1、方位角的測(cè)量： 前面介紹的大氣參數(shù)測(cè)量、慣性量測(cè)量具有一個(gè)特點(diǎn)：這些測(cè)量量是為了獲取飛機(jī)自身的姿態(tài)或特性為目的的。 但是，無(wú)論商業(yè)飛行還是軍事飛行，飛機(jī)的飛行都必須以地理坐標(biāo)作為參考，也就是說(shuō)，飛機(jī)自身姿態(tài)我們可以機(jī)體坐標(biāo)系作為參考，但飛機(jī)在大氣空間飛行時(shí)，必須以地球坐標(biāo)系作為參考。因此，我們還需確定飛機(jī)在地球坐標(biāo)系空間中的位置和它的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。 那么，為了確定飛機(jī)在地球坐標(biāo)系中的位置和它的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，我們需要哪些參量呢？航向；經(jīng)度和緯度；。下面我們要介紹就是這些能確定飛機(jī)與地球相對(duì)位置的參量的測(cè)量方法。9/16/20221方位角的測(cè)量： 我們首先介紹的方位角的測(cè)量。定義：也稱(chēng)為航向角，是

2、指飛機(jī)縱軸在水平面上的投影與指北線之間的夾角。對(duì)于選取不同的指北線作為參考基準(zhǔn)，我們可以得到不同的航向角定義，如：真航向角（以地理子午線作為參考基準(zhǔn)）；磁航向角（以磁子午線作為參考基準(zhǔn)）。 以上兩個(gè)航向角是存在偏差，且在地球的不同位置，其差值是不同的，兩者的差值稱(chēng)為磁偏角。9/16/20222方位角的測(cè)量： 磁偏角是由于地磁南北極與地理南北極不重合所導(dǎo)致的。另外，由于磁極繞地極作緩慢的周期性運(yùn)動(dòng)，磁偏角因地不同之外，同一地點(diǎn)的磁偏角隨著時(shí)間的推移，也會(huì)產(chǎn)生變化。在專(zhuān)門(mén)繪制的導(dǎo)航地圖中注有各地的磁差修正量。9/16/20223方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：指南針，羅經(jīng)，磁羅盤(pán)： 在高緯度地區(qū)地

3、磁水平分量很弱，它對(duì)水平懸掛的磁棒的定向作用很小。因此，在地球兩極地區(qū)，磁羅盤(pán)不能應(yīng)用。另外，將磁羅盤(pán)安裝在機(jī)體上后，由于機(jī)體上可能存在磁性鐵質(zhì)材料，也會(huì)導(dǎo)致磁羅盤(pán)的指示偏差。 四大發(fā)明之一9/16/20224方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：航向陀螺儀:基本組成：二自由度陀螺+？陀螺轉(zhuǎn)子；內(nèi)環(huán)；外環(huán)；水平修正液體開(kāi)關(guān)；方位修正力矩電機(jī)；水平修正力矩電機(jī)。工作原理：外環(huán)軸 垂直安裝；自轉(zhuǎn)軸調(diào)整至指北線（真北）方向。 飛機(jī)在向正北穩(wěn)定飛行時(shí)，其內(nèi)外環(huán)均無(wú)狀態(tài)改變；當(dāng)飛機(jī)偏離正北，存在一個(gè)航向角時(shí)，由于轉(zhuǎn)子定軸性的原因，其自轉(zhuǎn)軸仍穩(wěn)定指向指北線方向，但外環(huán)卻繞外環(huán)軸相對(duì)機(jī)體偏離了對(duì)應(yīng)角度。 只要在外

4、環(huán)與機(jī)體之間安裝一個(gè)電位器，即可線性測(cè)出角度的大小。 9/16/20225方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：航向陀螺儀:應(yīng)用問(wèn)題： 由于飛機(jī)所在位置的地理北向隨著地球自轉(zhuǎn)和飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)而不斷地相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)，另外，還有陀螺本身也存在漂移。這時(shí)會(huì)存在以下問(wèn)題和現(xiàn)象：自轉(zhuǎn)軸繞內(nèi)環(huán)軸逐漸偏離水平面，即內(nèi)環(huán)（自轉(zhuǎn)軸）逐漸不能保持水平狀態(tài)；自轉(zhuǎn)軸繞外環(huán)軸逐漸偏離子午面，即自轉(zhuǎn)軸逐漸不能指向指北線（真北）方向。 所以，為了讓其能穩(wěn)定地工作，必須要加入水平修正裝置和方位修正裝置來(lái)消除以上兩個(gè)逐漸偏離所導(dǎo)致的航向角測(cè)量誤差，航向陀螺儀才能投入正式使用。 另外，由于表觀運(yùn)動(dòng)的影響，航向陀螺儀（的自轉(zhuǎn)軸）在飛機(jī)飛

5、行過(guò)程中還是會(huì)逐步偏離子午線，但其不能完全自動(dòng)完成指北修正，它需要飛行員根據(jù)磁羅盤(pán)（確切說(shuō)應(yīng)該是高精度的陀螺磁羅盤(pán)或其他航向角測(cè)量?jī)x表）的指示航向角對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)修正，所以它又稱(chēng)為半羅盤(pán)。 航向陀螺儀在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)測(cè)量航向的精度較低，故常用來(lái)測(cè)量飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)航向角的變化。 9/16/20226方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：航向陀螺儀:水平修正：右圖為水平修正裝置，其由液體開(kāi)關(guān)和力矩電機(jī)組成。 液體開(kāi)關(guān)安裝在內(nèi)環(huán)上，可用于感受內(nèi)環(huán)是否水平，其內(nèi)部填充導(dǎo)電液體。 力矩電機(jī)的輸出軸與外環(huán)軸重合安裝，用于向陀螺轉(zhuǎn)子提供進(jìn)動(dòng)力矩。工作過(guò)程如下：當(dāng)水平時(shí)，液體開(kāi)關(guān)的兩個(gè)支路電阻相同，力矩電機(jī)兩個(gè)反相繞組通過(guò)電流

6、相等，無(wú)輸出（修正）力矩；當(dāng)傾斜時(shí)，液體開(kāi)關(guān)的兩個(gè)支路電阻存在差值，導(dǎo)致力矩電機(jī)兩個(gè)反相繞組通過(guò)電流不相等，其輸出（修正）力矩，從而引起陀螺轉(zhuǎn)子不斷進(jìn)動(dòng)，直至再次水平。 思考一下！水平修正力矩電機(jī)產(chǎn)生逆時(shí)針力矩后，陀螺自轉(zhuǎn)軸怎樣運(yùn)動(dòng)？順時(shí)針呢？9/16/20227方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：航向陀螺儀:方位修正：參見(jiàn)右圖，方位修正電機(jī)的輸出軸與內(nèi)環(huán)軸重合安裝，另外還包括兩個(gè)電位計(jì)（圖中未畫(huà)出）。工作過(guò)程如下： 這兩個(gè)電位器分別為緯度修正電位計(jì)和平衡校正電位計(jì)，兩者組成一個(gè)電橋。其中，緯度修正電位計(jì)給出地球自轉(zhuǎn)誤差信號(hào)，平衡校正電位計(jì)給出陀螺漂移誤差補(bǔ)償信號(hào)。 當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)方位偏離時(shí)，飛行員可

7、通過(guò)操作面板的旋鈕對(duì)兩個(gè)電位器進(jìn)行調(diào)整，使自轉(zhuǎn)軸又重新指向真北方向。 9/16/20228方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：航向陀螺儀:實(shí)物示例： 9/16/20229方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：陀螺磁羅盤(pán)：基本磁羅盤(pán)的工作原理：幾個(gè)概念：磁羅經(jīng)：指南針的改進(jìn)。電羅經(jīng)：即本節(jié)所講的陀螺磁羅盤(pán)；羅差：羅盤(pán)經(jīng)線北向與磁北之間的差值；磁羅盤(pán)缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差，易擺動(dòng)；高緯度地區(qū)精度差；易被鐵材料磁化干擾。磁羅盤(pán)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單；可直接測(cè)量磁航向。9/16/202210方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：陀螺磁羅盤(pán)： 為了解決磁羅盤(pán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，可借入航向陀螺儀（陀螺半羅盤(pán)）穩(wěn)定好的特點(diǎn)，同時(shí)可解決半羅盤(pán)不能自

8、動(dòng)指北的不足，將兩者結(jié)合起來(lái)，制造了既能獨(dú)立測(cè)量航向，又具有良好穩(wěn)定性和較高靈敏度的航向儀表，即為陀螺磁羅盤(pán)。陀螺磁羅盤(pán)基本構(gòu)成：磁傳感器；陀螺機(jī)構(gòu)；指示器；具備航向跟蹤能力的伺服同步裝置，包括磁電位器、放大器、協(xié)調(diào)電動(dòng)機(jī)、減速器和陀螺電位器。 三個(gè)固定抽頭不動(dòng)，但起到穩(wěn)定作用外環(huán)軸可旋轉(zhuǎn)，引起與電刷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考電源三個(gè)可動(dòng)電刷9/16/202211方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：陀螺磁羅盤(pán)：陀螺磁羅盤(pán)工作原理及過(guò)程：磁傳感器感受地磁，并通過(guò)一同步傳送裝置帶動(dòng)磁電位計(jì)電刷沿磁電位器滑動(dòng)，即磁電位器復(fù)現(xiàn)了磁航向信息；磁電位器的參考電壓是來(lái)自于陀螺電位器的可動(dòng)電刷，所以磁電位器的輸出失調(diào)電壓除了

9、與自身電刷位置（即磁航向）有關(guān)外，還與陀螺電位器的電刷位置有關(guān)。9/16/202212方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：陀螺磁羅盤(pán)：陀螺磁羅盤(pán)工作原理： 正常出廠的陀螺磁羅盤(pán)，會(huì)被調(diào)校正確。例如，當(dāng)磁航向?yàn)榱銜r(shí)：磁電位器電刷處于初始位置；航向陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸也會(huì)指向磁航向指北位置（以此為例敘述）；陀螺電位器電刷也會(huì)處于初始位置，并加上參考電壓Vref;則參考電壓Vref通過(guò)陀螺電位器電刷分壓后產(chǎn)生電壓Vd，該電壓會(huì)確保如下?tīng)顟B(tài)，指示器位置伺服系統(tǒng)接收Vd，帶動(dòng)指示器伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，并指示磁航向?yàn)?；Vd 施加在磁電位器的固定抽頭上，并有磁電位器輸出失調(diào)電壓Vab=0。這時(shí)，整個(gè)陀螺磁羅盤(pán)無(wú)變化；當(dāng)存在航向角時(shí)，首先是磁傳感器迅速反映，帶動(dòng)磁電位器電刷運(yùn)動(dòng)，這時(shí)Vab不為0，該電壓經(jīng)放大器進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)陀螺電位器電刷運(yùn)動(dòng)，改變了Vd電壓，這一電壓變化會(huì)使Vab逐漸趨于零，當(dāng)趨于零后，重新進(jìn)行穩(wěn)定平衡狀態(tài)。但此時(shí)Vd電壓已改變，又會(huì)帶動(dòng)指示器伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，是指示器指針指向新的航向角示值。9/16/202213方位角的測(cè)量： 測(cè)量方法及儀器：陀螺磁羅盤(pán)：總結(jié)及結(jié)論：陀螺磁羅盤(pán)是航向陀螺儀（半羅盤(pán)，陀螺羅盤(pán)）和磁羅盤(pán)的組合，解決了航向陀螺儀不能自動(dòng)指北和磁羅盤(pán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)；磁羅盤(pán)的