但凡出行,都离不开导航,飞机也一样。导航的方法和手段有许多,最传统的是航图导航,最流行的是卫星导航,最具独立性的是惯性导航。说到底,导航就是三个问题:我在哪?我去哪?怎么走?关键就是两个字:定位。定位的问题解决了,我在哪、我去哪以及怎么走的问题也都迎刃而解了。
一、航图导航
上海周边空中航路示意图
航图,是航空地图的简称。与普通地图相比,为了便于飞行员空中目视观察,航图突出两方面的信息:一是与航空有关的地形要素,如海洋、河流、湖泊、地形、主要居民地平面轮廓形状、森林范围以及铁路和主要公路等;二是航路、航线信息,如机场、导航台、空中航路、空中走廊、空中特区和垂直障碍物等,并标注地面高程、障碍物高度以及各区飞行的安全高度等,力求一目了然,以便计划航线、确定飞行位置、距离、方向、高度及寻找地面目标等。
航路起点、转弯点、检查点和终点
依据飞行任务,在航图上进行任务标注,如飞行起点、转弯点、检查点、终点等,并标注相关的航路、航线信息,如航路航线代码、航向、飞行距离、飞行高度、飞行时间等,便可用于飞行任务的航图导航。
北京大兴机场试飞航线图
二、卫星导航
航图导航的航路点是由飞行员依据航图和地标确定的,如果航路点可以由卫星导航系统给出,这就产生了卫星导航。
美国GPS星座示意图
以美国全球定位系统(GPS)为例,系统采用24颗卫星,离地高度2万200千米,12小时环绕地球一圈,保证在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
卫星三星定位示意图
系统采用三星定位原理。任一时刻卫星的位置都是已知的,任一颗卫星到接收机的距离可以通过信号往返时间求得,由此便可以通过三星定位确定接收机的空间位置。考虑到卫星时钟与接收机时钟之间的误差,引入第四颗卫星用于消除误差,从而求得任一时刻接收机的实时位置。
已知接收机的位置(航路起点),如果再明确了航路终点,便可以依据数字地图进行航路规划,确定航路转弯点、检查点等,进而在此基础上,依据航迹、航线等完成卫星导航。
三、惯性导航
卫星导航依赖于卫星信号,接收机容易受到外部干扰,从而影响系统的稳定工作。在这一点上,具有自主导航能力的惯性导航系统就显示出了独特优势。
惯导系统基本组成
惯性导航系统主要由陀螺稳定平台、导航计算机和显示控制装置等组成。
陀螺稳定平台
陀螺稳定平台包括三轴陀螺、加速度计、稳定回路等。三个加速度计分别沿X、Y、Z轴方向安装,实时感受飞机沿东、北、天三个方向上的加速度分量,通过导航计算机计算出飞机沿各个方向的飞行速度以及经度、纬度和高程等;三轴陀螺还可以作为基准平台,直接感受并输出飞机的俯仰角、倾斜角和方向角。综合以上信息,可以计算出飞机从航路起点沿各方向的已飞距离、已飞时间,到达航路终点的应飞距离、应飞时间等,直接用于飞机导航。
惯导系统有两大独特优势:一是可以不依赖于外界信息和地面辅助设备等独立工作,自主性好,抗干扰性强;二是惯导系统可以和飞行控制系统、动力控制系统和火力控制系统交联,实现飞/推/火一体控制,提高飞行控制效能和飞机综合作战效能。因此,惯导系统是军机导航系统的必备选择。
惯导系统的最大问题在于陀螺仪存在漂移误差,不适于独立地长时间用于远程导航,实际采用的大都是以惯性导航为主体的两种或两种以上导航手段的组合导航。
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