导航系统大作业

导航系统

1．简述捷联惯性系统中地理系到机体系的姿态阵b g C 其含义及其功能。 答：含义：导航坐标系g g g O x y z -到机体坐标系b b b O x y z -的一组欧拉角为,,θγψ，导航坐

标系经过3次转动到机体坐标系。g g g x y z 依次沿g O z -、'

b O x -、''

b O y -旋转角度-ψ、θ、γ后到b b b x y z 。姿态矩阵中包含了机体的姿态角方位角ψ、俯仰角θ和横滚角γ。

功能：机体陀螺仪输出的角速度信息经过补偿后，积分得到机体坐标系与导航坐标系的姿态信

息和姿态转移矩阵。捷联惯导系统中，加速度计与载体固连，利用姿态阵完成加速度计输出信息从机体坐标到导航坐标的转换。转换后的加速度计信息经过积分可得到机体在导航坐标系下的速度和位置。

2．画出并用式表达速度三角形（地速、控速、风速）及航迹角、航向角与偏流角之间的关系。

答：风速：空气相对于地面的运动速度；空速：飞机相对于空气运动的速度；地速：飞机相对

于地面的运动速度。=+v v v

风地空

航向角：机头在水平面投影与真北方向的夹角ϕ；偏流角：空速矢量和地速矢量之间的夹角，用

δ表示；航迹角：飞机速度矢量在水平面投影与真北方向的夹角。航向角ϕ加上偏流角δ等于地

速v

地的方位角α。

3．简述惯性导航系统、卫星导航系统、多普勒导航、塔康、VOR/DME 、天文导航其各自的基本工作原理、特点及误差特性。 答：一、惯性导航系统

（1）工作原理

以牛顿力学定律为基础，以陀螺仪和加速度计为敏感器件进行导航参数解算。系统根据陀螺

仪的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体的速度和位置，从而实现姿态和航向解算。

（2）特点

惯性导航系统不需要任何外来信息，也不会向外辐射任何信息，仅依靠惯性器件就能全天候，全球性的自主三维定位和三维定向，同时具备自主性、隐蔽性和信息的完备性。

（3）误差特性

误差随时间积累，短时间导航精度较高。

二、卫星导航系统

（1）工作原理

以卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星的瞬时坐标（轨道根数），来确定用户观测点的经纬度和高程信息。

（2）特点

卫星导航系统具有全天候、高精度、自动化、高效益、性能好，应用广的特点，是一种被动式的导航系统。但需要地面站支持，电波易受干扰。

（3）误差特性

在卫星导航系统中，影响测量结果的误差因素有与卫星有关的误差，与观测有关的误差，和与观测站有关的误差。包括卫星时钟、星历误差，也受电离层、对流层和周围环境事物遮挡等影响。长时间导航精度较高。

三、多普勒导航系统

（1）工作原理

多普勒导航系统是一种自助式推算导航系统。机载多普勒雷达向地面发射电波和接收地面的回波，通过测量地面回波的多普勒频移，通过定位解算，即可得到飞行器的位置信息。

（2）特点

多普勒导航系统不需要有地面或卫星发射台，发射的波束窄，角度陡，难以被监测，自主性强，测速精度高，不需要初始对准。

（3）误差特性

影响多普勒导航系统的误差有测速误差和飞机的角度敏感误差。系统的定位误差发散，随时间推移而增大。

四、塔康导航系统

（1）工作原理

塔康导航系统是由塔康地面设备（塔康信标）和机载设备组成。其采用极坐标体制定位，飞机定时向地面台发送和接收信号，机载设备与塔康信标配合连续解算出飞机所在点相对于信标的方位角和距离。

（2）特点

测位测距精度较高，系统能提供2维定位，信标天线体积小，便于机动。

（3）误差特性

飞机相对地面台的距离较近时，测角与测距精度较高。距离远时会发散。

五、DME/DME导航系统

（1）工作原理

利用机载DME机测出的飞机相对两个地面台的斜距和从其他设备输入的飞机高度信号，计

P k，根据系统内计算机储存的地面台位置信息，算出与飞机相应的地面点P到地面台的距离()

即可计算出k时刻的飞机位置。

（2）特点

具有信号功率大，作用距离近，近程精度高和干扰难度大等优点。

（3）误差特性

飞机具有一定高度时才能接收到信号。距离较近时，测距精度较高。距离远时定位误差较大。

六、天文导航系统

（1）工作原理

通过敏感器观测空间中的天体来确定载体的位置信息（经度、纬度）和载体的姿态信息（横滚角、俯仰角、方位角）。

（2）特点

精度较高、误差不随时间积累，抗干扰能力强，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，可靠性高，使用范围广。

（3）误差特性

天文导航以天体作为导航基准，误差不随时间积累。

4．简要分析地形高程辅助导航技术中TERCOM和SITAN两种算法的主要特点与差异。

答：SITAN为桑地亚惯性地形辅助导航算法，它采用了递推卡尔曼滤波算法，具有更好的实时性。TERCOM为地形高度相关的典型算法，采用了基于地形高度的相关分析，属于后验估计或成批处理方法，其实时性较差。二者均为地形高程辅助导航系数，但在原理和实现的方式上都不同；通常不是处于连贯的组合状态，只有地形的形状起伏能被有效使用时才能进入到地形辅助导航模式，否则一般都出于纯惯性（或者惯性与其他导航系统的组合）的工作状态，因此地形辅助导航模式不是处于独立的工作方式。

(1) SITAN方案对惯性导航系统的修正是实时的，而TERCOM方案则对一串地形高度序列做后验的相关分析，得到正确位置时有一定的延迟。

(2) TERCOM系统在得到地形高度期间要保持在稳定的非机动飞行状态，而SITAN的系统没