慣性導(dǎo)航系統(tǒng)概論慣性導(dǎo)航.ppt

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1、慣性導(dǎo)航原理中國民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院崔銘2021/7/295.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本功能5.1導(dǎo)航及其分類5.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本組成和簡要原理第五章慣導(dǎo)系統(tǒng)概論2一民航導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀1航路導(dǎo)航1.1慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS—InertialNavigationSystem）上世紀，陸基無線電導(dǎo)航逐漸成為航空的主要導(dǎo)航手段，但需地面設(shè)施的支持，無法實現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航，限制了航空發(fā)展。民用飛機采用INS的主要由于其提供的導(dǎo)航信息連續(xù)性好，導(dǎo)航參數(shù)短期精度高，更新速率高。尤其是可以產(chǎn)生包括飛機三維位置、三維速度與航向姿態(tài)等

2、大量信息，在民航中得到應(yīng)用，是民航飛機的基本導(dǎo)航系統(tǒng)。但垂直定位功能不好，誤差是發(fā)散的，不能單獨使用，在現(xiàn)代民用飛機上通常與氣壓高度表組合使用，確定垂直高度信息。5.1導(dǎo)航及其分類31.2陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)陸基無線電導(dǎo)航盡可能把整個導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜性集中到了地面導(dǎo)航臺,使機載導(dǎo)航設(shè)備比較簡單，因此價格低廉且可靠性較高，迅速得到了推廣使用。目前支持民航航路空中交通管理的主要地面設(shè)備包括：NDB、VOR和DME。1.3星基導(dǎo)航系統(tǒng)目前，民航在GNSS應(yīng)用方面的工作也主要集中于GPS及相關(guān)技術(shù)的研究，試圖解決其在民航應(yīng)

3、用中的特殊性問題，主要是解決完好性監(jiān)測等問題所開展的增強技術(shù)。42終端區(qū)進近引導(dǎo)2.1大規(guī)模應(yīng)用中的ILS系統(tǒng)ILS的作用是向處于著陸過程中的飛機提供著陸引導(dǎo)信息，包括航向道信息，下滑道信息和距離信息，目前ILS在民航中廣泛應(yīng)用。根據(jù)性能ILS可以分為I類、II類和III類。我國裝備絕大多數(shù)系統(tǒng)只能達到I類標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)系統(tǒng)性能可以達到II類。主要原因除設(shè)備性能外，很大因素取決于場地，場地達不到標(biāo)準(zhǔn)，障礙物較多場地不平整，造成航道，下滑道彎曲，超出類別標(biāo)準(zhǔn)。同時周邊地區(qū)的電磁干擾也會導(dǎo)致引導(dǎo)信號超過使用標(biāo)準(zhǔn)。52.

4、2重要的輔助設(shè)施助航燈光系統(tǒng)助航燈對飛機的安全起降有著至關(guān)重要的作用，曾經(jīng)對飛機的安全降落起到關(guān)鍵作用。隨著ILS等著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用，現(xiàn)在的助航燈光系統(tǒng)更多地承擔(dān)輔助引導(dǎo)或備份的功能。2.3局域衛(wèi)星增強系統(tǒng)為將GPS用于飛機精密進近和著陸，F(xiàn)AA在1994年以前主要著力發(fā)展LAAS。它屬于GBAS，由地面設(shè)施和機載設(shè)備組成。以提高機載GPS設(shè)備的精度、完好性、連續(xù)性和可用性等性能，用以滿足I類、II類和III類精密進近與著陸的要求。一套LAAS地面設(shè)施不僅可以覆蓋一個機場的所有跑道，而且可以覆蓋相距不遠的幾個

5、機場。6二慣性導(dǎo)航的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢1世界范圍內(nèi)慣性導(dǎo)航的發(fā)展歷程以及現(xiàn)狀2.1第一代慣性技術(shù)1930年以前的慣性技術(shù),自1687年牛頓三大定律的建立，并成為慣性導(dǎo)航的理論基礎(chǔ)；到1852年，傅科提出陀螺的定義、原理及應(yīng)用設(shè)想；再到1908年由安修茨研制出世界上第一臺擺式陀螺羅經(jīng)。以及1910年的舒勒調(diào)諧原理；第一代慣性技術(shù)奠定了整個慣性導(dǎo)航發(fā)展的基礎(chǔ)。72.1第二代慣性技術(shù)開始于上世紀4O年代火箭發(fā)展的初期。其研究內(nèi)容從慣性儀表技術(shù)發(fā)展擴大到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。首先是慣性技術(shù)在德國V—II火箭上的第一次成功

6、應(yīng)用。到50年代中后期，單自由度液浮陀螺平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)研制并應(yīng)用成功。2.3第三代慣性技術(shù)7O年代初期，出現(xiàn)了一些新型陀螺、加速度計和相應(yīng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。研究目標(biāo)是進一步提高INS的性能、并通過多種技術(shù)途徑來推廣和應(yīng)用慣性技術(shù)這一階段的主要陀螺包括：靜電陀螺、動力調(diào)諧陀螺、環(huán)形激光陀螺、干涉式光纖陀螺等。82.4第四代發(fā)展階段當(dāng)前，慣性技術(shù)目標(biāo)是實現(xiàn)高精度、高可靠性、低成本、小型化、數(shù)字化、應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛的導(dǎo)航系統(tǒng)一方面，陀螺的精度不斷提高；另一方面，隨著新型固態(tài)陀螺儀的逐漸成熟，以及高速大容量的數(shù)字計算機技術(shù)

7、的進步。9102我國慣導(dǎo)的發(fā)展歷程我國從“六五”開始，原國防科工委就把慣性技術(shù)納人預(yù)先研究和應(yīng)用發(fā)展中。經(jīng)過多年的建設(shè)，已經(jīng)形成一定規(guī)模的研發(fā)與生產(chǎn)能力。建成了比較現(xiàn)代化的中心實驗室。擁有一批慣性技術(shù)研究與生產(chǎn)隊伍，已經(jīng)研制出了種類豐富的有自主知識產(chǎn)權(quán)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。在人造地球衛(wèi)星、運載火箭、飛機、艦艇上都采用了我國自主研制的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。雖然我們進步不小，但像慣導(dǎo)這樣的高技術(shù)產(chǎn)品，我們與國外的差距有十年左右。美國九十年代就開始淘汰撓性陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)，我們現(xiàn)在還在大量使用。國外的激光陀螺技術(shù)已經(jīng)實用，尤其是美國，

8、現(xiàn)役的飛機幾乎全部裝備或者正在換裝激光陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)，而我們到這一步還得幾年時間。113慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計和發(fā)展須要考慮權(quán)衡的主要因素：1)必須針對并滿足應(yīng)用的需求。其中導(dǎo)航性能和價格成本是首要的兩個特性指標(biāo)。價格成本包含系統(tǒng)自身成本、維護成本和使用壽命。因此對于很多導(dǎo)航應(yīng)用，合理的價格仍然被置于應(yīng)用要求的最前面。導(dǎo)航性能包括：導(dǎo)航的精確性、連續(xù)性、完整性、易用性。