第十一章 惯性导航系统资料PPT资料.pptx

1、建立和修正姿态矩阵，并计算出飞机的姿态角。,中国民航大学空中交通管理学院,特点机构简单体积小重量轻成本低维护简单容错能力强,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,姿态矩阵就是机体坐标系与导航坐标系间的方向余弦矩阵。OXcYcZc为机体坐标系：X纵轴、Y横轴、Z垂直轴OXpYpZp为导航坐标系：X东、Y经线北端、Z垂直与地平面指天T11 T12 T13 T21 T22 T23 T31 T32 T33俯仰角 倾斜角,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,第一节INS 的组成和工作原理,中国民航大学空中交通管理学院,一、INS

2、组成惯性导航组件（INU）：主要完成导航参数的测量 和计算。平台式：12个三轴空间稳定平台，23个高精度的陀螺 仪及3个高精度的加速度计，一部数字计算机，其它电子 线路板；捷联式：3个高精度的陀螺仪及3个高精度的加速度计，一 部数字计算机，其它电子线路板；没有实际的陀螺稳定平 台，将加速度计和陀螺仪直接与飞机机体固连，用导航计 算机计算“数学平台”也叫“软件平台”。,控制显示组件（CDU）：包括导航参数的显示，初始值的引入，系统实验故障显示 和告警等。方式选择组件（MSU）：主要用来控制系统的工 作状态。备用电池组件（BU）：特殊情况下供电,中国民航大学空中交通管理学院,NAV,ATT REF

3、,ALIGN,STBY,OFF,READY NAV,BATT,中国民航大学空中交通管理学院,二、系统基本工作原理,中国民航大学空中交通管理学院,平台原理陀螺稳定平台是利用陀螺的稳定性和进动性直接或 间接地使某一物体对地球或惯性空间保持给定位置 或按照给定规律改变起始位置的一种陀螺装置。在平台式惯性导航系统中，要把加速度计安装在一 个相对惯性空间稳定的平台上（宇宙航行和弹道导 弹）或安装在一个相对于地球稳定的平台上（飞 机），以提供准确的加速度。,中国民航大学空中交通管理学院,积分修正由于陀螺稳定性，飞机在平飞过程中，如果不加修正，惯性平台将稳定在起始经线处的方位上。,中国民航大学空中交通管理学

4、院,积分修正原理：平台由A点移动到B点，如果能控制平台转动 的角加速度，使它等于地垂线的的角加速度，,中国民航大学空中交通管理学院,GSdtdt,平台,地垂线,平台,GS 则RR,其中GS由加速度计测量，以经过积分所得 的陀螺罗盘的进动角速度作为指令信号，加给 陀螺力矩器，强迫陀螺平台以指定的角速度进 动，从而保持在当地水平面内。,中国民航大学空中交通管理学院,加速度计加速度计安装在 惯性平台上，惯 性平台依靠高精 度的陀螺仪和修 正机构，始终保 持陀螺平台相对 于地面的水平并 且与经线一致，从而使加速度计 的轴线分别稳定 在南北方向和东 西方向上。,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学

5、空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,飞机位置计算原理地速和航迹角,中国民航大学空中交通管理学院,EW,SN,EW,EW,SN,SN,EWGSSN,GS,SG,GSGS,tadt,GS,tadt,GS,tanTTK,2,2,0,0,位置,t,YGSEW dt,t,XGSSN dt,0,0,t,R,t GSEW,dt,SNR,GS,0,0,0,0,secdt,中国民航大学空中交通管理学院,第二节 系统校准,中国民航大学空中交通管理学院,惯性导航系统的自校准（捷联式：10分钟；1520分钟）校准的目的：惯导系统在进入正常导航工作状态前，应当首先解决积分运算的 初始条件及平台初始调整问题。

6、通过引入初始坐标将平台调整到指定的坐标系内，同时为确保加 速度计重心垂直当地水平面，轴线与东西方向、南北方向一致，必须使惯性平台保持水平，以保证系统符合导航精度的要求。惯性导航系统在每次飞行前，在地面停放位置进行自校准，引进飞机停放位置的坐标，由系统自动进行校准。粗校准、调水平、精校准校准过程中，飞机不能开车、移动、阵风、加油、装卸货物、上下旅客。,位置更新随着飞行时间的增长，惯性导航将产生积累误差（漂移误差积累）每隔23小时需要进行一次位置更新。自动更新：飞行中，将CDU的显示选择旋钮放于更新/磁 差位，按功能键“”人工位置更新：飞机到达检查点时，将惯性导航系统测量 的坐标点于检查点比较，如

7、果误差超过规定数值，则输入 检查点精确的位置坐标。,中国民航大学空中交通管理学院,第三节 惯性导航系统工作程序,中国民航大学空中交通管理学院,飞行前惯性导航系统的自校准引入现在飞机位置（经纬度），对飞机进行校准要求：校准过程中不能开车，移动。校准完成后不能断开惯性导 航系统电源。引进航路导航计划（9个航路点）依次引进航路点的经纬度坐标，人工编排飞行计划。人工输入VOR/TAC台站的数据（9个）经纬度坐标频率标高磁差检查航线数据为防止编排的航线计划出错，可以使用遥控功能检查航线距离、待飞时间和航线角,飞行中工作在导航（NAV）方式，引导飞机沿预定航线飞行，向A/P、ADI输入飞机的俯仰、倾斜姿态

8、和平台航向。当飞机失去导航 能力或不再需要惯性导航系统提供数据时，可以使用ATTREF方式为飞机提供姿态参数。滑行：监控真航迹角和滑行速度。离场入航：选择起始航段飞机沿预定航线飞行中，在航路点可以利用惯导系统自动转 换航段，也可以人工转换航段。为扰飞雷雨或强顶风区，可以利用惯导修改飞行计划位置更新：随着飞行时间的增长，惯性导航将产生积累误差，每隔23小时需要通过引入检查点进行一次位置更新VOR/DME有精确坐标的位置点（NDB台、机场上空、显著地标等）航站区域飞行：截获ILS前，可根据选定的电台提供非精密导 航操作。,中国民航大学空中交通管理学院,惯导的其他功能顺逆风显示平行航线飞行距离现在航

9、迹400nm的范围内，利用惯性导航系统可以执 行平行偏离原航线飞行。使用自动驾驶仪时，飞机自动转 向偏离航线的平行航迹上。检查飞行中的航线数据单独提供姿态基准信号,中国民航大学空中交通管理学院,第三节 惯性基准系统IRS,中国民航大学空中交通管理学院,使用激光陀螺的捷联式惯性导 航系统组成：IRU，MSU，CDUIRU：3个激光陀螺、三个挠性 加速度计等。显示参数：飞机的真航迹/地速飞机的即时位置空中气象风向/风速飞机的真航向,信号输入和输出,中国民航大学空中交通管理学院,第四节GPS/INS组合导航系统,中国民航大学空中交通管理学院,GPS,全球、全天候和实时的导航 可以提供精确的位置和时间

10、 信息。定位误差与时间无关，具有 较高的定位精度和测速精度。GPS载体在作高速动态运动 时，常使GPS接收机不易捕 获和跟踪卫星载波信号。GPS接收机的信号输出频率 较低（12Hz），有时不能 满足载体对于飞行控制对导 航信号更新频率的要求。单独使用GPS导航在飞机上 也受到限制。,INS,自主式导航系统提供多种高精度的导航参数（位置、速度、姿态），不 能提供时间信息。存在漂移误差，不适合长时 间的单独导航。需要初始化、位置更新。数据更新率高,GPS与INS导航组合，具有优势互补的特点，使导航精 度高于独立系统的精度。INS可以借助GPS的位置信息进行位置更新，具有空中再对准 的能力。GPS接

11、收机在INS位置和速度信息的辅助下，也将大大改善捕 获、跟踪和在捕获能力，并且在卫星分布条件差或可见星少 的情况下，不致严重影响导航精度。组合方式松散组合GPS接收机基本作为一个自主导航仪，通过自动或手动方式为 INS提供周期性的位置和速度修正。紧密组合GPS接收机和惯导装置各自包含一个卡尔曼滤波器，他们产生的 位置和速度导航数据，通过数据总线传输到中央任务计算机经过 进一步滤波后进行同步数据处理。深度组合嵌入式足额和，GPS接收机作为一块线路板嵌入到INS的单元内，构成嵌入式系统。,中国民航大学空中交通管理学院,第四节 区域导航（RNAV，Area Navigation）,中国民航大学空中交

12、通管理学院,现代民航运输飞机RNAV导航能力的实现一般是利用飞行 管理系统（FMS），通过处理一个或多个导航源的数据，自动确定飞机的位置。根据飞行指引仪或由自动驾驶仪引 导飞机沿预定的航迹飞行。,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,LORAN C导航LORAN-C is a pulsed hyperbolic system operating in the 90 to 110 kilohertz（kHz）frequency bandBeing used for marineand air navigationw

13、here signal coverage is available.The system is based upon the measurement of the time differencein the arrival of signal pulses from a group or chain of stations.A chain consists of a master station linked to a maximum of four secondary stationswith all of the signals synchronized with the master.,

14、中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,Benefits of RNAV operations within RNP Concept,中国民航大学空中交通管理学院,Establishment of more direct routespermitting a reduction in flight distances.Establishment of dual or parallel routesto accommodate a greater flow of en-route traffic.Establishment of bypass routes for aircr

15、aft overflying high-density terminal areas.Establishment of alternativesor contingency（偶然的）routes on either a planned or an ad hoc basis.Establishment of optimum locations for holding patterns.Reduction in the number of ground navigation facilities.,RNP,中国民航大学空中交通管理学院,中国民航大学空中交通管理学院,RNP types,中国民航大学空中交通管理学院,Departure,RNP0.3 RNP0.5,Enroute,RNP1,RNP4-12.RNP2RNP