飞机导航系统
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工作原理
卫星系统具有全球覆盖,全天候通信、导航和监视 能力。 导航的作用就是向ATM系统内的飞机提供位置、速 度、航向和时间等导航信息。 监视就是向所管制的飞机提供可靠、安全的飞行管 理信息通信就是要在地面和飞机间完成数据交换, 包括话音和数据通信。
导航和监视
监视采用GNSS卫星信息和地面雷达组合,部分地区可以只采 用GNSS进行航路监视,这样既保证监视和导航的相对独立性, 也可以改进监视精度。 在监视过程中,飞机信息的获取和跟踪需要一定时间,获取过 程涉及进入管制范围新飞机的识别和初始位置确定。 当地面管制中心获得足够信息,则监视过程进行跟踪方式,在 跟踪过程中飞机通过空地通信链有规律地向地面提供数据, 管制中心通过查询方式或时分多址访问方式接收飞机报告的 数据。
为飞行器提供位置、 速度和时间信息。
仪表导航——飞机上有了简单的仪表，靠人工计算 得出飞机当时的位置。 无线电导航——利用无线电波的传播特性可测定飞 行器的导航参量(方位、距离和速度)，算出与规定 航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消 除偏差以保持正确航线。 惯性导航系统——以牛顿力学定律为基础，通过测 量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积 分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导 航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
1、空间系统 新CNS/ATM的空间系统是一种导航、监视和通信功能都依赖于空间卫 星的纯空间系统。 飞机的位置数据由监视通信卫星地面卫星控制中心（SCC），命令 指令与请求数据由控制中心监视通信卫星飞机。SCC收集与处理 监视数据,且与飞机及管制中心进行数据通信。 2、机载系统 机载系统包括航处理器、数据记录及显示器等，所要完成的任务是 飞机导航、进场着陆与空地通信等。系统的核心是导航处理器完成 导航计算、控制通信、支持各种显示设备。通信实现空地双工数据 交换。 3、地面系统 地面系统主要包括地面雷达网链、VHF网、ARTCC和TCC,以及DGNSS基 准台等,主要任务是对空中飞机进行交通管理，使之安全、有序地飞 行与进场着陆,以提高空间利用率,进而提高运营效益。 DGNSS供飞机导航与监视； ARTCC主要提供航路服务,同时作为TCC之间的通信接口； TCC则进行终端区域的飞行管理确保飞机安全起飞与着陆。
系统构成
系统由空间、机载和地面3部分组成。 空间部分为全球导航卫星系统的所有星座以及用于 卫星通信的卫星。 机载部分包括全球卫星导航接收机,以及各种数据、 话音通信设备与通信管理器。 地面部分就是话音通信设施与通信管理器、数据处 理、数据显示以及ATM工作站和自动化设备。另外 还包括利用差分技术提高精度的基准站与监测站等。
Thank you~
“ ” GPS飞机导航分析
GPS在飞机导航中 工作方式
虽然GPS有极高精度的突出优点,但它属于被动式导航, 有受外界因素影响和少数地区覆盖不到等缺点。 而惯导系统有自主导航能力强、相对精度较高的优点, 但存在误差随时间积累的缺点。 因此,在飞行管理系统中,往往将这两个系统数据结合 应用。一方面,将惯导系统数据送至GPS接收机,可改 善其重新捕获卫星信号的能力,在卫星覆盖不好的周期 内,帮助GPS提高精度。另一方面,用GPS位置数据校 准惯导传感器,以减少惯性基准系统的漂移。 在GPS飞机导航中的工作方式有4种方式： 截获方式、导航方式、高度辅助方式和辅助方式。
Байду номын сангаас
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
2. 飞行姿态数据 基线向量： 基线两端天线同时观测多颗卫星,所有这些载波相位观 测量可以组成双差观测方程,两天线对应同一卫星的观 测量作差,形成站际单差,消去了卫星钟差对应不同卫 星的站际差作差,形成双差,消去了接收机钟差。假设 整周模糊度己经正确解得,双差观测方程为：
系统特点
1、导航是以GNSS为核心,既能为航路、终端与非精密进 场提供高精度、高完善性的导航服务,又提高了精密定 位能力,实现四维导航与实行区域导航,扩展短捷直飞航 线,扩大飞行自由度。DGNSS还可用于高等级的精密进场 及着陆,这样可减少机载导航设备的种类。 2、数据通信使机载系统同地面系统之间的通信更实时、 更准确。由于实现数字式数据交换,不仅能改善数据处 理与信息传输管理,提高空中交通管理自动化,而且可减 少信道拥挤与通信差错,使数据更为精确,有助提高飞行 安全。
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
1.飞行轨迹数据 位置：在用进行导航时,飞机的位置就可用GPS定位方 法来确定。 速度：计算时,根据测速算法的不同,大致有三种方法： 第一是基于高精度定位结果,通过位置差分来获取速度； 第二是利用原始多普勒观测值直接计算速度；第三是 利用载波相位中心法所获得的多普勒观测值来计算速 度。
如果预先知道基线的精确长度,则附加一个基线长度约 束方程： 这样,只需同时观测两颗卫星即可解得基线向量。
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
3. GPS导航信号失锁处理 1. 飞机位置的推算 辅助方式导航： 由于信号存在误差,在计算机屏幕上表现为当定位位置 固定不变时,的位置在一个圆内变化。当飞机飞行时, 位置的偏差对飞机航迹、航向的影响就比较大,不能反 映真实的航迹和航向,这时就要通过辅助方式进行导航。 2.航向修正 a) 对点飞行 b) 按预定航线飞行 c) 航线切换
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“ ” GPS 飞机导航 工作原理
系统概述
GPS飞机导航系统是利用全球定位系统, 结合数字地图显示功能，能提供飞机 导航的实时位置和环境信息的系统,并 按照需要有效地引导飞机的设备安全 顺利地完成飞行任务。
航线：飞机飞行的路线。 飞机的航线不仅确定了飞机飞行具体方向、起讫点和 经停点，而且还根据空中交通管制的需要，规定了航 线的宽度和飞行高度，以维护空中交通秩序，保证飞 行安全。 首先，飞行员会把出发机场和到达机场以及途中要经 过的导航点输入到飞机的电脑中。当飞机升空后，导 航点和飞机之间会不断的交换数据，从而引导飞机的 自动飞行系统控制飞机往下一个导航点飞行。
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导航和监视
导航用GNSS卫星信息是以GPS为主,提供飞机导航所需要的信 息,并以多种方式显示给飞行员。 一方面飞机用伪距测量出的定位数据通过空地数据链发送到 地面管制中心。 另一方面,在飞机响应地面管制中心的询问或访问时,发出合 适的测距码信号,地面设备测量和处理这种测距信号的相对 到达时间就可以确定飞机的位置。地空数据链除了向飞机提 供管制信息外,还可以向飞机提供差分校正数据、卫星和地 面管制中心质量状况等信息,以保证导航和监视的可靠性和 精度,进而减小飞行间隙,增加飞行流量,让飞机以最佳的飞 行轨迹和飞行剖面飞行,降低成本,提高经济效益,同时可以 减少因天气原因造成的延误,提高航班正点率。
全球定位系统—— 组成：卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定 位设备组成。 原理：“导航星”全球定位系统采用时间测距导航定 位法。用户接收设备精确测量出系统中颗卫星发来信 号的传播时间,然后完成一组包括个方程式的数学模 型运算,就可以算出用户位置的三维坐标经度、纬度 和高度。
基于空基的飞机导航系统—— 空中交通管理系统：硬件系统CNS/软件系统ATM 其中硬件系统中分为通信、导航、监视三部分,软件 系统包括空域管理、空中交通服务和空中交通流量管 理三大部分内容。
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GPS飞机导航系统
学号：0145130203 姓名：易家鑫 班级：地信1301班
一、飞机导航的发展 二、GPS飞机导航工作原理 三、GPS飞机导航分析
“ ” 飞机导航的发展
最佳飞行成绩为：续航时间59秒， 飞行距离260米，飞行高度3.8米， 速度48千米/小时。
4
目视导航 仪表导航 无线电导航 惯性系统导航 全球定位系统 基于空基的飞机导航系统
系统特点
3、自动相关监视将高精度的卫星导航与数据通信结合 起来,不仅扩展了监视能力,缩短了飞行间隔,而且能使 空中交通管理中心在全面、实时、准确掌握空情时,减 少地面设备的需要量,从而减少基础设施建设与维护费 用。 4、空中交通管理是以新型的通信、导航和监视为基础 的自动化管理,能为飞机提供最佳飞行剖面及灵活的流 量控制,提高交通管制的实时性、应变性,并将从程序性 管制过渡到战术性管制。
工作原理
卫星系统具有全球覆盖,全天候通信、导航和监视 能力。 导航的作用就是向ATM系统内的飞机提供位置、速 度、航向和时间等导航信息。 监视就是向所管制的飞机提供可靠、安全的飞行管 理信息通信就是要在地面和飞机间完成数据交换, 包括话音和数据通信。
导航和监视
监视采用GNSS卫星信息和地面雷达组合,部分地区可以只采 用GNSS进行航路监视,这样既保证监视和导航的相对独立性, 也可以改进监视精度。 在监视过程中,飞机信息的获取和跟踪需要一定时间,获取过 程涉及进入管制范围新飞机的识别和初始位置确定。 当地面管制中心获得足够信息,则监视过程进行跟踪方式,在 跟踪过程中飞机通过空地通信链有规律地向地面提供数据, 管制中心通过查询方式或时分多址访问方式接收飞机报告的 数据。
为飞行器提供位置、 速度和时间信息。
仪表导航——飞机上有了简单的仪表，靠人工计算 得出飞机当时的位置。 无线电导航——利用无线电波的传播特性可测定飞 行器的导航参量(方位、距离和速度)，算出与规定 航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消 除偏差以保持正确航线。 惯性导航系统——以牛顿力学定律为基础，通过测 量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积 分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导 航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
1、空间系统 新CNS/ATM的空间系统是一种导航、监视和通信功能都依赖于空间卫 星的纯空间系统。 飞机的位置数据由监视通信卫星地面卫星控制中心（SCC），命令 指令与请求数据由控制中心监视通信卫星飞机。SCC收集与处理 监视数据,且与飞机及管制中心进行数据通信。 2、机载系统 机载系统包括航处理器、数据记录及显示器等，所要完成的任务是 飞机导航、进场着陆与空地通信等。系统的核心是导航处理器完成 导航计算、控制通信、支持各种显示设备。通信实现空地双工数据 交换。 3、地面系统 地面系统主要包括地面雷达网链、VHF网、ARTCC和TCC,以及DGNSS基 准台等,主要任务是对空中飞机进行交通管理，使之安全、有序地飞 行与进场着陆,以提高空间利用率,进而提高运营效益。 DGNSS供飞机导航与监视； ARTCC主要提供航路服务,同时作为TCC之间的通信接口； TCC则进行终端区域的飞行管理确保飞机安全起飞与着陆。
系统构成
系统由空间、机载和地面3部分组成。 空间部分为全球导航卫星系统的所有星座以及用于 卫星通信的卫星。 机载部分包括全球卫星导航接收机,以及各种数据、 话音通信设备与通信管理器。 地面部分就是话音通信设施与通信管理器、数据处 理、数据显示以及ATM工作站和自动化设备。另外 还包括利用差分技术提高精度的基准站与监测站等。
Thank you~
“ ” GPS飞机导航分析
GPS在飞机导航中 工作方式
虽然GPS有极高精度的突出优点,但它属于被动式导航, 有受外界因素影响和少数地区覆盖不到等缺点。 而惯导系统有自主导航能力强、相对精度较高的优点, 但存在误差随时间积累的缺点。 因此,在飞行管理系统中,往往将这两个系统数据结合 应用。一方面,将惯导系统数据送至GPS接收机,可改 善其重新捕获卫星信号的能力,在卫星覆盖不好的周期 内,帮助GPS提高精度。另一方面,用GPS位置数据校 准惯导传感器,以减少惯性基准系统的漂移。 在GPS飞机导航中的工作方式有4种方式： 截获方式、导航方式、高度辅助方式和辅助方式。
Байду номын сангаас
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
2. 飞行姿态数据 基线向量： 基线两端天线同时观测多颗卫星,所有这些载波相位观 测量可以组成双差观测方程,两天线对应同一卫星的观 测量作差,形成站际单差,消去了卫星钟差对应不同卫 星的站际差作差,形成双差,消去了接收机钟差。假设 整周模糊度己经正确解得,双差观测方程为：
系统特点
1、导航是以GNSS为核心,既能为航路、终端与非精密进 场提供高精度、高完善性的导航服务,又提高了精密定 位能力,实现四维导航与实行区域导航,扩展短捷直飞航 线,扩大飞行自由度。DGNSS还可用于高等级的精密进场 及着陆,这样可减少机载导航设备的种类。 2、数据通信使机载系统同地面系统之间的通信更实时、 更准确。由于实现数字式数据交换,不仅能改善数据处 理与信息传输管理,提高空中交通管理自动化,而且可减 少信道拥挤与通信差错,使数据更为精确,有助提高飞行 安全。
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
1.飞行轨迹数据 位置：在用进行导航时,飞机的位置就可用GPS定位方 法来确定。 速度：计算时,根据测速算法的不同,大致有三种方法： 第一是基于高精度定位结果,通过位置差分来获取速度； 第二是利用原始多普勒观测值直接计算速度；第三是 利用载波相位中心法所获得的多普勒观测值来计算速 度。
如果预先知道基线的精确长度,则附加一个基线长度约 束方程： 这样,只需同时观测两颗卫星即可解得基线向量。
正常GPS卫星信号下 飞行参数的计算
3. GPS导航信号失锁处理 1. 飞机位置的推算 辅助方式导航： 由于信号存在误差,在计算机屏幕上表现为当定位位置 固定不变时,的位置在一个圆内变化。当飞机飞行时, 位置的偏差对飞机航迹、航向的影响就比较大,不能反 映真实的航迹和航向,这时就要通过辅助方式进行导航。 2.航向修正 a) 对点飞行 b) 按预定航线飞行 c) 航线切换
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“ ” GPS 飞机导航 工作原理
系统概述
GPS飞机导航系统是利用全球定位系统, 结合数字地图显示功能，能提供飞机 导航的实时位置和环境信息的系统,并 按照需要有效地引导飞机的设备安全 顺利地完成飞行任务。
航线：飞机飞行的路线。 飞机的航线不仅确定了飞机飞行具体方向、起讫点和 经停点，而且还根据空中交通管制的需要，规定了航 线的宽度和飞行高度，以维护空中交通秩序，保证飞 行安全。 首先，飞行员会把出发机场和到达机场以及途中要经 过的导航点输入到飞机的电脑中。当飞机升空后，导 航点和飞机之间会不断的交换数据，从而引导飞机的 自动飞行系统控制飞机往下一个导航点飞行。
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导航和监视
导航用GNSS卫星信息是以GPS为主,提供飞机导航所需要的信 息,并以多种方式显示给飞行员。 一方面飞机用伪距测量出的定位数据通过空地数据链发送到 地面管制中心。 另一方面,在飞机响应地面管制中心的询问或访问时,发出合 适的测距码信号,地面设备测量和处理这种测距信号的相对 到达时间就可以确定飞机的位置。地空数据链除了向飞机提 供管制信息外,还可以向飞机提供差分校正数据、卫星和地 面管制中心质量状况等信息,以保证导航和监视的可靠性和 精度,进而减小飞行间隙,增加飞行流量,让飞机以最佳的飞 行轨迹和飞行剖面飞行,降低成本,提高经济效益,同时可以 减少因天气原因造成的延误,提高航班正点率。
全球定位系统—— 组成：卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定 位设备组成。 原理：“导航星”全球定位系统采用时间测距导航定 位法。用户接收设备精确测量出系统中颗卫星发来信 号的传播时间,然后完成一组包括个方程式的数学模 型运算,就可以算出用户位置的三维坐标经度、纬度 和高度。
基于空基的飞机导航系统—— 空中交通管理系统：硬件系统CNS/软件系统ATM 其中硬件系统中分为通信、导航、监视三部分,软件 系统包括空域管理、空中交通服务和空中交通流量管 理三大部分内容。
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GPS飞机导航系统
学号：0145130203 姓名：易家鑫 班级：地信1301班
一、飞机导航的发展 二、GPS飞机导航工作原理 三、GPS飞机导航分析
“ ” 飞机导航的发展
最佳飞行成绩为：续航时间59秒， 飞行距离260米，飞行高度3.8米， 速度48千米/小时。
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目视导航 仪表导航 无线电导航 惯性系统导航 全球定位系统 基于空基的飞机导航系统
系统特点
3、自动相关监视将高精度的卫星导航与数据通信结合 起来,不仅扩展了监视能力,缩短了飞行间隔,而且能使 空中交通管理中心在全面、实时、准确掌握空情时,减 少地面设备的需要量,从而减少基础设施建设与维护费 用。 4、空中交通管理是以新型的通信、导航和监视为基础 的自动化管理,能为飞机提供最佳飞行剖面及灵活的流 量控制,提高交通管制的实时性、应变性,并将从程序性 管制过渡到战术性管制。