导航原理(pdf版)

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卫星导航系统接收机原理与设计——之一(上)

卫星导航系统接收机原理与设计——之一(上)

Satelliteclassroom卫星课堂卫星导航系统接收机原理与设计——之一(上)+刘天雄第二十四讲概述 Receiver overview全球卫星导航系统简称GNSS(Global Navigation Satellite System)系统,由空间段SS(space segment)、地面控制段CS(control segment)以及用户段US(user segment)三个部分组成,其中用户段US就是咱们手里拿的接收机。

空间段SS的每颗导航卫星连续播发无线电导航信号,简称为SIS信号(Signals In Space),通常是L频段无线电信号,载波信号调制有周期数字码(periodic digital code)和导航电文(Navigation message),周期数字码又称为伪随机噪声测距码,简称PRN(pseudo-random noise code)码。

卫星导航系统定位的基本原理是单向到达时间测距,简称TOA(Time Of Arrival)原理,接收机通过解调导航信号的电文得到卫星的位置坐标,通过测量导航信号从卫星到接收机的传播时间来测距,以导航卫星为球心,信号传播的距离为半径画球面,用户接收机一定在球面上,当接收机分别测量出与四颗导航卫星之间的距离时,四个球面相交于一个点,即用户接收机的位置坐标,如图1所示。

如果是导航仪,接收机根据位置坐标和数字地图的映射关系,可以把定位结果映射到数字地图上,在显示屏上给出地址信息。

根据不同的应用场景,卫星导航接收机可以设计成多种不同状态,从单频(single-frequency)到多频(multi-frequency)、从单系统(single -constellation)到多系统(multi-constellation)、从专业测量型(survey)到一般车载导航型(automotive applications),设计接收机时还需要考虑信号带宽(signal bandwidth)、信号调制(modulation)、伪码速率(code rate)等技术指标,权衡工作性能(performance)、成本(cost)、功耗(power consumption)以及自主性(autonomy)等要求。

卡尔曼滤波与组合导航原理pdf

卡尔曼滤波与组合导航原理pdf

卡尔曼滤波与组合导航原理pdf
1 卡尔曼滤波和组合导航原理
卡尔曼滤波(Kalman filtering)是一种广泛应用于机器人技术、控制工程、通信科学、经济学等多个领域的一种小波处理技术。

卡尔
曼滤波是一种采用双向更新的状态估计算法,具有自适应性和准确度。

因此,卡尔曼滤波在导航定位、控制与优化等领域得到了广泛的应用。

组合导航的原理是通过混合不同种类的测量模式,克服个别模式
的局限性,实现更加可靠的导航定位。

它通过四轴机载飞行控制系统、空降定位系统、气溶胶吸收系统、惯性导航系统等不同的传感技术和
测量原理,实现更精确和可靠的导航定位。

同时,组合导航系统可以利用运动学位置确定性的抗差特性,利
用卡尔曼滤波,将运动学观测与动态运动方程校准,使系统在估计模
型的非线性变换和噪声的影响下,保持稳定运行,以达到精确定位的
目的。

因此,通过将卡尔曼滤波与组合导航原理联合起来的方式,组合
导航系统能够实现精确定位,并且更加可靠,具有自适应性和准确度。

另外,由于基于组合导航的定位精度对所采用的传感器类型不敏感,
因此也更具有灵活性,可以根据实际应用情况不断添加和发展新的传
感器。

导航原理讲义第一章(2010)

导航原理讲义第一章(2010)

导航原理(principle of navigation)1 使用教材:无(主要是没有合适的教材,要自己编)。

2 参考书:1)惯性导航原理,邓正隆,哈尔滨工业大学出版社,1994;2)GPS卫星导航定位原理与方法,刘基余,科学出版社,2003,2008;3)Elliott D. Kaplan. Understanding GPS:principlesand applications(second edition).中译本(1) GPS原理与应用(第一版),邱致和(二十所),电子工业出版社;(2) GPS原理与应用(第二版),寇艳红(北航),电子工业出版社,2007。

4) Pratap Misra,Per Enge. Global Positioning System: Signals, Measurements and Performance(second Edition).中译本罗鸣等. GPS 信号,测量与性能(第二版),电子工业出版社;3 课程考核方式:未定。

4 课程的主要内容:惯性导航部分;北斗部分;GPS部分;组合导航部分;新增部分:量子导航部分;基于粒子滤波的状态估计部分。

第一章导航及其发展§1.1 导航的基本概念1、导航的定义在各种复杂的气象条件下,采用最有效的方法并以规定的所需导航性能,引导运载体航行的过程(引导运载体按一定航线从一个地点(出发点)到另一个地点(目的地)的过程)。

2、导航参数导航过程中需要用来完成导航任务的参数。

运载体的位置、速度、姿态(角度)等,其中最重要的参数是确定载体的位置,即定位。

所以,导航的核心就是定位。

3、导航的任务1)引导运载体进入并沿预定航线航行;2)导引运载体在夜间和各种气象条件下安全着陆或进港。

3) 为运载体准确、安全地完成航行任务提供所需要的其他导引及情报咨询服务;4)确定运载体当前所处的位置及其航行参数(最重要)。

4、导航与定位的区别与联系区别:导航是对运动点而言的,观测时间很短,观测数据要进行实时处理,提供相对参考位置的相对坐标,定位精度不及固定点高。

“导航原理”实验教学课程思政探索与实践

“导航原理”实验教学课程思政探索与实践

2024.1黑龙江教育·理论与实践一、引言科技发展急需人才,人才培养取决于教育。

当前,随着我国社会改革的不断深化,社会思潮多样并存,各种思想交相融合,多元文化冲突更加频繁。

而学生正处于知识体系、思维方式和价值观念的形成时期,极易受到各种现象、观点、言论的影响。

极端个人主义、拜金主义、享乐主义等不良思潮给学生带来了消极影响,导致部分学生理想信念迷失、道德行为欠缺[1]。

如何培养富有社会责任感的创新人才,是近年来高等教育特别关注和不断探讨的课题。

专业课程教学融入思政元素,正是解决上述问题的一种尝试,也是加强和改进学生素质教育的一种探索[2]。

这种方式符合高等教育与时俱进的发展需要,不仅能够克服人才培养中的种种弊端,也极大地推动了高等教育的改革和创新,具有十分重要的意义[3]。

然而,课程思政在我国高校实施的时间并不长,还有待进一步健全和完善,尚需在理论上深入研究,在实践中总结经验。

文章结合“导航原理”实验教学的特点,将课程思政融入实验教学中,探索与实践该种教学方式对当代学生素质教育的提升效果。

二、“导航原理”实验教学特点“导航原理”作为高等工科院校控制科学与工程学科或航空宇航科学与技术学科的一门专业课程,是学习后续专业课程,如“飞行器控制与制导”“航天器控制”“无人机控制”“最优导航与滤波”等的基础。

“导航原理”实验教学不仅要帮助学生建立起惯性空间的概念,使学生加深对惯性器件结构特点、工作原理和基本特性的了解,实现对理论知识的验证,更重要的是通过实验使学生领悟惯性导航原理的应用规律,提高学生的动手能力、工程实践能力、设计能力和创新能力。

惯性导航系统是导弹和火箭的“眼睛”和“大脑”,提高惯性导航系统的精度是精确打击的关键。

惯性导航器件和系统的设计与制造需要精益求精的工匠精神和创新精神。

“导航原理”实验教学以培育学生科研实践能力和创新精神为目标,融合了国家战略、人才培养内涵式建设、学生个性化发展等多方面的内容[4],具有深厚的课程思政资源和基础。

gps定位原理和简单公式

gps定位原理和简单公式

GPS定位原理和简单公式全球定位系统(Global Positioning System)是美国第二代卫星导航系统。

是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。

和子午仪系统一样,全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

按目前的方案,全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。

21+3颗卫星均为近圆形轨道,运行周期约为11小时58分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为55度。

卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。

这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。

监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。

监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。

主控站设在范登堡空军基地。

它对地面监控部实行全面控制。

主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。

上行注入站也设在范登堡空军基地。

它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。

这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。

上述四个方程式中待测点坐标x、y、z 和Vto为未知参数,其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

1.导航原理第一章2

1.导航原理第一章2

导航原理(principle of navigation)i) 使用教材:无(主要是没有合适的教材,要自己编)。

ii)参考书:1.惯性导航原理,邓正隆,哈尔滨工业大学出版社,1994;2.GPS卫星导航定位原理与方法,刘基余,科学出版社,2003;3.Elliott D. Kaplan. Understanding GPS:principles andapplications(second edition).中译本:1)GPS原理与应用(第一版),邱致和(20所),电子工业出版社;2)GPS原理与应用(第二版),寇艳红(北航),电子工业出版社,2007。

4)Pratap Misra,Per Enge. Global Positioning System: Signals, Measurements and Performance(second Edition).中译本: GPS 信号,测量与性能(第二版),罗鸣等,电子工业出版社;iii)课程考核方式:课堂大作业形式。

iv)课程的主要内容:惯性导航部分;北斗部分;GPS部分;天文导航部分;组合导航部分;新增部分:量子导航Simulation-based(粒子滤波)。

瑞典林雪平大学(LinkOping University)的Rickard Karlsson提出一种无需GPS即可定位并导航的新技术。

第一章导航及其发展§1.1 导航的基本概念1、导航的定义在各种复杂的气象条件下,采用最有效的方法并以规定的所需导航性能,引导运载体航行的过程(引导运载体按一定航线从一个地点(出发点)到另一个地点(目的地)的过程)。

2、导航参数导航过程中需要用来完成导航任务的参数。

载体的位置、速度、姿态(角度)等,其中最重要的参数是确定载体的位置,即定位。

所以,导航的核心就是定位。

3、导航的任务1)引导运载体进入并沿预定航线航行;2)导引运载体在夜间和各种气象条件下安全着陆或进港。

惯性导航系统原理_三轴陀螺稳定平台(4)

惯性导航系统原理_三轴陀螺稳定平台(4)

0 0 1
ωωiirrffxy
ωiaaz
环架角速度
sinθr sinθ f sinθa + sinθr sinθ f cosθa
0 0
cosθr sinθ f sinθa
cosθr
sinθ f
cos
θa
ωωiibbbbyx
0
T3 0
0
ωibbz
基座角速度
2010.05.21
10
5.2.1角速度耦合关系分析
=
−ωωiffixffxcsoisnθθaa
+
ωr iry
cosθ
f
+
ωr iry
cosθ
f
sin θ a cosθa
ωiaaz
ωa iaz
ωωiiaaaaxy
=
ωf ifx
cosθa
−ωiffx sin θa
+
ωf ify
+
ωf ify
sin θ a cosθa
ωiaaz
f
+
ωb ibx
sin
θr
sinθ f
+
ωb ibz
cosθr sinθ f
ωωiiffffyx
=
ωiffz
ωr iry
ωr irx
cosθ f
+ θ&f
+
ωr irz
sinθ
f
−ωirry sinθ f
+
ωr irz
cosθ
f
2010.05.21
ωωiirrrrxy
=
ωibbx
0
sinθ f

天文导航的原理和应用pdf

天文导航的原理和应用pdf

天文导航的原理和应用pdf1. 引言天文导航是一种利用天体的位置和运动来确定地球或其他天体位置的方法。

天文导航的原理基于天体的固有属性和运行轨迹,通过观测和测量天体的位置和运动,可以确定导航者所处位置的方法。

本文将介绍天文导航的基本原理和其在实际应用中的具体场景。

2. 天文导航的基本原理天文导航的基本原理是利用天体的位置和运动来确定导航者所处位置的方法。

具体而言,天文导航依赖于以下几个关键要素:• 2.1 天体位置测量导航者需要准确地测量天体的位置。

这通常通过使用天文仪器如望远镜进行观测,并结合星表等工具来确定天体的准确位置。

• 2.2 天体运动测量天体的位置随时间变化,因此导航者需要测量天体的运动。

这可以通过观测天体在不同时刻的位置来实现,然后利用数学模型推算天体的运动轨迹。

• 2.3 天体运动模型为了准确地推算天体的位置和运动轨迹,导航者需要建立一定的天体运动模型。

这个模型可以基于天体的物理性质和行星力学原理来构建,并结合天文观测数据进行校准和验证。

• 2.4 导航计算方法最后,导航者需要利用测量到的天体位置和运动信息,结合天体运动模型,进行导航计算。

这个计算过程可以通过数学模型和算法来实现,以确定导航者所处的位置。

3. 天文导航的应用场景天文导航在实际应用中有广泛的应用场景。

以下列举了几个常见的应用场景:• 3.1 航空航天导航天文导航在航空航天领域有着重要的应用。

航空器和宇宙飞船可以通过测量天体的位置和运动来确定自身的位置,从而进行准确的导航和定位。

• 3.2 地理导航天文导航也可以应用于地理导航。

通过观测和测量地球上不同位置的天体,如太阳、北极星等,可以确定观测地点的经纬度等地理信息,从而实现导航和定位。

• 3.3 海上导航在海上航行中,天文导航可以帮助船舶准确地确定自身的位置。

通过测量太阳、月亮和恒星等天体的位置和运动,船舶可以使用天文仪器和导航工具确定自己的经度和纬度。

• 3.4 太空探索天文导航在太空探索中也具有重要的应用。

车载导航系统的原理及方法

车载导航系统的原理及方法

车载实时操作系统(2)
• VxWorks
– VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一 种嵌入式实时操作系统(RTOS),它以其良好的可靠性和卓越的实 时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实 时性要求极高的领域中,如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞 机导航等。在美国的 F-16、FA-18 战斗机、B-2隐形轰炸机和爱 国者导弹上,甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上 也使用到了VxWorks。 – VxWorks的实时性体现在能于限定的时间内执行完所规定的功 能,并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。因此,实 时性系统主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处 理等对时间敏感的场合 – Nissan
– 导航数据
• 1:25000比例尺的基础地图 • 日本,US和EU的基本情况
– ETAK – NAVTEQ – TELEALTAS
车载导航系统的发展重要里程碑
1992年 1993年 1996年 1997年 1997年 2000年
パイオニア カーナビ発売
SONY NVX-F1発売
VICS
ITGS Service 開始
车载实时操作系统(1)
• iTRON
– 日本东京大学坂村健教授开发 – ITRON(嵌入式系统实时多任务操作系统规范)、JTRON(Java与 ITRON的混合操作系统规范)、BTRON(计算机及手机等终端的操作 系统规范体系)、CTRON(以通信控制及信息处理为目的的操作系统 接口规范)及TRON HMI(面向各种电子设备的人机界面标准)等规范 – 为了实现更为有效的实时操作系统的嵌入式计算结构,TRON项目 启动了T-Engine项目。T-Engine是为了在短时间内高效开发实时嵌 入式系统而设计的,由标准化硬件结构(T-Engine)与标准开源实时 操作系统核心(T-Kernel)组成的嵌入式系统的开放式标准平台。 – Toyota/Honda

导航技术

导航技术

无线电导航:(radio navigation)天文导航(celestial navigation)惯性导航(Inertial Navigation)其他导航:红外激光电视雷达制导等卫星导航(Satellite Navigation)导航分类导航是一个技术门类的总称,它是引导飞机、船舶、车辆以及个人(总称作运载体)安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地的一种手段。

导航的基本功能是回答:我现在在哪里?我要去哪里?如何去?无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性:电磁波在在均匀理想媒质中,沿直线(或最短路径)传播;电磁波在自由空间的传播速度是恒定的;电磁波在传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发生反射。

通过导航台对无线电波的接收、发射和处理,能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量(几何参量)z通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量,可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量,从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系,实现对运动载体的定位和导航。

z优点:不受时间、天气限制,精度高,作用距离远方,定位时间短,设备简单可靠;z缺点:必须辐射和接收无线电波而易被发现和干扰,需要载体外的导航台支持,一旦导航台失效,与之对应的导航设备无法使用;同时易发生故障.无线电导航天文导航经常与惯性导航、多普勒导航系统组成组合导航系统。

这种组合式导航系统有很高的导航精度,适用于大型高空远程飞机和战略导弹的导航。

在低空飞行时因受能见度的限制较少采用天文导航,但对于高空远程轰炸机、运输机和侦察机作跨越海洋、通过极地、沙漠上空的飞行,天文导航则很适用。

根据天体来测定飞行器位置和航向的航行技术。

天体的坐标位置和它的运动规律是已知的,测量天体相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角就可以计算出飞行器的位置和航向。

天文导航系统是自主式系统,不需要地面设备,不受人工或自然形成的电磁场的干扰,不向外辐射电磁波,隐蔽性好,定向、定位精度高,定位误差与时间无关,因而天文导航得到广泛应用。

gps的原理及其应用pdf

gps的原理及其应用pdf

GPS的原理及其应用1. GPS的原理GPS全称为全球定位系统(Global Positioning System),是一种由卫星导航系统组成的定位技术。

在GPS系统中,定位设备通过接收来自卫星的信号,通过信号的相关计算和处理,确定设备的精确位置和时间。

GPS系统由以下主要组成部分组成:1.1 GPS卫星GPS卫星是GPS系统的核心组成部分。

目前,GPS系统运行着大约30颗工作卫星,它们围绕地球轨道运行。

这些卫星持续发射无线电信号,包括卫星的位置和时间信息。

1.2 GPS接收器GPS接收器是用于接收和处理卫星发送的信号的设备。

接收器通过接收多颗卫星的信号,并使用三角测量法确定自身的位置。

一般来说,接收器至少需要接收到3颗卫星的信号,才能确定二维位置(经度和纬度)。

如果接收到的卫星信号数量更多,接收器可以确定地理位置的三维坐标。

1.3 GPS控制段GPS控制段负责监视和管理GPS卫星,确保它们正常工作。

GPS控制站点用于控制和监控卫星的运行,并计算用于定位的精确卫星轨道和时钟信息。

2. GPS的应用GPS技术广泛应用于各个领域,包括但不限于以下方面:2.1 航海和航空GPS技术在航海和航空领域的应用是其中最早和最重要的。

通过GPS定位设备的使用,船舶和飞机可以精确确定其位置,提高导航的准确性和效率。

这对于航行和航班的安全至关重要。

2.2 交通导航GPS技术在交通导航系统中得到广泛使用。

通过GPS设备,驾驶员可以准确地确定自己所处的位置,并得到导航指引,以找到最佳的行驶路线。

这不仅提高了驾驶员的导航能力,也有助于减少交通拥堵和节省时间。

2.3 地理测量和测绘GPS被广泛用于地理测量和测绘领域。

测绘员可以使用GPS设备准确测量地球上各个点的经纬度,并生成精确的地图。

这对于土地规划、城市发展和环境保护起着重要的作用。

2.4 环境监测GPS技术也被用于环境监测。

通过安装GPS设备在离散地点,可以监测动物迁徙、气候变化和植物生长等自然现象。

惯性导航系统.pdf

惯性导航系统.pdf

• 捷联式惯性导航系统
根据所用陀螺仪的不同,分为速率型捷联式惯性导航系统和位置型捷 联式惯性导航系统。前者用速率陀螺仪,输出瞬时平均角速度矢量信号 ;后者用自由陀螺仪,输出角位移信号。捷联式惯性导航系统省去了平 台,所以结构简单、体积小、维护方便,但陀螺仪和加速度计直接装在 飞行器上,工作条件不佳,会降低仪表的精度。这种系统的加速度计输 出的是机体坐标系的加速度分量,需要经计算机转换成导航坐标系的加 速度分量,计算量较大。
1)转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;
2)转子角速度愈大,稳定性愈好。
所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的 物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同 刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大 的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性 大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保 持原有转动状态的惯性小。
陀螺仪
陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向 在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理, 用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在 工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每 分钟几十万转,可以工作很长时间。然后用多种方法读取 轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。
在现实生活中,陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的 作用下发生的。
• 定轴性
当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺 仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变 ,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力 量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其稳定性 随以下的物理量而改变:
Vx Vx0 0 axdt
t
Vy Vy0 0 aydt

gps原理及应用pdf

gps原理及应用pdf

gps原理及应用pdf
GPS全称为全球定位系统,是一种通过卫星信号进行定位和导航的技术。

GPS系统由一系列的卫星、地面控制站和接收器组成。

接收器通过接收来自多颗卫星的定位信号,计算自身的位置和速度,并提供导航、定位和测量等功能。

GPS系统的原理基于三角测量定位原理,即通过测量接收器与多颗卫星的距离来确定接收器的位置。

接收器通过接收多颗卫星发射的信号,并计算信号传播时间来确定距离。

接收器同时接收不同卫星的信号,通过比较信号传播时间和卫星位置信息,计算出接收器的位置。

GPS系统具有广泛的应用。

在航空航天领域,GPS系统被用于航班导航、飞行控制和导弹制导等。

在地面交通中,GPS
系统被用于车辆导航、车辆追踪和交通管理等。

在航海领域,GPS系统被用于船舶导航、海洋测绘和渔业资源管理等。

此外,GPS系统还被广泛应用于户外运动、地质勘探、环境监测和军事领域等。

GPS系统的应用还在不断扩展和创新。

例如,GPS系统被用于无人驾驶汽车的自动导航,通过接收卫星信号进行精确定位和路径规划,实现汽车的自主行驶。

此外,GPS系统还可以与其他传感器结合使用,如惯性导航系统和测距仪,提高定位的精度和可靠性。

总之,GPS系统通过卫星信号进行定位和导航,具有广泛的应用领域。

通过计算接收器与多颗卫星的距离,并结合卫星位
置信息,GPS系统可以提供准确的定位和导航功能。

随着技
术的不断进步,GPS系统的应用还将得到进一步拓展和创新。

gnss 原理 pdf

gnss 原理 pdf

gnss原理pdf一、概述全球导航卫星系统(GNSS)是一种利用卫星信号进行导航定位的系统。

它包括了所有能够提供全球范围导航服务的系统,例如GPS、GLONASS、Galileo和北斗系统等。

GNSS利用卫星在空中的位置,以及用户接收机接收到的卫星信号,来确定用户设备的位置、速度和时间信息。

二、GNSS系统组成GNSS系统主要由三部分组成:卫星、地面控制站和用户接收机。

1.卫星:是GNSS系统的核心部分,负责发送信号和保持其在预定轨道上运行。

GNSS卫星都配备了精确的时钟,以保证发送信号的时间精度。

卫星还配备了遥测和跟踪系统,以保持其位置的准确性。

2.地面控制站:负责监测和维护卫星的正常运行,包括接收卫星发送的遥测数据,对卫星时钟进行校准,以及发送指令控制卫星的位置等。

3.用户接收机:是GNSS系统的另一部分,负责接收卫星发送的信号,对其进行解调和处理,以提取位置、速度和时间信息。

用户接收机通常配备有高精度时钟,以保持其时间精度。

三、GNSS工作原理GNSS工作原理基于卫星发送的信号。

每个卫星都会发送一种特定的信号,该信号包含了其位置、时钟误差和时间戳等信息。

用户接收机通过接收并解调这些信号,可以获取到卫星的位置、速度和时间信息,从而计算出自身位置、速度和时间信息。

用户接收机通常采用相位锁定环路(PLL)或伪随机噪声(PRN)技术来解调卫星信号,以提取有用信息。

解调过程涉及到对信号的频率、相位和时间戳等信息进行解码,以还原出原始信号。

四、GNSS定位精度GNSS定位精度是GNSS系统的一个重要指标。

GNSS系统通过采用多种技术来提高定位精度,例如多星座几何分布、多路径效应抑制、高精度时间同步等。

目前,GNSS系统的定位精度已经达到了厘米级甚至毫米级水平,在某些应用场景下甚至可以媲美激光雷达(LiDAR)技术。

五、GNSS应用领域GNSS技术已经广泛应用于各种领域,包括导航、测量、航空、海洋监测、无人驾驶系统等。

导航原理(pdf版)

导航原理(pdf版)

导航原理(V0.1)导航贯穿于飞行全过程。

正确实施导航,是完成任务的先决条件。

对于每一个想要在虚拟战线任务中顺利找到目标,完成任务并安全返航的飞友,熟练的掌握导航技术是必须的。

第一节导航仪表与导航有关的仪表主要有罗盘和无线电导航仪,罗盘又分为磁罗盘和综合远读罗盘(也叫做转发罗盘),综合远读罗盘实际上是把远读罗盘和无线电导航仪合二为一,比如德机的罗盘中的小飞机就是无线电导航仪的指针,它指向无线电导航台或电台的方位,德机的罗盘外圈的刻度是活动的,跟随航向的变化而旋转,正12点的位置就是当前航向。

美国海军飞机的罗盘中的双针就是无线电导航仪的指针,它指向电台方向,单针指示的是当前航向,而美国陆航的指针定义刚好相反,单针是无线电导航仪的指针,双针指示当前航向。

苏机的无线电导航仪是单独的,它的使用我们以后再说。

磁罗盘实际上跟指南针是一样的,只是它的刻度盘是做在磁体上的,跟磁体一起旋转,因此它只能在水平状态下使用。

导航仪表中还包括航空时钟,它跟我们平时用的钟一样,这里就不讲了。

综合远读罗盘(德)综合远读罗盘(美)磁罗盘(美)磁罗盘(苏)无线电导航仪(苏)第二节判读航图和导航计算航图的判读是导航的基础,游戏中的航图,跟我们常见的地图大体相同,所用的图标也很相似,但由于游戏本身的特点,以及我们在飞行中的实际需要,因此也有一些不同的地方。

图1 图例图2放大后的图1局部游戏中的航图图标大多与真实地图相同,如浅蓝色不规则线条表示河流,较大面积浅蓝色区域表示湖泊,黑色线条表示铁路,但公路却分为两种,红线表示泥土公路,黄色带棕色边的线表示沥青或水泥公路,大块的绿色区域表示森林,森林间的浅色区域表示草地,不规则的小块黄色区域表示城镇,城镇上面标有城镇名称。

图中的蓝色菱形图标表示空军基地。

游戏中的航图跟真实地图一样是上北下南,左西右东,并且也采用经度和纬度,图2是放大后的地图,可以看到地图边缘标有经度和纬度,但游戏中的航图主要采用英文字母和数字来表示位置。

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导航原理(V0.1)导航贯穿于飞行全过程。

正确实施导航,是完成任务的先决条件。

对于每一个想要在虚拟战线任务中顺利找到目标,完成任务并安全返航的飞友,熟练的掌握导航技术是必须的。

第一节导航仪表与导航有关的仪表主要有罗盘和无线电导航仪,罗盘又分为磁罗盘和综合远读罗盘(也叫做转发罗盘),综合远读罗盘实际上是把远读罗盘和无线电导航仪合二为一,比如德机的罗盘中的小飞机就是无线电导航仪的指针,它指向无线电导航台或电台的方位,德机的罗盘外圈的刻度是活动的,跟随航向的变化而旋转,正12点的位置就是当前航向。

美国海军飞机的罗盘中的双针就是无线电导航仪的指针,它指向电台方向,单针指示的是当前航向,而美国陆航的指针定义刚好相反,单针是无线电导航仪的指针,双针指示当前航向。

苏机的无线电导航仪是单独的,它的使用我们以后再说。

磁罗盘实际上跟指南针是一样的,只是它的刻度盘是做在磁体上的,跟磁体一起旋转,因此它只能在水平状态下使用。

导航仪表中还包括航空时钟,它跟我们平时用的钟一样,这里就不讲了。

综合远读罗盘(德)综合远读罗盘(美)磁罗盘(美)磁罗盘(苏)无线电导航仪(苏)第二节判读航图和导航计算航图的判读是导航的基础,游戏中的航图,跟我们常见的地图大体相同,所用的图标也很相似,但由于游戏本身的特点,以及我们在飞行中的实际需要,因此也有一些不同的地方。

图1 图例图2放大后的图1局部游戏中的航图图标大多与真实地图相同,如浅蓝色不规则线条表示河流,较大面积浅蓝色区域表示湖泊,黑色线条表示铁路,但公路却分为两种,红线表示泥土公路,黄色带棕色边的线表示沥青或水泥公路,大块的绿色区域表示森林,森林间的浅色区域表示草地,不规则的小块黄色区域表示城镇,城镇上面标有城镇名称。

图中的蓝色菱形图标表示空军基地。

游戏中的航图跟真实地图一样是上北下南,左西右东,并且也采用经度和纬度,图2是放大后的地图,可以看到地图边缘标有经度和纬度,但游戏中的航图主要采用英文字母和数字来表示位置。

图1是我们看航图时最常用的一种比例,图中经线和纬线交叉将地图划分为一个个区域,用英文字母代表纵列(经度),用数字代表横列(纬度),两条经线和两条纬线之间的距离是10千米,因此地图上每一个区域的边长是10千米。

每一个区域可以用字母和数字来表示,如D5、E3等等。

图3 区域分划但用这样的方法来表示位置不够精确,因此我们在此基础上将每一个区域分为9个小区,每个小区用一个数字来表示,以增加精度。

如图3,将一个区域(图中为D3)均分为9个小区,用小键盘上的数字键位置进行编号,这样每一个小区就可以这样表示,如D3-1,D3-6。

图1中的空军基地,如果用D3来表示,因为D3地区有10×10千米,因此精度很低,而如果用D3-5来表示,由于D3-5小区只有3.3×3.3千米,精度大为提高。

一般的航图显示比例分为两个档次,既每格10千米和每格1千米,而在太平洋地区的一些地键点击来放大和缩小,在图2中,两条经线和两条纬线之间的距离是1千米,比例大了很多,较大的比例有助于我们根据航图精确的找到目标点。

在我们飞任务的时候,进入任务后在任务简报中可以看到任务图,任务图中标明了起飞点、降落点、任务航线,以及各个转弯点。

有的任务类型的简报中还标出了目标点的具体任务,如轰炸、侦察等等。

图4任务简报中的航图见图4,任务简报中的航图上标有任务航线,图中红蓝双线是战斗双方的分界线(也就是前线),2-6各点是任务航线中的各个转弯点,1是起飞点,其图标是一个机头向上起飞中的小飞机,8是降落点,图标是机头向下降落中的小飞机。

各点之间的黑线就是航线,我们从航图上可以直接量出航向(既飞行方向)和每段航线的航程。

要知道航向,就要知道航图所用的坐标系,游戏中航图所用的坐标系与真实地图所用的坐标系相同,都是正北方为0°,正东方为90°,正南方为180°,正西方为270°,在实际应用时,从航图上的某一点(通常是飞行员所在的位置或航图上的某个转弯点),到航图上另一点的航向,在量取时,以出发点为原点,以正北方为0°,顺时针量取,例如图4中从转弯点2到转弯点3的航向,以正北方为0°,顺时针量取为144°。

因此在飞行时,到达转弯点2后,只要按144°航向飞行,就可以到达转弯点3。

(或者说转弯点3在转弯点2的144°方位。

在航图上,我们还可以量出两个点之间的距离。

由于航图上每个区域的边长是10千米,每个区域对角线的长度约为边长的144%,如果航线刚好与经线、纬线或对角线平行,可以直接算出两点间的距离,如果不平行,可以根据相差的角度大致推算出两点间的距离,如图4中的转弯点3与转弯点4之间的距离,由于3-4之间的航向为144°,接近对角线的角度,就按对角线长度计算,从图中看到3-4之间接近3个区域(对角线),每个区域对角线长为14.4千米,因此3-4之间的距离约为43.2千米。

这样的估算误差较大,但在多数情况下使用地标导航时还是可以满足需要的。

如果想要精确的知道两点间的距离,例如使用推测导航时,必须准确的知道每一段航线的航程,这时可以用直尺量取,其方法是:先用直尺量出某个区域的边长(每个人的显示器不同,显示比例不同,量出的长度就不同),如我现在量图4中的每个区域边长为2.3厘米,已知每个区域实际边长10千米,10/2.3=4.35千米,因此航图的实际比例为每厘米等于4.35千米。

然后再量取航图上两点间的长度,既可算出实际距离。

我现在量出图4中3-4之间的距离为10厘米,算出3-4两个转弯点之间的距离为43.5千米。

在准确判读航图的基础上,我们就可以进行导航计算,导航计算的主要内容如下:1、是根据各分段航线两点之间的距离和预定的飞行真速(注意,一定要用真空速),求出各分段航线的飞行时间。

2、计算航线总距离,即各段航线的距离相加。

3、计算总续航时间,即各段航线的飞行时间相加,再加上起飞至航线起点、航线终点至着陆的时间。

在任务开始前判读航图时,主要是以下内容:起飞机场和降落机场的位置、任务目标点的位置、任务内容(如轰炸、护航、拦截等等,将另文说明)、出航和返航航向,每个转弯点的位置,两个转弯点间的航向和航程,进行导航计算。

在任务中我们也可以根据任务情况自己选择出航航线,以达成战术上的突然性。

这就要求我们在判读航图时更深的理解任务内容,同时也要求我们在不依靠无线电导航仪的情况下有良好的导航能力。

第三节罗盘地标航行罗盘地标航行,是指根据罗盘指示来保持航向,通过观察地标来确定飞机的准确位置,检查航迹并修正偏差,按计划到达目标的航行方法。

下面我们来分析罗盘地标航行的方法。

一、飞向航线起点1.按地标飞向航线起点(如图)起飞后,按地标或目视起点的方法飞向航线起点,进入预定航向。

同时应注意检查航向,参考时间,帮助判断飞机位置,以免飞错起点。

地标的选择,应能够从空中清楚分辨,并不易与附近其它地面目标混淆。

如下图,起飞后沿铁路(线状地标)飞行到达航线起点,航线起点的地标为铁路拐弯处的城镇,这些都是很容易从空中清楚分辨的地标。

到达航线起点后,转向进入预定航向。

图6沿线状地标进入航线起点二、检查航迹飞机进入航线后,由于空中风向、风速的变化,仪表指示的误差和未保持好应飞诸元等原因,都可能使飞机偏离航线。

因此,航行中应经常检查航迹,以便正确地修正航迹,使飞机准确到达预定目标。

(一)确定飞机位置首先确定飞机的概略位置。

航行中,根据已飞的时间和真速,心算出飞过的距离,在地图上估计飞机的概略位置。

确定飞机的概略位置以后,按飞机概略位置辨认附近的地标,与地图进行对照。

搜索辨认地标时,一般应先看远处,注意比较大的范围内的显著地标及其相互关系位置和特征(如形状特殊的河流交汇处、较大的城市等较明显的地标)。

随着飞机与地标之间距离的缩短,再观察近处和两侧的地标,注意个别的地标及其小的特征,如村庄,桥梁等。

如已到达预定地标附近才开始搜索,或需要辨认近处的地标,则应先看近处,后看远处,以便迅速辨认,防止飞过预定地标。

在飞机通过预定地标的侧方时,测出预定地标与飞机水平距离,确定飞机的精确位置。

飞机与侧方地标的水平距离,可根据观察侧方地标时的垂面观测角的大小,进行判断。

当飞行高度一定时,垂直观测角愈大,则飞机距离侧方地标愈远(如图7)。

图7垂直观测角与水平距离的关系图8在较远的距离上,对照地图辨认较大范围的地标图8中选择的地标为河流交汇处和旁边的城市,是一个较大的地标,较易辨认。

图中的飞行高度为3000米,在这个高度上难以辨认道路和桥梁,因此只能以河流和城市作为地标。

要注意的是,由于地图的方向不能转动,因此对照地图是必须考虑飞机的航向,图8中飞机的航向是284,大致是往西飞,图中的地标在飞机的右前方,因此飞机应位于地标的东南方。

图9根据地面特征识别地标在高度较高时不易看清地面公路,但在一些特殊的情况下,可以通过地面的特征来识别公路,在图9中虽然看不到公路,但森林中公路穿越的地方是没有树木的,因此形成了一个明显的线状地标,再加上林中的空地,可以很容易的辨认出来。

在稍近一些的距离上,一些大范围地标中的小特征和附近的小地标,能够帮助我们确定飞机的位置,见图10,此时飞机的位置,大约位于地图上红圈的范围内,这个范围较大,不够精确。

图11精确判断飞机的位置在附近易辨认地标较多,特征比较明显的情况下,可以通过这些地标之间的位置关系,以及它们与飞机之间的位置关系来精确判断飞机的位置。

如图11,在飞机右后方的这个由河流交汇处形成的湖泊,以及它旁边的城镇,是一个明显的地标,而且城镇的边沿与湖泊中心的连线,正指向飞机中心(翼根与机身的结合部),如果我们转头去看左边(参见图10),会发现这条线正指向飞机左前方的小河分叉处,也就是飞机正位于这两个地标的连线上,观察飞机与两个地标之间的距离就可以确定飞机的精确位置。

在这张图中,还有一个可供精确定位的地标,就是图中左侧的一条河流,它的延长线也正指向飞机,与前述两个地标之间的连线交叉,由此我们可以在地图上精确的画出(当然只能是在脑袋里画)两条线的交叉点,这就是飞机的精确位置。

(二)距离检查距离检查是为了确定已飞距离和地速,以便掌握到达下一预定地标的时间。

航行中,当飞机通过显著的点状、面状地标或垂直于航线(成与航线的交叉角在60—120°之间)的线状地标时,可以从地图上测出已飞距离。

然后预计到达下一预定地标的时间。

三、修正航迹检查航迹后,如发现飞机偏离航线,应重新确定应飞航向,修正航迹,并重新预计到达转弯点(或下一检查点)的时间。

修正航迹应在检查点处确定飞机位置后进行。

不得随意修正,以免造成更大的偏差。

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