2.导航基础理论解析

3、天体导航


天空中的星体(太阳、月亮、其他行星、恒星 等)相对于地球有一定的相对运动轨道和位置。 通过观测两个以上星体的位置参数(如仰角)， 来确定观测者在地球上的位置，从而引导运动 体航行，就是天体导航。 它和推算航法一样，也不需要地面支撑设施。 具有保密性强的特点。由于它的定位精度高， 因而人们常用它来校正推算航法的累积误差。 很显然，天体导航的缺点是要受时间(白天与 黑夜)、气象条件的限制，而且定位时间较长， 操作计算也比较复杂。
2.1.3 导航系统的任务

定位：确定载体的位置
定向：调整载体的航行方向 速度：按照给定的时间和航线到达目的地


2.1.4 导航的分类
导航分成四大类：
• 观测导航、推算导航、天体导航和无线电导航。
1、观测导航 它是利用某种观测仪器(包括肉眼)经常地或连 续地对所熟悉的地物或导航设施进行观测，以 便确定运动体的位置和运动方向的一种导航。 这种导航简单、可靠；但能见度低，或在海洋、 沙漠中无熟悉地标可供观测时，就无法导航了。 现代雷达导航就是居于这种导航。
导航的基本课题




一个领航员，不管他采用什么样的导航方 法，都是为了解决三个基本的导航课题： 1、如何确定他的位置； 2、如何确定他从一个位置向另一个位置前 进的方向； 3、如何确定距离(或速度、时间)；


对每个航行领航员来说，他都是在利用导航手段不断 确定他中的位置、方向、距离、时间和速度。这些通 常称之为“导航参量”。 按传统的观点，导航系统就是定位系统。 但是，在现代航空中的两个变化： • 极高的飞行速度：当飞行速度很快时，驾驶员关心 的导航参量是“航向”和“距离”，以解决“到终 点或下一个航路点要经哪条航线?还有多远?”的问题； • 交通密度的增加：使得飞机在空中活动范围受到严 格的限制，这时所需要的是连续的、适时的驾驶信 息输出，以便通过制导计算机来实行自动操纵。
• 控制飞机轴线加速度是为了遵守进程中的时间表； • 控制飞机横向加速度是为了改变飞机的航向; • 控制垂直面内加速度是为了爬高、或下降。
基本的导航环-导航过程
引导环
航向和航速环
控制环
“驾驶”指的就是飞机飞行加速度的控制。
基本的导航环



“引导环”（外环）是通过导航系统对飞机位置 的测量，并根据所规定的航线来确定飞机进程中 的航向和航速。 “控制环”（内环）是得到所要求的航向和航速 的一个环节。 “航向和航速环”（中环）则是导航过程中的纽 带。
第二章 无线电导航理论基础

导航系统介绍 无线电导航 无线电导航物理基础
2.1 导航系统


导航的概念 导航系统的发展 导航系统的任务 导航系统的分类
2.1.1 导航的基本概念

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。
从导航的定义出发， 导航的过程一定是从目的地开始。 根据要飞往的目的地来选择航线、确定距离、 安排时间表，这就是飞机的进程； 为了使飞机遵照事先安排的时间表，沿着所选 定的航线飞行，必须要使飞机在某一方向上 (一般称为航向)、以一定的速度飞行，为了得 到所要求的速度和航向，要通过驾驶仪表来控 制飞机飞行的加速度。

从根本上说，导航就是为了给领航员提供航 行中的位置、方向、距离和速度这些导航参 量。
2.1.2 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。 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。 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。

无线电导航的一个先天性缺点是： • 它必须要辐射和接收无线电波，因而易被发现和干 扰，其地面设施也易道破坏。
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。 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。
4、无线电导航

Байду номын сангаас
无线电导航是借助于运动体上的电子设备接收和处理 无线电波来获得导航参量的一种导航。 无线电导航的特殊优点是：
• 不受时间、天候的限制； • 精度高，几米的定位精度也是可能达到的；定位时间短，甚 至可次连续地、适时地定位； • 设备简单、可靠； • 在复杂气象条件下或夜间飞机着陆中，无线电导航则是唯一 的导航手段。
2、推算导航




它是根据运动体的运动方向和所航行的距离 (或速度、时间)的测量，从过去已知的位置来 推算当前的位置，或预期将来的位置，从而可 以得到一条运动轨迹。以此来引导航行。 这种导航克服了观测导航的缺点。因为它不需 要对地标或地面导航设施进行观测，不受天气、 地理条件的限制，保密性强。 是一种自备式导航，但随着航行时间和航行距 离的增长，位置累积误差越来过大，因此，航 行一定时间后，需要进行位置校准。 在航空导航的早期阶段，航向的测量是用磁罗 盘，距离的测量是用空速表和航空钟。在现代 航空中，则发展为惯性导航和多普勒导航。