1 无线电导航基础
无线电导航的原理与应用
无线电导航的原理与应用一、导言无线电导航是一种利用无线电信号进行定位和导航的技术。
它广泛应用于航空、航海、车载导航和无人机系统等领域。
了解无线电导航的原理与应用对于理解现代导航系统的工作方式至关重要。
本文将深入介绍无线电导航的原理和其在不同领域的应用。
二、无线电导航原理无线电导航是基于无线电波传播的定位和导航技术。
其原理基于以下几个关键要素：1. 信号发射器无线电导航的系统中，会有一个或多个信号发射器，常用的是卫星导航系统中的卫星。
信号发射器会发送特定频率的无线电波信号。
2. 接收器接收器负责接收信号发射器发出的无线电波信号，并将其转化为导航系统能够识别和处理的信息。
3. 测距原理无线电导航中常用的测距原理包括时间测距、多普勒效应和信号强度测距等。
这些原理可以通过接收到的信号特征来确定位置和距离。
4. 三角定位法利用多个信号发射器和接收器，可以采用三角定位法来确定准确的位置。
通过测量不同信号到达接收器的时间差和距离，可以计算出接收器的位置。
三、无线电导航的应用1. 航空导航航空领域是无线电导航最常见的应用之一。
航空导航系统利用全球定位系统（GPS）等技术，能够实时、准确地定位飞机的位置。
无线电导航在航空领域中的应用使得飞行变得更加安全和高效。
2. 航海导航航海导航依赖于无线电导航系统来确定船只的位置和航向。
借助GPS和其他卫星导航系统，船只可以在海上定位和导航，避免撞船和迷航等危险情况。
3. 车载导航车载导航系统利用无线电导航原理来为驾驶员提供路线指引和实时导航。
通过全球定位系统和地图数据，驾驶员可以更好地规划行驶路线并避开交通拥堵。
4. 无人机导航无人机的导航是依赖于无线电导航技术实现的。
无人机可以利用GPS等定位系统精确导航，实现自主飞行和遥控飞行。
5. 军事应用无线电导航在军事领域也有广泛的应用。
军事导航系统能够为士兵和战机提供准确的定位和导航信息，提升军事行动的效率。
结论无线电导航作为一种基于无线电信号的定位和导航技术，广泛应用于航空、航海、车载导航和无人机等领域。
无线电导航基本原理
导航是一个时间和空间的联合概念，需要在特定的时刻描 述在特定空间位置的状态。空间位置的描述可以采用极坐标， 也可用直角坐标。由于导航通常是相对于某一具体目的地而 言的，因此采用极坐标（角度和距离）是方便而合理的。
在无线电导航的设计中往往构建一定的机制使得实际中测 量的无线电信号参量（幅度、频率及相位等）与角度（导航 台方位角、载体姿态角）、距离（距离、距离差）等几何参 量建立对应关系。然后利用几何参量与待求导航参数之间的 数学关系，即可求得所需的导航参量。
位置之间的数学关系进行位置的确定，称之为位置 线/面法； ➢ 另一种定位通过所测得的高阶运动参量，如速度等， 以积分的形势确定位置，称之为推航定位。
THANKS
飞机导航设备与维修
Aircraft navigation equipment and maintenance
raft navigation equipment and maintenance
第五节 无线电导航的基本原理
5.1 角度（方位）测量原理 5.2 距离测量原理 5.3 速度测量原理 5.4 定位原理
（1）脉冲测距测量 脉冲法测距，实质上是用窄脉冲对时间轴进行标定， 通过脉冲间隔读取时间，进而测量距离。通常，脉冲测 距有两种方式：有源方式和无源方式。
（2）相位测距测量 相位测距（差）是通 过测量电波在载体和导 航台之间信号相位的变 化来确定距离（差）。 如下图2-x为相位测距 示意图。
图 频率测距示意图
即如果将构成天线方向图的两个波束，部分的重叠起来， 则可以获得一条等讯号线。转动天线到两个波束接收信号 强度相等的方向，即可确定出导航台方位。 这种方法与最小值法类似，当两个波束的调制频率不同时 可以很容易地判断出载体偏离等讯号线的方向，其测量灵 敏度介于最大值法和最小值法之间。如下图2-x所示为比 较测向示意图。
无线电导航基础
无线电导航基础东苑电脑工作室目录一、串联谐振与并联谐振二、滤波器三、晶体管的高频放大特性四、正弦波振荡器五、频率合成器六、发射机原理七、无线电频率八、接收机原理九、莫尔斯电报码十、学习总结十一、深入学习调幅波十二、双边带信号十三、单边带信号十四、调频十五、频分复用十六、学习总结十七、脉冲测距十八、时分复用十九、高频电流通过导体二十、高频传输线二十一、认识阻抗圆图二十二、同轴电缆二十三、高频连接器二十四、天线二十五、半刚性电缆二十六、定向耦合器二十七、环行器一、串联谐振与并联谐振1、串联谐振串联谐振电路由电感、电容和电阻串联而成，见下图。
图1 串联谐振电路图在串联谐振电路中，电路的谐振频率为LCf π210=。
当输入信号的频率等于0f 时，电路产生谐振。
此时，串联电路的阻抗=R ，电抗为0，电路中出现电流最大值。
也就是说，在串联谐振电路中，电路呈现为低电阻特性，即为一条通路。
图2 串联谐振电流曲线图图3 串联谐振电压曲线图由于在谐振时，电路中电流很大，所以，在电容器上和电感线圈上产生有很高的谐振电压，只不过二者大小相等，相位相反。
二者电压叠加后，总的电抗电压是零。
2、并联谐振并联谐振电路由电感、电容并联而成，见下图。
并联谐振电路的谐振频率，也是LCf π210=。
图4 并联谐振电路图当输入信号的频率等于0f 时，电路产生并联谐振。
此时，并联电路的总阻抗为极大值，电路中电流为0。
图5 并联谐振电流曲线图也就是说，在并联谐振电路中，电路呈现为高电阻特性，即阻挡该频率信号通过的。
图6 并联谐振电压曲线图在并联谐振时，在回路两端将产生有很高的谐振电压。
3、在无方向信标中，天线调谐线圈与天线一起构成了串联谐振电路。
二、滤波器1、什么叫滤波？当信号通过一个系统时，在指定频带内的信号允许通过，而在指定频带以外的信号被阻止，这就是滤波。
允许通过的频带叫做通带，不允许通过的频带叫做阻带。
2、什么叫滤波器？滤波器是一种允许指定频率范围内的频带信号通过，而不允许其它频率信号通过的电路。
无线电导航原理
无线电导航原理无线电导航呢，就像是有一群超级小的小精灵在空中飞舞着给你指路。
这些小精灵其实就是无线电波啦。
你知道吗，无线电波这东西可神奇了，它能在空气中到处跑，就像调皮的小娃娃在大街小巷乱窜。
我们先来说说最基本的一种无线电导航设备——无方向信标（NDB）。
这个NDB就像是一个超级大喇叭，一直在喊：“我在这儿呢，我在这儿呢！”它不停地向四周发射无线电波。
那飞机或者轮船上面的接收设备呢，就像一个超级灵敏的小耳朵，听到这个声音之后，就能知道这个“大喇叭”在哪个方向啦。
比如说，你在一片大雾的森林里迷路了，突然听到有个人在一个方向大喊，你是不是就大概能知道往哪边走啦？这NDB就是这么个道理。
然后呀，还有甚高频全向信标（VOR）。
这个VOR就更高级一点啦，它就像是一个会发光的灯塔，不过这个光不是我们肉眼能看到的光，而是无线电波组成的“光”。
它发射出的电波就像一圈一圈的光环一样，每个光环都代表着不同的方向。
飞机或者船上的设备接收到这些电波之后，就能精确地知道自己相对于这个VOR台的方向啦。
这就好比你在一个大圆盘中间，圆盘上有很多彩色的线条，你只要看自己站在哪个线条的方向上，就知道自己该往哪走了。
再来说说测距仪（DME）。
这东西就像是一把超级精确的尺子。
它是怎么量距离的呢？它也是通过无线电波来工作的。
飞机或者船向DME台发射一个信号，然后这个台再回一个信号，就像两个人互相扔球一样。
通过计算这个信号来回的时间，就能算出两者之间的距离啦。
你想啊，你大喊一声，然后听到回声，如果你知道声音传播的速度，是不是就能算出你和那个反射声音的东西之间的距离呢？这DME就是这么聪明。
全球定位系统（GPS）那可就是无线电导航里的超级明星啦。
GPS就像天上有好多好多小眼睛在看着你。
这些小眼睛就是卫星啦。
卫星不停地向地球发射无线电信号，然后你的GPS接收设备就接收这些信号。
通过接收好多颗卫星的信号，就能算出自己在地球上的位置，精确到很小很小的范围呢。
最新2019-无线电导航理论基础第1章-PPT课件
协调世界时（Universal Time Coordinate）
为了协调原子时与世界时的关系，建立了一 种折衷的时间系统称之为协调世界时UTC
原子时虽然是秒长均匀的，稳定度很高的时间系 统，但其与地球自转无关。
世界时虽不均匀，但与地球自转紧密相关。 原子时的秒长与世界时的秒长不相等，两者每年
第一章 无线电导航理论基础
1.1 时间基准系统
1.1 宇宙时间系统 1.2 原子时间系统
1.2 空间坐标系统
1.2.1 地球几何形状 1.2.2 导航空间坐标系 1.2.3 空间坐标转换
1.3 载体航行基本导航参数
1.1时间基准系统
时间基准是自然科学理论及应用领 域中最基本的测量基准。
的电磁振荡9192631770周所经历时间为1原子秒； （2）原定义为1958年元月一日UT2零时为起算点。
但事后经国际上多台原子钟比对发现，原定义存在 误差，实际原子时的原点为：
（3）原子时是由高精度原子钟来保持的。目前，国 际上约有100台原子钟通过互相比对，并经过数据 处理推算出统一的原子时，称为国际原子时（TAI）。
平太阳日是以平子夜瞬间作为零点。
M TLA S1Th 2
3、世界时（Universal Time）
以平子夜为零时起计算的格林尼治平 U太TG 阳A 时M 称1T 为2 h 世界U时 TG 。 A SMT S1h2 从1956年开始，在世界时中加入了极
移修正和自转速度修正，得到的世界 时相应表示为UT1和UT2 UUTT21 未UUT经T10修T正s 的 世 界1 1 时(5 x 以psUTi0n 表y示pc。o )tsg
一、宇宙时间系统
以天体运动为基准的时间系统。
《无线电导航》课件
欢迎来到本课程《无线电导航》的PPT课件。
什么是无线电导航
无线电导航是一种通过无线电波传播和接收信号来进行准确定位和航行的技 术。它可以在航空、航海以及其他领域中发挥重要作用。
无线电导航的原理
无线电导航的原理涉及无线电波的特性、距离测量方法以及方位测量方法。 通过这些原理，我们可以实现精确的导航和定位。
常用的无线电导航系统
无线电导航系统有许多种类，其中包括VOR、NDB、DME和GPS。每种系统 都具有不同的航在航空领域和普通民用领域中都有广泛的应用。它在航行、定位和导航方面提供了很多帮助。
无线电导航的安全问题
使用无线电导航系统时，需要注意无线电干扰、误操作以及其他可能存在的 安全问题。保障系统的正常运行至关重要。
总结
无线电导航具有许多优势，并且在未来还有很大的发展潜力。欢迎提出建议 和反馈，帮助我们改进和完善这一技术。
无线电导航基本原理(3-5)第2章
一、角位置面
角参量都是相对一定的基准方向而言的,如偏航 角是机头方向相对于飞机与导航台的连线 基准方向可以是直线，也可以是平面，视具体的 导航方式而定。其位置面分别如下图所示:
u l cos l l x l y l z
T
u
x x u s
y y z u s z u
如果通过无线电方式测量到了三个独立的几何 参量，则可以得到，三个独立的位置面方程：
u1 u1 ( x, y , z ) u 2 u 2 ( x , y , z ) u u ( x, y, z ) 3 3
因而可以得到载体在空间中的三维位置。
地球表面的运动载体（或者是空中具有高度测量设 备的载体）通常只需要测量两个几何参量（或位置 面）就可以进行平面定位。
T s
பைடு நூலகம்
2 2 2 ( x x ) ( y y ) ( z z ) u s u s u s
( x x ) l ( y y ) l ( z z ) l u s x u s y u s z ( x x ) ( y y ) ( z z ) u s u s u s
T ˆ ˆ ˆ ˆ X [ x ,x ,.... x ] 1 2 m
T
Y ˆ ˆ Y Y ( X ) X ( X X ) ˆ X X
X X Xˆ , Y Y Y ( Xˆ ), Y H | X Xˆ X
T
Y H X
X H Y
只要求知道各时钟与系统标准时钟在比对时刻的 钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即 可。
只有当该钟积累钟差较大时才作跳步或闰秒 处理。
第1章 无线电导航基本理论
1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势
二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（7）
7.战术空中导航系统－塔康（TACAN） 军用测距测角系统，美国海军1955年研制； TACAN在功能上相当于民航的VOR和DME； TACAN台安装在航母或地面上，可为飞机同时 提供距地面台（航母）的方位和距离信息；
ADF-NDB，VOR，DME，ILS，MLS，GPS。
5.自主式（自备式）导航系统
只包括航行体上的无线电导航系统就能完 成导航任务的导航系统。
LRRA，INS（非无线电导航系统）。
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1.4 无线电导航系统的分类
一、常用无线电导航术语（6） 6.导航台 具有确定位置、辐射与导航参数有关的有 规定信号格式的发射/接收处理系统。
1.3 导航的分类 三、天体导航
1.定义：通过观测两个以上星体的位置参数（ 如仰角），来确定观察者在地球上的位置，从 而引导运动体航行 。 2.举例：通过观测两颗星的仰角来确定航行体 的位置。
3.特点：为自主式导航，保密性强，定位精度 高，受气候及环境影响，定位时间较长，比较 适合航海导航。
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1. 台卡系统（DECCA）
主要用于航海； 英国台卡导航仪公司研制； 1937年提出，1944年研制成功； 1954年开始普及（在欧洲应用最为广泛） ； 随着罗兰－C的建设和发展，台卡用户逐渐 减少。
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1.2 无线电导航的发展简史和发展趋势
二、第二阶段（从二战至20世纪60年代初）（2） 2. 罗兰系统（LORAN） 主要用于航海，美国研制； 罗兰－A，罗兰-C；
1.按所测量的电气参量划分
无线电导航物理基础
Aircraft navigation equipment and maintenance
Aircraft navigation equipment and maintenance
第六节 无线电导航的实现的基础
6.1 无线电导航的依据 6.2 基本的定位系统及定位方法的优先级选择
图 机载导航系统的基本结构
5.飞行管理系统
在没有出现飞行管理系统之前,飞机完全是人工驾驶的。 在飞行时,飞行员必须参考地图、飞机性能手册、航图、 各种图表等,依靠相应计算工具和各种仪表指示来人工操 纵飞机.使飞机在给定的航路上飞行,并控制飞机的轴线 加速度,使飞机按规定的时间到达目的地,那时飞行员工 作量很大，一般机组还要配备专门的领航员。
现代民航运输飞机均加装了飞行管理系统(FMS),FMS能使整 个飞行过程除起飞,着陆的很短时间外实现全自动导航,不但 极大地减轻了飞行员的工作负担,提高了飞机操作的自动化 程度,更主要的是该系统能提供从起飞到进近着陆的最优横 向和垂直飞行剖面,保证了导航制导实施的品质,以最优性能 来管理飞机的飞行。
图 θ-θ定位
（2）ρ-ρ定位如图2-x所示。
图 ρ-ρ定位
（3）ρ-θ定位如图2-x所示。
图 ρ-θ定位
2.无线电导航定位方法的优先 级选择 在介绍的无线电导航的θ-θ定 位、ρ-θ定位、ρ-ρ定位以及 双曲线定位四种定位体制中, 民用航空目前只使用前三种定 位方式,并且在选择定位方式 上是有优先级的。
无线电导航的基本任务是:测距和测向。 由于无线电波具有3个基本特性： ➢ （1）在同一介质中,无线电波按直线(或最短路径)传播; ➢ （2）无线电波在传播路径中,遇到不连续媒质时将产生 反射; ➢ （3）在同一介质或理想均匀媒质中,无线电波的传播速 度为常数;。这些特性为测距利测角奠定了基础。
无线电导航系统
无线电导航基础
无线电导航定位原理
通过无线电信号参量所测量到的几何、物理参量来确定用户的 方位、距离、姿态等导航参量可以较直接地由无线电参量（如幅 度测角、时间测距、相位测姿等）测量得到，而用户的位置参量 则需要较复杂的导航解算，主要有两种方法：通过测量的几何参 量与几何位置之间的数学关系进行定位，通常称为位置线法；通 过测量的物理参量（如速度、加速度等）与几何位置之间的运动 学关系确定位置，一般称为推航定位法。
无线电导航基础
天线及馈线
天线及馈线主要涉及的研究内容有：天线的作用、天线的分类、 天线的特性指标及其影响因素、馈线。 1. 天线在无线电波传输中的作用是什么？ 天线是任何无线电设备和系统必不可少的前端（对接收机）或 后端（对发射机）器件。 在不同设备和系统中作用基本相同，用来实现传输线中的射频 电流能量与空中传播的电磁波能量之间的转换，对线上和空中的 电信号起到沟通和连接的作用。
END
无线电导航基础
无线电导航基础
有源测距： 信号在用户和导航台站之间经历了往、返两个传播过程（这 时用户需要发射信号），通过测量信号在空间的往返传播时间计 算出用户和导航台站之间的距离。
无线电导航基础
无源测距： 用户仅仅接收导航台站发来的电波信号，利用本地时间测量 信号的到达时刻，同时由接收信号的电文中获知信号的发射时刻。 利用本地的接收时刻与导航电文中数据所提供的发射时刻之差， 即可完成距离的测量。 因此，无源测距要求用户的时钟与导航台的时钟必须严格同 步，即保持同频同相，或者说既无频差又无钟差。
无线电导航基础
运载体接收到无限波信号以后，如何实现 导航与定位，由此涉及的内容主要有： 1. 空间坐标系； 2. 无线电测量原理； 3. 无线电导航定位原理； 4. 无线电导航系统的工作区。
导航系统-无线电导航
6 按飞机的飞行区域分 航路、终端区
2019年11月26日
导航系统
6
传统导航—无线电导航 自动定向机（ADF)
传统导航—无线电导航
ADF概述
自动定向机（ADF）是一种具有广泛用途的无线电 导航设备，1925年开始试验，1927年首次使用。
自动定向机（ADF）系统是一种导航辅助系统。 ADF接收机使用来自地面站的调幅（AM）信号来计 算ADF地面站相对于飞机纵轴的方位。ADF系统也 接收标准调幅无线电广播。
导航系统
28
传统导航—无线电导航
甚高频全向信标（VOR）
航路VOR台（A类） 频率112.00——118.00MHZ(频率间隔50KHZ)，功率
200W，工作距离200NM。
终端VOR台（B类） 频率108.00——112.00MHZ(频率间隔50KHZ，小数
点后第一位为偶数)，功率50W，工作距离25NM。 注：VOR台的识别码都是三个英文字母
2019年11月26日
导航系统
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传统导航—无线电导航 EHSI的指示
2019年11月26日
导航系统
25
传统导航—无线电导航 甚高频全向信标（VOR）
2019年11月26日
导航系统
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传统导航—无线电导航
甚高频全向信标（VOR）
VOR系统概念
地面台与机载设备配合提供飞机相对地面台及地面台相对飞机的方 位角的系统。
2019年11月26日
导航系统
12
传统导航—无线电导航
ADF原理（2）
垂直天线产生圆形方向性图 感应电动势e=K
2019年11月26日
(整理)第三章无线电导航理论基础
第三章无线电导航理论基础3．1 空间坐标系无线电导航的基本任务就是确定被引导的航行体在运动过程中的状态参数，包括位置、速度、加速度、姿态等，从而完成对航行体的引导功能。
而这些参数是在一定的空间坐标系内定义的，因此要进行导航首先必须建立适当的参考坐标系。
参考坐标系的建立或选择应主要考虑以下两方面的因素：（1）能否直观且完整全面的描述航行体的运动状态；（2）是否便于导航参量的数学描述和导航解算。
由于地球是人类的活动中心，在选择导航空间坐标系的时候，总是以地球为考虑的出发点。
因此在给出导航常用空间坐标系之前，本文首先介绍一下地球的几何形状及其参数, 以便于认识和理解下面介绍的各种空间坐标系。
3．1．1 地球的几何形状及其参数人们对地球形状和大小的认识经历了一个相当长的历史过程。
由于地球围绕太阳公转的同时也在绕其本身的地轴自转，按照自旋的物理特性，地球应该是一个旋转椭球；但是地球又不是一个理想的旋转椭球体，其表面起伏不平，很不规则，有高山、陆地、大海等。
地球的形状通常可由物理表面和数学表面来表示。
物理表面指的是客观存在的地球与外层大气之间的分界面；数学表面则是地球表面重力的等位面，也叫大地水准面（Geoids）。
大地水准面能更好地描述地球几何特性，并且可以通过大地测量来确定。
但是，由于地球形状的不规则和质量分布的不均匀，地球重力场的变化并不规则，造成真实的大地水准面是一个不规则的球面，无法用一个简单的数学方程来表达。
为了描述的方便，通常将大地水准面假想成理想海面，这种海面无潮汐、无温差、无盐分，密度均匀，并且延伸形成闭合曲面。
在实际应用中，人们采用一个旋转椭球面按照一定的期望指标（如椭球面和真实大地水准面之间的高度差的平方和为最小）来近似大地水准面，并称之为参考椭球面。
参考椭球面的大小和形状可以用两个几何参数来描述，即长半轴a和扁率f，其具体数值由大地测量确定。
由于测量方法和手段的不断改进与完善，其几何参数的精度也在不断提高，目前应用中两个比较重要的参考椭球系是克拉索夫斯基椭球和WGS-84椭球，其参考椭球参数如表3.1-1所示。
无线电导航理论基础 第1章
属于地方时，在同瞬间各地的恒星时不同。 由于岁差、章动的影响，同一瞬间有瞬时真 春分点和平春分点之分，因此，相应的恒星 时也分为真恒星时和平恒星时。
由于平春分点受岁差影响而向西移动，每年 约西移50”，所以以平恒星日的长度并不真 正等于地球自转周期，约短0.008秒。
2、平太阳时（Mean Solar Time）
参考椭球上的主要面、线和曲率半径
法截面 法截线、 大地子午面 卯酉面 地理纬度 地心纬度 法截线曲率 半径
1.2.3 导航空间坐标系
导航的基本任务就是确定被引导的航行 体在运动过程中的运动参数，而这是在 一定的空间坐标系内定义 所选择的参考坐标系应该考虑两方面的 因素：
MT LAST 12
h
3、世界时（Universal Time）
以平子夜为零时起计算的格林尼治平 太阳时称为世界时。 从1956年开始，在世界时中加入了极 移修正和自转速度修正，得到的世界 时相应表示为UT1和UT2
未经修正的世界时以UT0表示。
二、原子时间系统
原子时（TA） （Temps Atomique） （1）铯原子133、基态两个精细结构能态间跃迁的 的电磁振荡9192631770周所经历时间为1原子秒； （2）原定义为1958年元月一日UT2零时为起算点。 但事后经国际上多台原子钟比对发现，原定义存在 误差，实际原子时的原点为： （3）原子时是由高精度原子钟来保持的。目前，国 际上约有100台原子钟通过互相比对，并经过数据 处理推算出统一的原子时，称为国际原子时（TAI）。
衡量变化的基准最好是有规律的运动或变化。
一般说来，任何一个运动只要具备三个基本 条件就可以作为时间系统的基准：
无线电导航原理及系统
一.空间坐标系
➢上述几种曲率半径有时可以直接应用，如已 知某载体的东、北向速度，则可以求得载体的 经、纬度为：
0
0
t
ve dt
0 RN h
t
vn dt
0 RM h
0 0 分别为载体的初始经、纬度，h为载体的海拔高度
一.空间坐标系
常用导航坐Leabharlann 系➢ 天球坐标系（i系） ➢ 地心地固坐标系（e系） ➢ 地平坐标系（g系） ➢ 载体坐标系（b系）
一.空间坐标系
Ze YL
P
O
ZL XL Ye
Xe
一.空间坐标系
载体坐标系（b系）
➢ 定义：以载体为中心、固联于载体上的坐标系， 称为载体坐标系。
➢ 载体坐标系的原点位于载体的质心，Y轴指向载体 的纵轴方向向前，Z轴沿载体的竖轴方向向上，X 轴与Y、Z轴构成右手坐标系。
➢ 特点：对于车辆、舰船，特别是飞机这样的载体， 其往往是群体运动中的一员，特别在飞机协同作 战的过程中，需要知道自己的运动速度以及其他 成员与自己的相对位置关系 ，载体坐标系适用于 此类应用。
一.空间坐标系
a、b、f分别为参考椭球的长半轴、短
半轴和扁率，它们之间的关系为：
tg
b2 a2
tg
(1
f
)2 tg
一.空间坐标系
➢ 在实际计算中，为了方便往往在某一范围内把椭球 面当作球面来处理，一般取该点所有方向的法截面 曲率半径的平均值作为近似球面半径，称为平均曲 率半径R，可推导出它的计算公式为：
一.空间坐标系
天球坐标系
天球坐标系（i系）
➢ 定义：原点在地球质心，X轴指 向平春分点，Z轴是天轴，平行 于平均 地球自转轴，Y轴垂直 于X、Z轴并构成右手坐标系。
无线电导航原理与系统
无线电导航原理与系统无线电导航是一种通过使用无线电技术来确定位置和导航的方法。
它通过接收和处理从地面或者卫星发射的信号来确定接收器的位置和方向。
无线电导航系统的原理涉及到以下几个方面。
首先，无线电导航依赖于距离和方向的测量。
无线电导航系统通常使用三角测量原理来确定位置。
接收器同时接收到至少三个信号，并测量每一个信号到达接收器的时间差。
通过测量这些时间差，接收器可以计算出到每个信号源的距离。
而通过将这些距离和信号源的位置进行三角测量，接收器可以得出自身的位置。
其次，无线电导航还依赖于卫星。
全球定位系统（GPS）是无线电导航系统中应用最广泛的卫星导航系统之一。
GPS系统由多颗卫星组成，这些卫星都在地球轨道上运行。
接收器接收到这些卫星发射的信号，并使用这些信号来计算出自己的位置。
通过接收到多颗卫星的信号，接收器可以通过三角测量计算出自身的位置。
此外，无线电导航还涉及到信号处理和解调。
当接收器接收到从地面或卫星发射的信号时，它需要将这些信号进行处理和解调，以便得到有用的信息。
信号处理涉及到去除噪音、增强信号等操作，以保证接收到的信号的质量。
解调则是将信号转化为数字信息，从而可以进行位置和导航计算。
最后，无线电导航还依赖于地面设备。
除了卫星之外，无线电导航系统还依赖于地面设备，如基站和测量站。
这些设备用来发射信号，并与接收器进行通信。
地面设备的准确性和稳定性直接影响到无线电导航系统的精确度和可靠性。
综上所述，无线电导航系统的原理涉及到距离和方向的测量、卫星导航、信号处理和解调以及地面设备。
通过利用这些原理，无线电导航系统能够准确地确定位置和导航。
无线电导航在航空、航海、军事等领域有着广泛的应用，为人们的出行和导航提供了重要的帮助。
无线电导航基本原理(1第2章
无线电导航基本原理(1第2章无线电导航基本原理2.1 角测量原理2.2 距离测量原理2.3 定位原理 2.4 时间同步 2.5 无线电导航系统工作区北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT无线电导航C 通过测量电磁波在空间传播时的电信号参量(如电波的幅度、频率及相位等)进行。
构建机制C 使得实际中测量的无线电电参量与几何上的角度(电台方位角、载体姿态角)、距离(距离、距离差、和)等几何参量建立对应关系，这些参量称为导航几何参量。
北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT常用的导航几何参量C 角度C 距离导航通常是相对于某一具体目的地而言的，因此用空间极坐标(角度和距离)是方便和合理的，也是便于无线电测量的。
主要介绍上述两类基本几何参量的电测量原理及导航定位方法。
北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT2.1 角测量原理导航中的角参量可以分为两类：C 一类是用于描述载体与导航台站之间的相对角度关系的，如电台方位，跑道方位等； C 另一类用于描述载体的飞行状态，如航向、俯仰、横滚等。
角度测量两种方法：C 振幅法和相位法振幅法主要用于第一类角的测量相位法根据系统构制不同可以进行两类角的测量。
北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT2.1.1、振幅法利用天线的方向性图实现振辐与导引角的对应关系，有两种实现体制。
站台主动式C 导航站台采用方向性天线发射信号，用户采用无方向性天线接收；用户主动式C 导航台站采用无方向性天线发射信号，用户端采用方向性天线接收北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT一、站台主动式注意：1、基准线的方向可以是地理北向，也可以是某一特定方向(如飞机的跑道方向)。
2、仅仅依靠上面测量的角度是无法单独完成载体的出航和归航的，必须结合载体上的航向测量设备进行角度的比对。
北京航空航天大学研究生无线电导航课程PPT二、用户主动式载体的测向器可以利用载波信号的振幅变化或者载波信号的调制深度的变化来测定角参量C 前者称之为E型工作方式， C 后者称之为M型工作方式。
1 无线电导航基础
第1章绪论1.1 导航的发展简史1.1.1 导航的基本概念导航是一门研究导航原理和导航技术装置的学科。
导航系统是确定航行体的位置方向，并引导其按预定航线航行的整套设备（包括航行体上的、空间的、地面上的设备）。
一架飞机从一个机场起飞，希望准确的飞到另外一个机场就必须依靠导航、制导技术。
导航，即引导航行的意思，也就是正确的引导航行体沿预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内将航行体引导至目的地。
由此可知除了知道起始点和目标位置之外，还要知道航向体的位置、速度、姿态等导航参数。
其中最主要的是知道航行体的位置。
1.1.2 导航系统的发展在古代，我们的祖先一直利用天上的星星进行导航，在古石器时代，为了狩猎方便，人们利用简单的恒星导航方法，这就是最早的天文导航方法。
后来，随着技术的不断发展和人们对事物认知的发展，人们利用导航传感器来导航，最早是我们祖先发明的指南针。
现有的导航传感器包括六分仪、磁罗盘、无线电罗盘、空速表、气压高度表、惯性传感器、雷达、星体跟踪器、信号接收机等。
以航空领域为例，从20世纪20年代开始飞机出现了仪表导航系统。
30年代出现了无线电导航系统，即依靠飞机上的信标接收机和无线电罗盘来获得地面导航台的信息已进行导航。
40年代开始研制甚高频导航系统。
1954年，惯性导航系统在飞机上试飞成功，从而开创了惯导时代。
50年代出现了天文导航系统和多普勒导航系统。
1957年世界上第一颗卫星发射成功以后，利用卫星进行导航、定位的研究工作被提上了议事日程，并着手建立海事卫星系统用于导航定位。
随着1967年海事卫星系统经美国政府批准对其广播星历解密并提供民用，由此显示出卫星定位的巨大潜力。
60年代开始使用远程无线电罗兰-C导航系统，同时还有塔康导航系统、远程奥米伽导航系统以及自动天文导航系统。
60年代后，无线电导航得到进一步发展，并与人造卫星导航相结合。
70年代以后，全球定位导航系统得到进一步发展和应用。
在此过程中，为了发挥不同导航系统的优点，互为补充，出现了各种组合导航系统，它们主要以惯性导航系统为基准。
无线电导航系统讲义
航空无线电导航系统第一章绪论1.1.1 导航与导航系统的基本概念 1.导航导航的基本含义是引导运行体从一地到另一地安全航行的过程。
导航强调的是“身在何处，去向哪里”是对继续运动的指示。
导航之所以定义为一个过程，是因为它贯穿于运动体行动的始终，遍历各个阶段，直至确保运行达成目的。
应当说大部分运行体都是由人来操纵的，而对那些无人驾驶的的运行体来说，控制是由仪器或设备来完成的，这时的导航就成为了制导。
近年来人们将定位于导航并列提出。
事实上定位提供的位置参量是一个标量，只有将其与方向数据联合起来成为矢量，才能服务于运行体的航行。
因此定位与测角、测距一样是导航的技术之一，通过定位可以实现导航。
也可以说定位是静态用户要求的；但对动态用户而言要求的是导航。
2.导航系统导航系统是用于对运行体实施导航的专用设备组合或设备的统称。
导航系统是侧重于实现特定导航功能的设备组合体，组合体内的各部分必须按约定的协调方式工作才能实现系统功能，而导航设备一般是指导航系统中某一相对独立部分或产品，或实现某一导航功能的单机。
1.1.3 导航及无线电导航系统的分类导航是一门基于“声、光、电、磁、力”的综合性的应用科学，实现导航的技术手段很多，按其工作原理或主要应用技术可分为下述类别：（1）天文导航——利用观测自然天体（空中的星体）相对于运行体所在坐标系中的某些参量实现的导航称为天文导航。
（2）惯性导航——利用牛顿力学中的惯性原理及相应技术实现的导航称为惯性导航。
（3）无线电导航——利用无线电技术实现的导航称为无线电导航。
（4）地磁导航——利用地球磁场的特性和磁敏器件实现的导航称为地磁导航。
（5）红外线导航——利用红外线技术实现的导航称为红外线导航。
（6）激光导航——利用激光技术实现的导航称为激光导航。
（7）声纳导航——利用声波或超声波在水中的传播特性和水声技术实现的导航（用于对水下运行体的导航）称为声纳导航。
（8）地标或灯标导航——利用观测（借助光学仪器或目视）已知位置的地标或灯标实现的导航称为地标或灯标导航。
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第1章绪论导航的发展简史1.1.1导航的基本概念导航是一门研究导航原理和导航技术装置的学科。
导航系统是确定航行体的位置方向，并引导其按预定航线航行的整套设备（包括航行体上的、空间的、地面上的设备）。
一架飞机从一个机场起飞，希望准确的飞到另外一个机场就必须依靠导航、制导技术。
导航，即引导航行的意思，也就是正确的引导航行体沿预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内将航行体引导至目的地。
由此可知除了知道起始点和目标位置之外，还要知道航向体的位置、速度、姿态等导航参数。
其中最主要的是知道航行体的位置。
1.1.2导航系统的发展在古代，我们的祖先一直利用天上的星星进行导航，在古石器时代，为了狩猎方便，人们利用简单的恒星导航方法，这就是最早的天文导航方法。
后来，随着技术的不断发展和人们对事物认知的发展，人们利用导航传感器来导航，最早是我们祖先发明的指南针。
现有的导航传感器包括六分仪、磁罗盘、无线电罗盘、空速表、气压高度表、惯性传感器、雷达、星体跟踪器、信号接收机等。
以航空领域为例，从20世纪20年代开始飞机出现了仪表导航系统。
30年代出现了无线电导航系统，即依靠飞机上的信标接收机和无线电罗盘来获得地面导航台的信息已进行导航。
40年代开始研制甚高频导航系统。
1954年，惯性导航系统在飞机上试飞成功，从而开创了惯导时代。
50年代出现了天文导航系统和多普勒导航系统。
1957年世界上第一颗卫星发射成功以后，利用卫星进行导航、定位的研究工作被提上了议事日程，并着手建立海事卫星系统用于导航定位。
随着1967年海事卫星系统经美国政府批准对其广播星历解密并提供民用，由此显示出卫星定位的巨大潜力。
60年代开始使用远程无线电罗兰-C导航系统，同时还有塔康导航系统、远程奥米伽导航系统以及自动天文导航系统。
60年代后，无线电导航得到进一步发展，并与人造卫星导航相结合。
70年代以后，全球定位导航系统得到进一步发展和应用。
在此过程中，为了发挥不同导航系统的优点，互为补充，出现了各种组合导航系统，它们主要以惯性导航系统为基准。
80年代以后，导航系统主要朝着以惯性导航系统为基础的组合导航系统，可组合的传感器除了GPS外还有星光、地形和各种无线电导航装置。
1.1.3导航系统的任务导航系统的任务是确定载体的位置，并把载体由目前所在的地点按照给定的时间和航线引导到目的地，为此导航系统应该能够提供以下导航信号：1）载体质量中心所在地的“定位信号”；2）载体的“定向信号”；3）载体的“速度信号”。
根据以上导航信号，需要调整载体的航行方向和速度，保证载体按照给定的时间和航线到达目的地。
导航系统简介1.2.1无线电导航系统无线电导航系统是利用无线电技术测量导航参数，包括多普勒效应测速、利用雷达原理测量距离和方位、用导航台来定位等，它是一种广泛使用的导航系统。
此系统的优点是：不受使用时间和气候条件的限制，设备较简单，可靠度较高等。
但它输出的信息主要是载体位置且工作范围受地面台覆盖区域的限制，这种系统的工作与无线电波传播条件有关，在某种程度上受人工干扰的影响。
1.2.2卫星导航系统卫星导航系统是天文导航和无线电导航结合的一大产物，不过是把无线电导航台放在人造卫星上罢了。
当然，这种导航方法只有在航天技术充分发展的今天才有实现的可能。
20世纪60年代初，旨在服务于美国海军舰只的子午仪卫星导航系统出现了，70年代提供给民用，利用装在航行体上的接收机，接收导航卫星发出的无线电信号，并测量因卫星相对卫星接收机用户不断运动而产生的多普勒频移，由此确定航行体在地球上的位置等导航参数。
GPS是美国国防部研制的第二代卫星导航系统。
在过去的几年，使全球航行系统和空中交通管制系统发生深刻变革的根源是卫星导航。
ICAO 将其命名为GNSS，其中可能包括各国或组织的空间卫星系统。
GNSS=GPS+GLONASS+INMARSAT-III+MTSAT+GIT……。
目前，已经达到完全运行状态的卫星导航系统只有美国研制的全球定位系统（GPS）。
1.2.3天文导航系统天文导航系统是利用天文方法观测星辰日月等天体来确定航行体的位置，以引导航行体沿预定航线到达目的地的一种导航方法。
天文导航最早在航海方面发展起来，利用六分仪人工观测星体高度角来确定航行体的位置，现在发展为星体跟踪器测高度角及方位角来推算航行体在地球上的位置及航向。
它是利用光学或射电望远镜接收星体发射来的电磁波去跟踪星体，在地球附近导航将受到云层及气象条件的限制，在空气稀薄的高空和宇宙航行，则是比较理想的。
它也是一种自主式的导航系统，不需要地面设备支持，不受人工或自然形成的电磁干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，且误差不随时间积累。
1.2.4惯性导航系统惯性导航是一种自主式的导航方法，它完全依靠自主的机载设备完成导航任务，和外界不发生任何光、电联系，因此隐蔽性好，工作不受气象条件的限制。
惯性导航的基础理论乃是牛顿力学基本定律，其中主要技术手段是用加速计测量载体的运动加速度，用陀螺装置提供一个基准坐标系，再从中推算出所需要的导航参数。
但是随着计算的时间的推移，容易产生积累误差。
1.2.5多普勒导航系统多普勒导航系统是一种自主式远程导航定位系统，它不需要导航台，又称多普勒雷达，它的工作频率为8800MHZ。
多普勒导航系统的主要用途是测定飞机的地速、偏流，进而计算飞机的位置、航程、待飞时间等导航参量。
其测速精度约为航行精度的1/100-1/1000，并且抗干扰能力强。
多普勒雷达是利用多普勒频移效应来测量飞机的地速的。
民航飞机应用的多为调频连续波多普勒雷达，雷达天线向下方发射4个锥形波束，以获取地速偏流信息。
工作性能与反射面的形状有关，如在水面或沙漠上空工作时，由于反射性不好就会降低性能。
多普勒导航系统的绝对定位精度不是很高，在现代跨洋远程飞机上逐渐被其他导航系统取代。
1.2.6组合导航及其他导航系统飞行器的发展对于导航系统在精度、可靠性等方面都提出了越来越高的要求。
民航飞机上应用的组合式导航系统一般有惯性导航系统和无线电导航系统组成的组合导航系统。
也有惯性导航系统、卫星导航系统和无线电导航系统组成的组合导航系统。
卫星导航系统可以提供全球三维位置、速度和时间，它与惯性导航系统有很强的互补性。
这样的组合导航系统可以有许多优点：限制了惯性导航系统的漂移，提高了GPS接收机的抗干扰能力和快速捕获能力，提高整个系统的容错能力。
也可以在某些条件不具备时单独使用无线电导航系统、GPS、惯性导航系统。
除了上述几类导航系统外，还有磁罗盘、陀螺罗盘、空速表等一般普通导航仪表。
这些仪表虽然提供的航向及速度不够精确，但作为导航应急使用往往是十分必要的。
导航系统的发展方向导航系统的发展趋势是惯性/多传感器组合导航系统，它具有高精度、高可靠性、高自主性、高动态性、高抗干扰性等自身性能，并根据实时情况、传感器信息的可靠程度动态的、智能的选择导航传感器信息源，提供一个容错的融合导航信息来满足航行任务需求。
当然，惯性导航系统的地位是任何导航系统都无法替代的，组合导航系统都是以惯性导航系统为主的。
以惯性导航系统为主的组合式导航系统的发展从比较简单的惯性/多普勒、惯性/大气数据、惯性/天文、惯性/无线电导航等组合方式开始，发展到惯性/无线电/GPS、惯性/地形匹配、惯性/GPS/惯性图像匹配，以及多种系统和传感器组合的惯性/地形加景象匹配/GPS则合式导航系统，甚至有什么信息源就有利用什么信息源的多传感器组合系统。
目前民航上先进的导航系统就是惯导/大气数据/无线电导航/GPS/地形加景象匹配式的组合导航系统。
第2章无线电导航简介无线电导航原理简介2.1.1无线电导航的基本原理一、对理想通用定位和导航系统的要求理想的导航系统应能满足下列要求：1）全球覆盖：系统必须在地球表面下或表面上、空中任何位置上工作。
2）绝对准确度和相对准确度都必须很高：准确度要求，无论是绝对的和相对的，应根据应用情况在2-4000米之内。
3）准确度应不受环境影响：不管用户的位置、速度和加速度如何，系统的准确度都应能达到；应该不存在多路径误差或信号传播通过大气层、电离层产生的误差，如果产生了这些误差，应能从数据中适当除去。
4）有效的实时反应：定位数据的更新率可随运动而连续变动。
5）无多值解：如果存在解的多值性，设备应能自动地或由操作员很快地进行分辨。
6）容量无限：系统应能容纳无数用户，且不会降低性能。
7）敌人不能使用：未经准许的用户不能使用系统导航，以达到他所要求到达的目的。
8）有抗电子战能力：敌人不能侦察、干扰或蒙蔽系统的正常工作。
9）没有频率分配问题：系统必须在现已分配的频谱带宽之内工作而不干扰别的系统。
10）全体用户共用一个坐标格网。
11）高的平均无故障间隔。
12）体积、重量、价格、平均修复时间、部署时间和电源消耗都要小。
13）适当扩大用户：设备应具有机载式、舰载式、车载式和背负式等多种形式。
14）通信能力强。
很显然，上述各种要求之间是存在着许多矛盾的，虽然导航经过了漫长的发展史，直到科学技术已经大大发展的今天，仍然不能在一个系统里把这些要求完善地统一起来。
因此，各类、各种导航系统都因它能满足一种或一些特定的要求而存在、而发展着，从而导致了许多导航类别的产生；同时，随着科学技术的不断进步，各类导航中的各种导航系统，为更好地满足上述各种要求，又不断地完善、不断地改进着。
在空间领域已经得到广泛的开发和利用的基础上，一种具有多种新技术、能同时适应多种导航要求的崭新系统必将随之而来，这就是把天体导航和无线电导航合为一体的卫星导航系统。
二、采用无线电导航手段的可能性无线电导航的过程，就是通过无线电波的发射和接收，测量飞机相对于导航台的方向、距离等导航参量的过程，而测量和运用这些导航参量的可能性则基于电波的以下传播特性：1）无线电波在理想均匀介质中，按直线（或最短路径）传播；2）无线电波经电离层发射后，入射波和发射波在同一铅垂面内；3）无线电波在传播路径中，若遇不连续介质时发生反射；4）在理想均匀介质中，无线电波传播速度为常数。
根据1）、2）两个特性，可以测定无线电波的传播方向，从而确定飞机相对于导航台的方向，实现角坐标测量。
根据1）、4）两个特性，可以测定无线电波在导航台和飞机之间的传播时间，从而确定飞机到导航台的斜距。
如测定电波有两个导航台到飞机的时间差，则可确定飞机到这两个导航台的距离差。
特性3）是雷达导航的基础，正是由于这个特性，才能通过无线电波发现飞机并确定飞机相对于雷达所在位置的角坐标和距离。
20世纪20～30年代，无线电测向是航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。
不过它后来已成为一种辅助手段。
第二次世界大战期间，无线电导航技术迅速发展，出现了各种导航系统。