飞行器导航、制导与控制-1绪论

飞行器导航、制导与控制
李平、韩波
导航、制导与控制的关键技术 课程安排与参考文献
设想在伸手不见五指的黑夜里行走，或在茫茫大雾中开车，如何辨别方向？设想乍到一个陌生的城市，沿哪一条道
出行最重要的前提:
了解相关的空间位置信息!
现在身在何处？
理想情况：
¾有向导，安全有效地引导从一地到
¾有一份地图，最好还能随时了解自
己在地图上的确切位置。

北
寻找标志性参照物（与地图结合）
¾
¾星空
¾树木
¾
运用指南针、卫星定位系统等仪器设备定位定向
汽车、舰船、飞机等运动载体（）的航行需要解决同样问题
月飞行，距地
球表面最远可
达38万公里，
需要在导航系
正确轨道飞向
月球。

将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法称为导航
导航系统测量并解算出运载体的瞬时动驾驶仪，由其实现对运载体的正确
操纵或控制。

具有明确的运载体航行目的地信息能够感知运载体的姿态、位置、速
能够决定运载体运动的方向、速度——航行决策功能
由导航系统可以得到运载体到达目的地应该如何运动的信息预期的运动轨迹
控制运载体沿着预想的轨 例：导弹的中制导与末制导
•
•末制导——导弹在接近目标时的制导
制导控制与姿态控制轨迹与期望运
动轨迹的偏差
对运载体的运
动状态进行调
整迹偏差
姿态控制根据运载体自身稳定的要求对其姿态进行调整
以人的行走为例：首先需要站得稳（保动作
姿态控制是制导控制的基础和保证
姿态控制与制导控制相互融合，有时很
导航、制导与控制系统分类
地面运载体
空间运载体——各种航天器
地下运载体——用于地铁、隧道施工的盾构
等
特点
航空飞行器导航、制导与控制特点 一般在地球表面大气层内飞行，制导与控制需考虑飞行器的空气动力学影响。

飞行安全是导航、制导与控制系统必须保
导航定位精度要求较高，但导航方式可以有较多种选择。

载人飞行器和无人飞行器对导航、制导与控制系统有不同要求
大型客机的自动飞行控制系统
捕食者（PREDATOR ）无人侦察机雅马哈无人直升机Rmax
地形匹配导航
星空导航（天文导航）
重力场导航 …………
¾ 惯性执行机构¾飞轮、力矩陀螺
¾
罗盘，也称罗经，是指示方终指向磁北极的地磁场，来确定某物体方向与地理南北向的关系。

历史最为悠久的导航方式
磁罗盘来在海上航行中指示方
向。

通过测量无线电波从发射台天线到接收机天线的传输时间来定位的一种方法（也有
按照发射机或转发器所在的位置，无线电导航可分为陆基导航系统和星基导航系统
陆基导航系统如罗兰—C (Loran-C) 等
星基导航系统如全球定位系统GPS、GLONASS等
卫星定位导航：由地
面物体通过无线电信
距离变化率计算出自
己在地球或空间的位
置，进而确定自己的
航向。

导航卫星系统
（） 美国从本世纪颗卫星组
¾
¾定位精度高（无差分情况下15米，有差分可达厘米级）。

¾
PDA，手机等）。

缺点：美国垄断—对定位精度和使用权限加入人为的限制
传统的航标方法借助于信标或参照物把运动物体从一个地点引导到另一个地点的方法，过去人们习惯称之为目视方法。

在
很强。

通过视频、红外图象识别、GIS信息匹配等现代信息技术完成地形匹配
通过对天体精确定时观测来定位
目前仍广泛用在航海和航天，特别是星
具有一定的自主性
缺点是误差累积及受时间和气象条件的
各种导航方式各有其优点和不足，单独应用都有局限性
组合导航系统综合不同导航方法的优点， 最为常见的是“惯导+ GPS”组合导航系统
导航、制导与控制系统构成
期望偏差
飞行器位置与姿态
飞行器导航、制导与控制系统构成
飞行控制器环境与负载扰动
导航、制导与控制关键技术
性能良好的飞行控制系统 性能稳定、可靠
控制精度高
抗干扰性强
反应速度快
课程安排与参考文献
导航、制导与控制是一个非常重要的综合性学科，涵盖的内容非常丰富
包含：多种导航原理与传感技术、控制科
域作用原理，等等，每一项都需要专门的课程才能深入了解
到对飞行器导航、制导与控制作入门介绍的作用
课程主要以专题研讨的方式进行
飞行控制系统设计与分析
1.
4.
卫星全球定位导航系统5.
组合导航系统
6.其它导航系统
飞行器的飞行动力学建模1.
4.基于数据的飞行动力学建模方法
5.飞行动力学模型混合建模方法
飞行控制系统设计与分析
1.
4.一类典型飞行器导航控制系统的组成及
其特性
5.
参考书
¾吴森堂等编著，，北京航空航天大学出版社，2005
2006年4
¾
社，2007年12月。

¾胡寿松，《自动控制原理》第4版，科学出版社，2001年2月。

¾《航天器控制原理》——西北工业大学航天学院电子教材
¾《惯性器件原理》——北京航空航天大学仪器光电学院/2008jpk/bjsjpk/gxyljqj/jiaoxuekejian.html
谢谢！。