第章惯性导航系统概论惯性导航.ppt

5.1 导 航 及 其 分 类 一 民航导航技术现状 1 航路导航 1.1 惯性导航系统 （INS—Inertial Navigation System） 上世纪，陆基无线电导航逐渐成为航空的主要导航手段，但 需地面设施的支持，无法实现自主定位和导航，限制了航空发展 。民用飞机采用INS的主要由于其提供的导航信息连续性好，导航 参数短期精度高，更新速率高。尤其是可以产生包括飞机三维位 置、三维速度与航向姿态等大量信息，在民航中得到应用，是民 航飞机的基本导航系统。但垂直定位功能不好，误差是发散的， 不能单独使用，在现代民用飞机上通常与气压高度表组合使用， 确定垂直高度信息。 1.2 陆基无线电导航系统 陆基无线电导航尽可能把整个导航系统的复杂性集中到了 地面导航台,使机载导航设备比较简单，因此价格低廉且可靠 性较高，迅速得到了推广使用。目前支持民航航路空中交通管 理的主要地面设备包括：NDB、VOR和DME。 1.3 星基导航系统 目前，民航在GNSS应用方面的工作也主要集中于GPS及相 关技术的研究，试图解决其在民航应用中的特殊性问题，主要 是解决完好性监测等问题所开展的增强技术。 2 终端区进近引导 2.1 大规模应用中的ILS系统 ILS的作用是向处于着陆过程中的飞机提供着陆引导信息 ，包括航向道信息，下滑道信息和距离信息，目前ILS在民航 中广泛应用。根据性能ILS可以分为I类、II类和III类。我国 装备绝大多数系统只能达到I类标准，少数系统性能可以达到 II类。主要原因除设备性能外，很大因素取决于场地，场地达 不到标准，障碍物较多场地不平整，造成航道， 下滑道弯曲 ，超出类别标准。同时周边地区的电磁干扰也会导致引导信号 超过使用标准。 2.2 重要的辅助设施助航灯光系统 助航灯对飞机的安全起降有着至关重要的作用，曾经对飞机 的安全降落起到关键作用。随着ILS等着陆引导系统的应用，现在 的助航灯光系统更多地承担辅助引导或备份的功能。 2.3 局域卫星增强系统 为将GPS用于飞机精密进近和着陆，FAA在1994年以前主要着 力发展LAAS。它属于GBAS，由地面设施和机载设备组成。以提高 机载GPS设备的精度、完好性、连续性和可用性等性能，用以满足 I类、II类和III类精密进近与着陆的要求。一套LAAS地面设施不 仅可以覆盖一个机场的所有跑道，而且可以覆盖相距不远的几个 机场。 二 惯性导航的发展历程及发展趋势 1 世界范围内惯性导航的发展历程以及现状 2.1 第一代惯性技术 1930年以前的惯性技术,自1687年牛顿三大定律 的建立，并成为惯性导航的理论基础；到1852年， 傅科提出陀螺的定义、原理及应用设想；再到1908 年由安修茨研制出世界上第一台摆式陀螺罗经。以 及1910年的舒勒调谐原理；第一代惯性技术奠定了 整个惯性导航发展的基础。 2.1 第二代惯性技术 开始于上世纪4O年代火箭发展的初期。其研究内容从惯性 仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。首先是惯性技术在 德国V—II火箭上的第一次成功应用。到50年代中后期，单自 由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应用成功。 2.3 第三代惯性技术 7O年代初期，出现了一些新型陀螺、加速度计和相应的惯 性导航系统。研究目标是进一步提高INS的性能、并通过多种 技术途径来推广和应用惯性技术这一阶段的主要陀螺包括：静 电陀螺、动力调谐陀螺、环形激光陀螺、干涉式光纤陀螺等。 2.4 第四代发展阶段 当前，惯性技术目标是实现高精度、高可靠性、低成本、 小型化、数字化、应用领域更加广泛的导航系统一方面，陀螺 的精度不断提高；另一方面，随着新型固态陀螺仪的逐渐成熟 ，以及高速大容量的数字计算机技术的进步。 2 我国惯导的发展历程 我国从“六五”开始，原国防科工委就把惯性技术纳人预先 研究和应用发展中。经过多年的建设，已经形成一定规模的研发 与生产能力。建成了比较现代化的中心实验室。拥有一批惯性技 术研究与生产队伍，已经研制出了种类丰富的有自主知识产权的 惯性导航系统。在人造地球卫星、运载火箭、飞机、舰艇上都采 用了我国自主研制的惯性导航系统。虽然我们进步不小，但像惯 导这样的高技术产品，我们与国外的差距有十年左右。美国九十 年代就开始淘汰挠性陀螺惯导系统，我们现在还在大量使用。国 外的激光陀螺技术已经实用，尤其是美国，现役的飞机几乎全部 装备或者正在换装激光陀螺惯导系统，而我们到这一步还得几年 时间。 3 惯性导航系统的发展方向 惯性导航系统的设计和发展须要考虑权衡的主要因素： 1)必须针对并满足应用的需求。其中导航性能和价格成本是首要的两个特性指标。价格成本包含系统自身成