飞机导航方法

飞机导航方法

　　所谓飞机的导航.就是引导飞机航行使之能够按照预定的航线,在准确的时间内到达目的地,完成预定的航行任务。在飞机导航中,所要解决的主要问题是确定飞机在飞行过程中的瞬时位置。这是因为,要使飞机完成预定的航行任务,除了必须知道起始位置和目标位置外, 更主要的是必须知道瞬时位置,这样才能对下一步如何飞行进行决策,从而把飞机引导到目标位置。可见飞机的导航是极为重要的。

　　随着科学技术的发展和飞机对导航要求的不断提高,出现了各种各样导航方法。下面作一些简单介绍。

　　1．仪表导航

　　根据空速表、航向仪表和其它议表测得的飞机空速、航向、姿态、攻角、偏流角、风速和风向等数据,进行航程推算,从而确定出飞机的位置。飞机自动领航仪就是使这种计算过程能连续进行的自动化导航仪器。仪表导航有一定的自主性,工作可靠,能够连续工作,体积和重量也较小，但它的导航定位精度比校低。

　　2．红外线导航

　　利用红外线辐射仪检测和显示地面目标,再与事先知道的地面目标进行比较,从而确定出飞机的位置。红外线导航的作用距离有限,受雨、雾等外界条件影响大,而且必须事先知道地面目标本身所发出红外辐射的情况才成。

　　3．全景雷达导航

　　利用雷达摄取地面图像,再与事先摄制的地面图像进行比较,从而确定出飞机的位置。以全景雷达导航为基础,还发展成自动地图导航。全景雷达导航不受气象条件限制,导航定位精度也较高，但它要向外发射电波，易受干扰且隐蔽性差。

　　4．电视导航

　　通过电视设备观察地面，然后将图象与地图进行比较，从而确定飞机的位置。电视导航的定位精度高,但技术复杂,易受干扰,并且受到能见度的影响。

　　红外线导航、全景雷达导航和电视导航等导航方法，均是属于形象比较的导航方法。

　　5．天文导航

　　通过观测天空星体来确定飞机相对星体的位置，由于在一定时刻星体相对地球的位置是一定的，故经计算之后,便可确定出飞机的位置。天文导航系统主要由星体跟踪器、陀螺稳定平台和计算机组成。

　　天文导航不依赖地理条件,具有全球导航能力,没有积累的导航定位误差。它不向外发射电波,隐蔽性好,也不受无线电干扰,可靠性好。但它的结构复杂,体积和重量较大,短期工作精度不高。特别是它受气象条件限制,在云雾中飞行时便无法使用,故有时工作是不连续的。

　　6．无线电导航

　　根据无线电波的传播规律测出飞机相对地面导航台的距离或方位，而地面导航台在地球上的位置是已知的，故经过计算后,便可确定出飞机的位置。无线电导航系统主要有塔康(TACAN)系统、罗兰(LORAN)系统和奥米加(OMEGA)系统。

　　塔康无线电导航系统是一种近程无线电导航系统,作用距离为400~500公里。word/media/image1.gif

　　它是通过无线电测距和测向来进行导航定位的，其定位原理如图8.28所示。在飞机上和地面台同时设置超短波发射机和接收机。从飞机上发射机发射的脉冲波由地面接收机接收,然后由地面台发射机把该信号重新发射出来，再由飞机上接收机接收。根据机载接收机测出回波信号的时间，可以得到飞机与地面台之间的距离。再根据飞机上接收天线相对机体转动的角度和飞机的磁航向角(或真航向角),可以得到飞机与地面台之间的磁方位角(或真方位角)。若以地面台为极坐标原点,则飞机与地面台之间的距离方位角己知时,按极坐标定位原理便可确定出飞机所处的位置。因此,这种无线电导航系统又叫做极坐标导航系统。

　　罗兰无线电导航系统是一种远程无线电导航系统,作用距离白天约1000公里,夜间约2500公里。它是通过测量飞机到两个地面台距离之差来进行导航定位的。在飞机上装有一台接收机。在地面设置A、B、C三个地面台:其中A、B为一对,A为主台,B为副台;A、C为一对,A为主台,C为副台。A台发射的脉冲波抵达B台后,其接收机便自动打开B台发射机,使其发射出与A台波长相同的脉冲波。这样,飞机上接收机将接收到由A台直接发射的脉冲,并接收到由B台转播A台的脉冲波。但这两种脉冲波到达飞机有一个时间差,机载接收机可测出这一时间差。因为当飞机沿着以A、B为住焦点的某一条双曲线航行时,飞机到A、B两台距离之差保持不变,机载接收机所接收到两种脉冲波的时间差也就保持不变,所以一定的时间差就对应了一条双曲线。同样,利用A台和C台,机载接收机可测出另一个时间差,它对应了以A、C为焦点的一条双曲线。在事先按时间差作好的双曲线图上可找到这两条双曲线,它们的交点显然就是飞机所处的位置。因此,这种无线电导航系统又叫做双曲线导航系统。

　　奥米加无线电导航系统则是一种超远程无线电导航系统作用距离可达9000公里以上。由于采用甚低频,只要设置八个地面台即可复盖全球。飞机在地球上任何一个地方均可同时接收到五个地面台的信号,从中挑选三个地面台的信号确定出两条位置线,就能确定出飞机所处的位置。这种无线电导航系统也属于双曲线导航系统。

　　无线电导航较为简单方便,不受气象条件限制,所使用的机载设备比较简单。它的导航定位精度也比较高,罗兰系统定位精度可达1~3公里以内，奥米加系统在全球的定位精度均可达1.85~3.70公里以内(白天1.85公里,夜间3.70公里)。但它是非自主式的或者说是被动式的,需要有地面台,战时易受到摧毁而失去导航能力。而且,由于要发射电波,易受干扰且隐极性差。

　　7．多普勒（doppler）导航

　　利用多普勒雷达的测速原理测出飞机相对地面的速度,再根据仪表测得的飞机航向和偏流角等参数,经过计算之后,则可确定出飞机的位置。多普勒雷达的测速原理是基于多普勒效应,即跟随飞机运动的机载发射机所发射的无线电波,当它遇到地面物体而反射时；其反射波频率将出现差值,而且该频率差与飞机速度成正比。所以,测得反射波与发射波的频率差,也就得到飞机相对地面速度。

　　多普勒导航是主动式的,不需要地面台且测速精度很高抗干扰能力比无线电导航强。但它要发射电波,隐蔽性差。此外,它的工作性能与反射面的形状有关,如在水面或沙漠上空飞行时，因为反射性不好会降低性能甚至失效。

　　8．卫星导航

　　借助飞机上无线电设备来测出飞机相对卫星的位置,再根据由地面站测出的卫星相对地球的位置,经过计算之后,则可确定出飞机的位置。卫星导航系统的主要设备如图8.30所示。word/media/image2.gif

　　其中卫

　　星(一个或数个)作为导航基准。地面站接收机用来观测卫星运动情况,计算机根据观测数据计算出卫星的轨道参数,发射机将该轨道参数发送给卫星。机载接收机则接收由卫星转送来的轨道参数,计算机根据卫星的轨道参数和飞机相对卫星的位置参数,计算出飞机相对地球的位置显示器把这个结果显示出来。

　　卫星导航具有全天候和全球导航能力,且导航定位精度很高可达100米甚至几米。但它需要有专门的机载设备和专用的地面站,还必须精确预计卫星轨道,当卫星轨道下降或其中设备失效时要更换卫星,这些技术杰是比较复杂的。应当指出当代出现的卫星导航作为一种全球导航手段是非常理想的,因此受到各国的普遍重视具有极其广阔的发展前景。

　　9．惯性导航

　　惯性导航利用加速度计测出飞机的加速度经过数学运算从而确定出飞机的位置。

　　惯性导航是一种完全自主式的导航方法,它不依赖外界任何信息,也不向外发射任何能量,隐磁性好。它具有全天候和全球导航能力,可以提供包括位置、速度、姿态和航向等导航所需的全部信息。而且还可获得相当高的导航定位精度,目前精度较高的惯性导航系统定位精度均在1.85公里/小时以内,精度更高的甚至可达几百米/小时以内。

　　但是,当惯性导航系统中的陀螺仪和加速度计存在误差时其导航定位精度将随时间的增长而逐渐降低。为了得到高的导航定位精度,它对陀螺仪和加速度计这两个关键元件的精度要求很高,需极其精密的制造工艺才能保证，这就使得整个导航系统的成本比较昂贵。

　　10．组合导航

　　针对上述各种导航方法的优缺点,根据不同的使用要求,把各种导航组合在一起,相互取长补短以达到更好解决导航问题之目的。不同导航的组合就得到不同的组合导航方案。但目前采用的组合导航大多是把惯性导航与其它导航组合在一起。这是因为惯性导航比起其它任何导航来说具有无可比拟的许多优点,所以把它作为组合导航的基础;另一方面，利用其它导航所提供的精确的速度或位置信息来修正它随时间增长而积累的误差，这就弥补了惯性导航所固有的不足。

　　以惯性导航为基础的组合导航方案可分为三类。一类是测速导航与惯性导航相组合,如多普勒-惯性组合导航,这是目前飞机上用得最多的一种组合导航。另一类是定位导航与惯性导航相组合,如天文-惯性组合导航、罗兰-惯性组合导航、奥米加-惯性组合导航、卫星-惯性组合导航。再一类是测速导航、定位导航与惯性导航相组合如多普勒-惯性-罗兰组合导航、多普勒-惯性-奥米加组合导航。

　　以上所说的导航,实际上是确定飞机的瞬时位置,它并不完成对下一步飞行进行决策的任务,也不完成操纵飞机到达目标的任务。如果把导航系统与控制系统组合在一起那么在确定出飞机位置之后的决策和操纵任务就可以自动地完成。这种控制与导航的结合就叫做制导。

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