航的测量值和自动控制的全部闭环过程。制导系统：制导系统：实现导引和控制载体按预定航迹导向目标
9、的软、硬件。实现导引和控制载体按预定航迹导向目标的软、硬件。闭环闭环.1.1.3 1.1.3 制导制导制导系统的主要功能制导系统的主要功能3 3点：点：1 1根据起始点、目标点和约束条件，建立航迹参数根据起始点、目标点和约束条件，建立航迹参数 航路点、航线等。航路点、航线等。2 2由导航系统测量载体运动，确定载体的导航参数由导航系统测量载体运动，确定载体的导航参数 位置、速度、姿态。位置、速度、姿态。3 3根据航迹和运动参数，自动产生控制制导信息，根据航迹和运动参数，自动产生控制制导信息，传输给载体相应的控制系统。传输给载体相应的控制系统。.例如：例如：载体上的自动驾驶系统结合计算机已存储的飞
10、行路径中各载体上的自动驾驶系统结合计算机已存储的飞行路径中各航路点的位置信息。航路点的位置信息。根据导航系统提供的即时导航参数绝对参数。根据导航系统提供的即时导航参数绝对参数。计算出各种可用来纠正航行偏差的制导参数相对目标参计算出各种可用来纠正航行偏差的制导参数相对目标参数，如：应飞航迹角、偏航角、航迹角误差、偏航距、数，如：应飞航迹角、偏航角、航迹角误差、偏航距、待飞距离待飞距离/时间，等。时间，等。.1.1.3 1.1.3 制导制导图图1.1 导航制导参数示意图导航制导参数示意图.预定航迹预定航迹参数设置参数设置航行控制航行控制计算机计算机航行操作航行操作控制系统控制系统指令指令载体运动载
11、体运动导航系统导航系统信息信息图图1.2 导航制导闭环控制系统示意图导航制导闭环控制系统示意图1.1.3 1.1.3 制导制导.1.1.3 1.1.3 制导制导载体的制导参数是利用给定航行方案和导航参数计算得出。载体的制导参数是利用给定航行方案和导航参数计算得出。利用制导参数和载体操纵规律，计算出载体的操纵指令。利用制导参数和载体操纵规律，计算出载体的操纵指令。通过航行控制系统，可实现载体的航行自动化。通过航行控制系统，可实现载体的航行自动化。航行控制系统能在任务、地理、气象等情况发生改变的条航行控制系统能在任务、地理、气象等情况发生改变的条件下，自动计算规划出最优的航行路径；并将航行控制系件
12、下，自动计算规划出最优的航行路径；并将航行控制系统与导航系统组合在一起，完成航行任务。统与导航系统组合在一起，完成航行任务。.导航与制导导航与制导 的区别。两者的概念就已交叉，的区别。两者的概念就已交叉，随着科学的开展，更是相互融合。随着科学的开展，更是相互融合。实行实行导航导航时，要确定飞行器的位置，并且航迹是事先确时，要确定飞行器的位置，并且航迹是事先确定的，导航要实时、连续地给出飞行器的位置、速度、定的，导航要实时、连续地给出飞行器的位置、速度、加速度、航向等导航参数。加速度、航向等导航参数。制导那么是利用导航系统输出的加速度、速度、位置和制导那么是利用导航系统输出的加速度、速度、位置和
13、航向姿态等信息，形成指令信号，控制载体的姿态、航航向姿态等信息，形成指令信号，控制载体的姿态、航向或发动机，使其按预定轨道航行并到达目的地。向或发动机，使其按预定轨道航行并到达目的地。1.1.4 1.1.4 导航与制导的区别导航与制导的区别 没有本质没有本质.导航：对象范围大，常指载体，也可指人。导航：对象范围大，常指载体，也可指人。制导：对象范围小，常指武器制导：对象范围小，常指武器(导弹、制导炸弹导弹、制导炸弹/炮弹、鱼雷炮弹、鱼雷)。导航：给出航线引导目标到达预定点。导航：给出航线引导目标到达预定点。制导：导引并控制目标到达预定点。制导：导引并控制目标到达预定点。导航：获得目的地的当前相
14、对位置。导航：获得目的地的当前相对位置。制导：决定如何到达目的地。制导：决定如何到达目的地。导航：你目前的方位包括三个位置参数和三个姿态参数。导航：你目前的方位包括三个位置参数和三个姿态参数。制导：要到达目的地，你应该怎么走。制导：要到达目的地，你应该怎么走。导航：给人指路。导航：给人指路。制导：给人带路。制导：给人带路。1.1.4 1.1.4 导航与制导的区别导航与制导的区别 .1.1.5 1.1.5 导航系统开展趋势导航系统开展趋势现代运载体的导航特点现代运载体的导航特点5 5点：点：高精度精确打击高精度精确打击长时间连续巡航、巡逻长时间连续巡航、巡逻远远 程客机跨洋飞行、导弹与轰炸机洲际
15、攻击程客机跨洋飞行、导弹与轰炸机洲际攻击对导航系统的准确性和可靠性提出了更高的要求，对导航系统的准确性和可靠性提出了更高的要求，航行控制系统与导航系统的组合航行控制系统与导航系统的组合单一的导航方式已不能满足需求。单一的导航方式已不能满足需求。高可靠性高可靠性.综合惯性导航与其它导航方式，综合惯性导航与其它导航方式，随着科学的开展和导航需求的提高，导航系统向随着科学的开展和导航需求的提高，导航系统向综合化综合化全天候全天候高精度高精度高可靠性高可靠性高自主性高自主性智能容错智能容错的全信息融合开展。的全信息融合开展。构成以惯导为主、其它导航方式为辅的构成以惯导为主、其它导航方式为辅的组合导航组
16、合导航系统。系统。采用现代控制理论信息融合方法，采用现代控制理论信息融合方法，1.1.5 1.1.5 导航系统开展趋势导航系统开展趋势.1.2 1.2 导航技术开展简介导航技术开展简介1.2.1 1.2.1 概述概述1.2.2 1.2.2 早期的导航方式早期的导航方式1.2.3 1.2.3 无线电导航无线电导航1.2.4 1.2.4 多普勒导航多普勒导航1.2.5 1.2.5 惯性导航惯性导航1.2.6 1.2.6 卫星导航卫星导航1.2.7 1.2.7 地形辅助导航地形辅助导航1.2.9 1.2.9 组合导航组合导航1.2.8 1.2.8 天文导航天文导航.1.2.1 1.2.1 概述概述早期的导航方法：依靠星座、磁罗盘、地标、速度表、时早期的导航方法：依靠星座、磁罗盘、地标、速度表、时 钟等单一功能的导航仪表大致确定载体钟等单一功能的导航仪表大致确定载体 的路径、航向、速度。的路径、航向、速度。以航空导航为例：以航空导航为例：飞行前，制定飞行方案，以确定飞行路径。飞行前，制定飞行方案，以确定飞行路径。飞行中，依靠磁罗盘、无线电罗盘、陀螺地平仪、速飞行中，依靠磁罗盘、无线电罗盘、陀螺
