惯性导航系统概论惯性导航.ppt

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1、惯性导航原理中国民航大学电子信息工程学院崔铭2021/7/295.2惯性导航系统基本功能5.1导航及其分类5.3惯性导航系统基本组成和简要原理第五章惯导系统概论2一民航导航技术现状1航路导航1.1惯性导航系统（INS—InertialNavigationSystem）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

2、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。5.1导航及其分类31.2陆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

3、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。42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。52.

4、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

5、机场。6二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。72.1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

6、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。82.4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

7、的进步。9102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，

8、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。113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本、维护成本和使用寿命。因此对于很多导航应用，合理的价格仍然被置于应用要求的最前面。导航性能包括：导航的精确性、连续性、完整性、易用性。