導(dǎo)航原理課程名稱：《導(dǎo)航原理》全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理導(dǎo)航定義：引導(dǎo)控制運行體安全航行的過程。第一章緒論討論：什么是制導(dǎo)？什么是定位？導(dǎo)航、定位、制導(dǎo)三者之間的關(guān)系是什么？1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理西安北京太原航跡/航線示意圖航跡與航線1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理大圓航線示意圖ABOODC航跡與航線1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件臨近空間及其飛行器所謂臨近空間，是指距地面20~100km的空域。是尚未立法的公共空間。

臨近空間包含在大氣層中。大氣層分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。風(fēng)、云、雨、雪、霧、露、雷、雹多發(fā)生在對流層里，因而也稱為氣象層。

在平流層內(nèi)，溫度已下降至-70°以下，空氣極為稀薄，普通航空器不能飛行。導(dǎo)航原理第一章緒論1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件靜浮力飛行器：飛艇：美國空軍空間作戰(zhàn)實驗室和空間作戰(zhàn)中心研制的“臨近空間機動飛行器”（NSMV）

美國JP航宇公司制造命名的“攀登者”（Ascender）

約翰?霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）研發(fā)的“高空偵察飛行器”（HARV）導(dǎo)航原理第一章緒論1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件動升力飛行器：低速：太陽能無人飛行器亞音速：全球鷹高超聲速：

俄IGLA美X-37B導(dǎo)航原理第一章緒論美X-51A1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件為用戶提供符合要求的導(dǎo)航參量和時空信息，滿足運行體確定位置、方向控制、協(xié)同配合、起降引導(dǎo)、授時同步的要求。導(dǎo)航原理第一章緒論導(dǎo)航的任務(wù)——1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論導(dǎo)航的任務(wù)——1.1導(dǎo)航的概念在導(dǎo)航系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)標(biāo)志導(dǎo)航參考點，或確定出自然參考點；通過對導(dǎo)航參考點的觀測或自身運動狀態(tài)的感知獲取角度、距離、速度等導(dǎo)航參量；利用導(dǎo)航計算機解算或推算當(dāng)前坐標(biāo)獲取位置信息，實現(xiàn)導(dǎo)航定位；根據(jù)任務(wù)要求設(shè)定航線，保障運行體按照計劃航線安全運行；引導(dǎo)運行體出發(fā)、歸來或接近指定目標(biāo)點；為編隊、集群等協(xié)同運行控制提供間距、跟蹤方向等相對導(dǎo)航信息；作為成員在協(xié)同導(dǎo)航中提供所屬導(dǎo)航傳感器觀測數(shù)據(jù)，并能利用其他成員的觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航信息；如果導(dǎo)航系統(tǒng)擁有高精準(zhǔn)時標(biāo)，還能夠提供時間基準(zhǔn)授時服務(wù)。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.1導(dǎo)航的概念本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量導(dǎo)航參量相對方位：飛機軸線首向為基準(zhǔn)

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量運行體真（磁）方位角

導(dǎo)航臺真（磁）方位角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量例：已知某飛機航向角60°，導(dǎo)航臺方位角240°，試計算導(dǎo)航臺相對方位角和飛機方位角？并畫圖表示。解：飛機方位角=導(dǎo)航臺方位角-180°=60°導(dǎo)航臺相對方位角=導(dǎo)航臺方位角-飛機航向角=240°-60°=180°

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量

3.姿態(tài)角

（1）俯仰角：向上為正，向下為負，(+90~-90)（2）橫滾角：右傾為正，左傾為負，(+180~-180)

4.偏流角

飛行器縱軸首端的水平指向與其質(zhì)心水平運動方向間的夾角被稱為偏流角。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論時間的概念：物體位置變化前后所處時刻

的間隔。從人類感覺而言，

時間即是前后差別的感覺。1.2導(dǎo)航與時空參量本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論地方時：不同地方的子夜時刻。世界時（或格林時GMT）：零度經(jīng)度線的地方時稱為世界時（英國倫敦南郊格林威治天文臺）。原子時（AT）：以原子秒作為秒單位的計時系統(tǒng)。一個原子秒等于9192631770個銫周期（即“銫133”諧振器諧振周期）。協(xié)調(diào)世界時（UTC）：用原子時的秒作秒單位的世界時。用“1整秒”的調(diào)整方法使協(xié)調(diào)時與世界時之差保持在±0.9秒之間（小于1秒）。系統(tǒng)時：某一個實用系統(tǒng)具體采用的（或規(guī)定的）統(tǒng)一時間基準(zhǔn)稱為該系統(tǒng)的系統(tǒng)時。1.2導(dǎo)航與時空參量本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）；地理坐標(biāo)系（經(jīng)度、緯度、高度）；極坐標(biāo)系（方位角和距離）。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.2導(dǎo)航與時空參量四維的空間就是加上時間維度的三維空間；或者說是用一條時間線將兩個三維物體連接起來；或者說一個三維物體在時間線上行進。

二維的空間里一個球體只能表達成一個圓形，三維空間能夠表達成立體的球形，而在四維的空間里可以表達成過去、現(xiàn)在、將來的不同時刻上的球形。在我們所處的三維空間里，進行坐標(biāo)變換時必須要進行時間配準(zhǔn)。

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論導(dǎo)航參量為定值的運行體的軌跡稱為位置線或位置面。物理場參量導(dǎo)航參量位置線(面)1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論幾何的概念：研究空間結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的一門學(xué)科。涉及坐標(biāo)、圖形、線段、面積、體積、相似性等。1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論平面上的直線方程：點斜式方程；斜截式方程；兩點式方程；截距式方程；一般式方程——(A,B不同時為零)）1.3位直線與位置面空間中的平面方程：點法式方程；截距式方程；三點式方程；法線式方程；一般式方程——(A,B,C不同時為零)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理1.3位直線與位置面點到直線、平面的距離——本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.3位直線與位置面本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.4導(dǎo)航的發(fā)展與運用導(dǎo)航發(fā)展呈現(xiàn)“三化”趨勢：系統(tǒng)化、一體化、綜合化。一、慣性導(dǎo)航1765年，俄國歐拉院士出版《剛體繞定點轉(zhuǎn)動的理論》，奠定了陀螺儀理論的基礎(chǔ)；1852年傅科發(fā)現(xiàn)陀螺效應(yīng)；1939年，前蘇聯(lián)布爾佳科夫院士出版《陀螺儀實用理論》，奠定了慣性導(dǎo)航技術(shù)的理論基礎(chǔ)；1953年，當(dāng)時的美國麻省理工學(xué)院教授將平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝到一架B-29遠程轟炸機上。

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.4導(dǎo)航的發(fā)展與運用二、無線電導(dǎo)航20年代投入使用的中波導(dǎo)航系統(tǒng)（測向）40年代研制的伏爾（VOR）系統(tǒng)（測向）、地美儀（DME）系統(tǒng)（測距）、羅蘭A（Loran-A）導(dǎo)航系統(tǒng)（定位）、儀表著陸系統(tǒng)（ILS）（測向距）50年代開發(fā)塔康（TACAN）系統(tǒng)（VOR+DME）

60年代子午儀（TRANSIT）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；70年代開始研制的導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)（NAVSTAR-GPS）本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論1.4導(dǎo)航的發(fā)展與運用三、天文導(dǎo)航星敏感器（CCD、CMOS）四、其它導(dǎo)航1.地形輔助導(dǎo)航（1）多普勒技術(shù)；（2）GPS技術(shù)；（3）場景匹配相關(guān)技術(shù)；（4）地形特性匹配技術(shù)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第一章緒論小結(jié)：作業(yè)：本課件是可編輯的正常PPT課件第2章導(dǎo)航的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)坐標(biāo)及其變換1運動狀態(tài)描述2導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)3導(dǎo)航參量估計方法42.1坐標(biāo)及其變換坐標(biāo)系3要素：坐標(biāo)原點、基本平面和基本平面中的主方向。坐標(biāo)系建立或選擇需要考慮的因素：1、直觀且完整全面的描述航行體運動狀態(tài)；2、便于導(dǎo)航參量的數(shù)學(xué)描述和導(dǎo)航解算。一、慣性坐標(biāo)系

定義：空間靜止或做勻速直線運動的坐標(biāo)系。

2.1坐標(biāo)及其變換1．日心慣性坐標(biāo)系

條件：太陽距銀河系中心，太陽繞銀河系旋轉(zhuǎn)周期為年，向心加速度為。

定義：以太陽中心為坐標(biāo)原點，從日心向銀河系內(nèi)的其它恒星引一系列的射線。2.1坐標(biāo)及其變換2．地心慣性坐標(biāo)系地心慣性(ECI)坐標(biāo)系。(右手坐標(biāo)系)

春分點——白羊座3．發(fā)射點慣性坐標(biāo)系選擇坐標(biāo)軸在慣性空間靜止，且不隨地球轉(zhuǎn)動的發(fā)射點構(gòu)建慣性坐標(biāo)系。思考：這些坐標(biāo)系存在的不足？2.1坐標(biāo)及其變換二、地球坐標(biāo)系

慣性坐標(biāo)系特點：表述衛(wèi)星好，表述地球上物體存在問題。

定義：隨地球一起在空間做公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運動，所以又稱為地心地固坐標(biāo)系（ECEF）。地心地固坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系?；鶞?zhǔn)：地球自轉(zhuǎn)軸或者與其相垂直的赤道面。2.1坐標(biāo)及其變換1、地心地固直角坐標(biāo)系X軸英國倫敦處的格林尼治子午面與地球赤道的一個交點。2.1坐標(biāo)及其變換2、大地坐標(biāo)系大地緯度、大地經(jīng)度和大地高度而更加直觀地告訴該點在地球中的位置，故它又稱為經(jīng)緯高（LLA）坐標(biāo)系。

2.1坐標(biāo)及其變換基準(zhǔn)橢球體，需要定義大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（1）緯度φ的值在-90o到90o之間，赤道面以北為正，以南為負。（2）經(jīng)度λ的值在-180o到180o之間，格林尼治子午面以東為正，以西為負。（3）大地高度h是從P點到基準(zhǔn)橢球面的法線距離，基準(zhǔn)橢球面以外為正，以內(nèi)為負。2.1坐標(biāo)及其變換3.坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

經(jīng)緯高——xyz基準(zhǔn)橢球體的長半徑

a=6378137m；基準(zhǔn)橢球偏心率

2.1坐標(biāo)及其變換3.坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

xyz——經(jīng)緯高

2.1坐標(biāo)及其變換

三、運行體及平臺坐標(biāo)系

1、地理坐標(biāo)系（g系）：

坐標(biāo)系的原點位于運行體質(zhì)心，其中一個坐標(biāo)軸沿當(dāng)?shù)氐乩泶咕€的方向，另外兩個軸在當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)分別沿當(dāng)?shù)亟?jīng)線和緯線的切線方向。

坐標(biāo)系的形式：東北天等右手直角坐標(biāo)系。2.1坐標(biāo)及其變換意義：（1）物理意義明確；

（2）計算衛(wèi)星在用戶處的觀測矢量和仰角。2.1坐標(biāo)及其變換2．地平坐標(biāo)系（t系）

原點與運行體質(zhì)心重合，其中一個坐標(biāo)軸沿當(dāng)?shù)氐拇咕€方向，另外兩軸在水平面內(nèi)，X、Y和Z三軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。（航跡坐標(biāo)系）

地理坐標(biāo)系(g系)和地平坐標(biāo)系(t系)的特點：

都是以地面某些點和平面為坐標(biāo)系進行觀測。2.1坐標(biāo)及其變換3．運行體坐標(biāo)系（b系）運行體坐標(biāo)系的原點與運行體質(zhì)心重合。對于飛機等巡航載體，X沿載體橫軸向右，Y沿載體縱軸向前，Z沿載體豎軸向上，即“右前上”坐標(biāo)系。（物體的真坐標(biāo)）2.1坐標(biāo)及其變換4．平臺坐標(biāo)系（p系）（相對坐標(biāo)，物理）

是描述平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中平臺指向的坐標(biāo)系，它與平臺固連。5．導(dǎo)航坐標(biāo)系（n系）（相對坐標(biāo)，物理）

導(dǎo)航坐標(biāo)系是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在求解導(dǎo)航參數(shù)時所采用的坐標(biāo)系，通常它與導(dǎo)航系統(tǒng)所在的位置有關(guān)。6．計算坐標(biāo)系（c系）（相對坐標(biāo)，數(shù)學(xué)）這是指慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用本身計算的載體位置來描述導(dǎo)航坐標(biāo)系時所用的坐標(biāo)系。2.1坐標(biāo)及其變換四、直角坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)變換

例如：地心直角慣性坐標(biāo)系就可經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到地心地固直角坐標(biāo)系。

2.1坐標(biāo)及其變換

2.1坐標(biāo)及其變換

作業(yè)：x，y，z方向分別旋轉(zhuǎn)a，b，c角度，求坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，編寫matlab程序。2.1坐標(biāo)及其變換

五、極坐標(biāo)系組成：坐標(biāo)原點及平面，極軸方向，極角及極徑。坐標(biāo)原點：觀測站天線電中心在地面上投影點。

坐標(biāo)平面：過該點的水平面。

極軸方向：真北向，或磁北向。

極角：極軸ON順時針轉(zhuǎn)的角度θ。

極徑：ρ是原點O至運行體A的距離。2.1坐標(biāo)及其變換

坐標(biāo)的應(yīng)用一般分類小結(jié)：

高軌衛(wèi)星及空間器：慣性坐標(biāo)系

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)則要用到地心地固直角坐標(biāo)系

遠程導(dǎo)航定位系統(tǒng)常用大地坐標(biāo)系

近程導(dǎo)航定位系統(tǒng)常采用極坐標(biāo)系。極坐標(biāo)系應(yīng)用：適用于多數(shù)近程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是點源系統(tǒng)。(以汽車駕駛為例子進行描述)作業(yè)：4、5、62.2 運動狀態(tài)描述

一、微分多項式模型在直角坐標(biāo)系中，運行體運動軌跡可用n次多項式準(zhǔn)確地描述。n階微分方程式形式2.2 運動狀態(tài)描述

二、勻速運動模型

1、連續(xù)時間域的CV模型

描述：運行體做勻速直線運動，速度隨機擾動服從高斯白噪聲，則2.2 運動狀態(tài)描述

2、離散時間域的CV模型

求解微分方程得在時間間隔內(nèi)認為a(t)保持不變，則2.2 運動狀態(tài)描述

2、離散時間域的CV模型在時間間隔內(nèi)認為a(t)保持不變，則位置：速度：矩陣：2.2 運動狀態(tài)描述

三、勻加速運動模型

1、連續(xù)時間域的CA模型系統(tǒng)狀態(tài)變量為CA模型為2.2 運動狀態(tài)描述

2、離散時間域的CA模型

對連續(xù)域微分方程進行處理，得2.2 運動狀態(tài)描述

四、其它運動模型

1、辛格模型加速度均值為零的一階時間相關(guān)模型，其中加速時間相關(guān)函數(shù)為指數(shù)衰減形式，即

2、半馬爾科夫模型機動看作為相應(yīng)于半馬爾科夫過程描述的一系列有限指令，該指令由馬爾科夫過程的轉(zhuǎn)換概率來確定，轉(zhuǎn)移時間為隨機變量。2.2 運動狀態(tài)描述3、“當(dāng)前”模型

“當(dāng)前”模型是加速度均值非零的一階時間相關(guān)模型。4、二維模型

絕大多數(shù)的二維和三維機動模型為轉(zhuǎn)彎運動模型。典型的二維模型在描述陸地、航海運行體的運動形式十分有利。5、三維模型2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

定義：運行體得到的實測導(dǎo)航參量與其真實參量之間的偏差。

來源分類：

（1）原理方面的不完善引起的原理或方法誤差；（2）設(shè)備不完善引起的設(shè)備誤差；（3）環(huán)境條件影響引起的狀態(tài)誤差；（4）人為因素引起的人為誤差等。

特征分類：系統(tǒng)誤差（可校正）和隨機誤差（可減弱）。2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

一、標(biāo)量描述（數(shù)字特征描述）

1、數(shù)學(xué)期望

2、均方根其中n為測量次數(shù)，表示一組測量值與平均值的偏差的平均值。

或者不同屬性的誤差求和

2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

3、最大誤差（測量值偏服從正態(tài)分布）

距離測量誤差為200m(σ)：68.26%200m(2σ)：95.45%；200m(3σ)：99.73%

4、累積分布函數(shù)定義：指定位誤差小于某個值時的概率，一般用累積分布函數(shù)與導(dǎo)航誤差的曲線來形象表示。

思考：3和4有何種聯(lián)系，以及上述描述存在的問題？2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)二、矢量描述（分布函數(shù)描述）

定義：誤差同時考慮大小和分布方向。

1、正態(tài)分布2、三維正態(tài)分布2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)誤差分量兩兩不相關(guān)，協(xié)方差矩陣為對角陣：問題？2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

3、等概率密度橢球（誤差橢球）

定義：概率密度函數(shù)的某一取值N，都對應(yīng)空間中的一個橢球面。

結(jié)論：可以證明概率密度函數(shù)對應(yīng)的橢球面，是以均值為中心的主半軸長度分別為的一個橢球面，它被稱之為等概率密度誤差橢球。2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)4、落入誤差球的概率等概率密度誤差橢球的體積為

則誤差落入誤差球V內(nèi)的概率

5、球概率誤差和圓概率誤差

定義：假如在半徑為r的球或圓內(nèi)，誤差出現(xiàn)的概率為50%（有時也選擇95%），那么這個半徑r就被稱之為球概率誤差(SEP)或圓概率誤差(CEP)。2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)圓概率誤差(CEP，簡稱圓誤差)的經(jīng)驗計算公式2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

三、位置線誤差及其特性

定義：運行體位置點的連線稱為運行體位置線，簡稱位置線。位置線誤差：指待定點的真實位置線或者理想位置線與所測得的位置線之間的距離。

常用的位置線

（1） 直線位置線；（2） 圓位置線；（3） 雙曲線位置線；2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

1、直線位置線誤差（測角系統(tǒng)）定義：在一個特定平面上，相對某一個基準(zhǔn)方向線夾角恒定不變的線是一條射線。2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

2、圓位置線誤差（測距系統(tǒng)）定義：在一個特定平面上，與某一基準(zhǔn)點保持距離恒定的軌跡。2.3

導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)

3、雙曲線位置線誤差（測距差系統(tǒng)）定義：在一個特定平面上，保持運行體與兩個指定基準(zhǔn)點距離差為恒定值的軌跡，這個軌跡是以這兩個基準(zhǔn)點為焦點的雙曲線?？紤]幾種極限的情況。（與基線長度有關(guān)）思考：為什么研究位置線誤差？2.4

導(dǎo)航參量估計方法

方法：利用測量導(dǎo)航信號的參量（幅度、頻率、相位、時差等），建立起這些參量與導(dǎo)航參數(shù)的關(guān)系，實現(xiàn)由相應(yīng)參量的估計來獲得導(dǎo)航參數(shù)的過程。

問題：測量參量是導(dǎo)航參數(shù)非線性方程。

處理辦法：（1）將各個方程式在一個根的估計值處線性化；（2）求解線性化后的方程組；（3）再更新根的估計值。2.4

導(dǎo)航參量估計方法

一、非線性方程的線性化（方法很多）定義：采用線性方法求解非線性方程和非線性方程組；1、一元非線性方程的求解泰勒展開式

2.4

導(dǎo)航參量估計方法非線性方程式就近似地轉(zhuǎn)化為以下一個線性方程式牛頓迭代法

2.4

導(dǎo)航參量估計方法2、多元非線性方程的求解

設(shè)某系統(tǒng)有一個測量量u，測量量與待求導(dǎo)航參量可以構(gòu)成非線性方程，即N次測量，可以組成以下的N個非線性方程2.4

導(dǎo)航參量估計方法第n個方程為的臺勞展開式為求解此房程就變?yōu)橛镁仃囆问奖磉_的線性方程組2.4

導(dǎo)航參量估計方法用矩陣形式表達的線性方程組迭代更新公式2.4

導(dǎo)航參量估計方法3、牛頓迭代運算流圖2.4

導(dǎo)航參量估計方法二、最小二乘法牛頓迭代法的核心是計算

G是N×3的矩陣，如果N=3且矩陣G滿秩，那么該方程組存在唯一解。具體解為如果N>3且矩陣G滿秩，則該超定方程組無解，最小二乘法被廣泛應(yīng)用于求解超定方程組。

2.4

導(dǎo)航參量估計方法

1. 常規(guī)最小二乘

定義：解Δx使各個函數(shù)值與實際測量值之間的誤差最小。誤差最小P最小

求導(dǎo)令上式為0，則得到最小值，可以求得2.4

導(dǎo)航參量估計方法例2-2

用卷尺測量地面A和B兩點間距離AB，因為各種原因會造成測量值的不準(zhǔn)確，為此進行了多次測量，目的是為了得到一個比較準(zhǔn)確的測量值。假設(shè)進行了N次測量，相應(yīng)的測量值分別為

。試用最小二乘法計算地面兩點間距離AB的最優(yōu)估計值。解：

2.4

導(dǎo)航參量估計方法

2.加權(quán)最小二乘：考慮到不同的輸出值vn有著不同大小的測量誤差，可對每個輸出測量值vn設(shè)定一個權(quán)重wn，并希望權(quán)重越大的輸出值在最小二乘法的解中起到更加重要的作用，則可以得到：此時加權(quán)最小二乘法就變?yōu)镃相當(dāng)出值協(xié)方差短陣的逆。2.4

導(dǎo)航參量估計方法

4、定位誤差分析設(shè)運行體真實位置：

N次觀測，得到準(zhǔn)確測量量：經(jīng)線性化處理后得到：考慮測量誤差項，則最小二乘法進行處理

2.4

導(dǎo)航參量估計方法假設(shè)測量誤差滿足（1）各個測量誤差均為正態(tài)分布，且（2）不同測量誤差之間互不相關(guān)，即：2.4

導(dǎo)航參量估計方法定位誤差協(xié)方差矩陣可以表示為（作業(yè)：請證明）結(jié)論：定位精度與測量誤差和幾何分布有關(guān)。2、精度因子2.4

導(dǎo)航參量估計方法三、卡爾曼濾波1、狀態(tài)方程和量測方程狀態(tài)方程測量方程噪聲序列的統(tǒng)計特性2.4

導(dǎo)航參量估計方法2、卡爾曼濾波的極值條件系統(tǒng)狀態(tài)量X在k時刻的預(yù)測值為：測量方程，可以得到卡爾曼濾波的極值條件為2.4

導(dǎo)航參量估計方法

3、卡爾曼濾波基本方程（1）狀態(tài)一步預(yù)測：（2）狀態(tài)估計：（3）濾波增益：2.4

導(dǎo)航參量估計方法

4、運算流程

ThankYou!

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)一、導(dǎo)航信號描述其中：是振幅部分，它是時間的函數(shù)；為收發(fā)之間距離(傳播距離)；為傳播速度，在空氣或真空中即為光速；為傳播延遲時間；為角頻率；為初相角。3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)(1)信號幅值部分為連續(xù)波調(diào)幅方式3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)為離散信號調(diào)制方式不同形式的脈沖信號和編碼信號3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)

載頻為常數(shù)載頻為變數(shù)(3)相位部分

調(diào)制信號相位載頻相位(4)延遲時間在某些特定條件下，時間可攜帶導(dǎo)航信息。(2)載頻部分3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)無線電導(dǎo)航使用的頻率范圍為(10kHz～20GHz)3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)序號名稱頻率范圍研制時間原理備注1奧米加Omega(10～14)kHz1960年相位雙曲線超遠程2臺卡Decca(70～130)kHz1944年相位雙曲線近程3羅蘭-CLoran-C(90～110)kHz1957年脈沖/相位雙曲線遠程4羅蘭-ALoran-A(1750～1950)kHz1943年脈沖雙曲線中程5無線電羅盤(100～1750)kHz1912年振幅式近程6伏爾系統(tǒng)VOR(108～ll8)MHz1946年振幅相位式近程7儀表著陸系統(tǒng)ILS航向(108～118)MHz下滑(329～335)MHz1939年比幅式著陸引導(dǎo)8地美儀DME(962～1213)MHz四十年代脈沖測距近程9塔康Tacan(962～1213)MHz1952年極坐標(biāo)定位近程10微波著陸系統(tǒng)MLS(5031～5090.7)MHz1970～1980年時問基準(zhǔn)波束掃描著陸引導(dǎo)11多普勒導(dǎo)航DopplerNavigation(8000～13500)MHz1954年多普勒測速、推算自主式12精密進場雷達PAR9370MHz1940年測角／測距著陸引導(dǎo)13子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Transit(NNSS)149.988MHz399.968MHz1964年多普勒測距差全球定位14全球定位系統(tǒng)GPS1575.42MHz1227.60MHz1994年定位、測速、授時全球定位15各種雷達(300～20000)MHz測角／測距近程中程3.1導(dǎo)航信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)（1）發(fā)射源運動,接收端固定的多普勒效應(yīng)徑向運動非徑向運動二、多普勒效應(yīng)3.2多普勒效應(yīng)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)（2）發(fā)射源不動,接收端相對發(fā)射源運動的多普勒效應(yīng)3.2多普勒效應(yīng)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)

（3）發(fā)射源和接收端均在同一載體A上相對

反射目標(biāo)B運動時的多普勒效應(yīng)①A發(fā)射的信號在B點引起的反射信號產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)

②B端的反射信號作為發(fā)射源在A端接收時產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)3.2多普勒效應(yīng)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)1.極化形式線極化（垂直極化和水平極化），圓極化，橢圓極化。二、無線電波3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理2.天線方向圖天線的定義：用來輻射和接收無線電波的裝置，其本質(zhì)是一種導(dǎo)行波與自由空間波之間的換能器，即通過發(fā)射天線內(nèi)的電子運動激發(fā)光子，再作用于接收天線激起電流，實現(xiàn)收發(fā)天線間的電子動能交換。發(fā)射天線輻射電場強度或接收天線感應(yīng)電動勢隨方位、仰角變化的情況稱為天線的方向性函數(shù)，天線方向圖是方向性函數(shù)的圖形表示，對發(fā)射天線而言它可以形象描述天線輻射場在空間的分布情況。第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理典型的對稱振子天線：在包含振子所在平面(E面)上的天線方向圖為“8”字形，即場強隨角θ的變化而變化；而在垂直于振子長度方向的平面(H面)內(nèi)，天線的方向圖為圓形，即與天線等距處場強處處相等。第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理“8”字形天線方向圖歸一化方向性函數(shù)為：第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理若令

則得第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理在通常情況下>>b

，則常將天線方向性函數(shù)表示成為歸一化形式，即若將兩個環(huán)狀天線相互垂直放置第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理具有水平心臟形方向圖的天線其方向性函數(shù)為：在實際應(yīng)用時，常常將心臟形方向性圖以順時針旋轉(zhuǎn)。第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理在天線周圍任何一點觀察，其信號幅度均是受調(diào)制的。這里，是調(diào)幅包絡(luò)信號相位，與觀察點P的位置有關(guān)。給天線饋入等幅信號，旋轉(zhuǎn)輻射后空間接收信號成為調(diào)幅信號。tE(t)第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理

主要利用窄波束方向性天線指向性強的特點，進行最大值法（單瓣）或最小值法（雙瓣）測角。第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理為了解決強定向性與大范圍覆蓋的矛盾問題N元直線陣相掃天線工作原理

設(shè)各輻射元為無方向性的點輻射源，且同相等幅饋電。各自間距為d。窄波束方向性天線以旋轉(zhuǎn)掃描的方式工作第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理N元直線陣相掃天線工作原理

以0號單元為相位基準(zhǔn)，在遠區(qū)某一點的接收信號為各單元輻射場的矢量和：為各單元在遠區(qū)輻射場強的大小是兩相鄰單元間波程差引起的相位差因等幅饋電，故遠區(qū)各單元的輻射場強基本相等，Ek可用E表示。按等比級數(shù)求和并運用尤拉公式，得：第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理N元直線陣相掃天線工作原理取絕對值并歸一化，得歸一化方向函數(shù)

天線最大輻射方向為天線法線方向第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理設(shè)各單元移相器相移量分別是0、φ、2φ、……（N-1）φ接收信號場強為

最大輻射方向在偏離法線一個θ0角的方向上N元直線陣相掃天線工作原理

為了使波束在空間迅速掃描，可在每個輻射源后面接一個可變移相器第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理式（2-14）變?yōu)樵诜较蛏希?/p>

，有主瓣存在，主瓣方向由決定！，就可控制最大輻射方向，控制移相器的相移量從而形成波束掃描。第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)折射反射繞射漫射

一般在波長比較長的頻段內(nèi)發(fā)生，其繞射能力可用菲涅耳效應(yīng)分析。

只有在媒質(zhì)中出現(xiàn)局部區(qū)域不均勻突變情況下發(fā)生,導(dǎo)航中不能利用這種傳輸方式。3.傳播特性3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)地波直達波天波電離層多徑效應(yīng)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)

地物對信號的遮擋

地物對信號的反射和二次輻射3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)菲涅爾效應(yīng)3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)視距傳播3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)相對論及對時頻影響(1)根據(jù)狹義相對論原理,在一個參照系中靜止放置的鐘和一個相對作勻速直線運動的鐘之間,即使鐘結(jié)構(gòu)、性能完全一樣,由于它們之間存在相對速度，則兩鐘的走時快慢也不一樣。可用下式表達:V是相對運動速度，C是光速。γ是洛侖茲變換系數(shù),3.3無線電信號

通常，，

，A鐘慢。

靜止不動的鐘A走得慢,運動中的鐘B走得快。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)(2)根據(jù)廣義相對論原理，當(dāng)兩鐘之間存在加速度或所處的重力場位不同，則即使鐘結(jié)構(gòu)、性能完全一樣，其走時也不同。重力場對物體的作用，等效于在無條件下，物體作加速度運動，其方向和重力場相反，大小相等。

假如A、B兩鐘分處重力場位φA、φB，處在高位的鐘相對低位的鐘走的快，其關(guān)系為：3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)(3)時鐘的相對論效應(yīng)在衛(wèi)星導(dǎo)航中的表現(xiàn)

星上鐘和地面鐘之間，既存在相對運動，又存在重力場位的明顯差別，因而，狹義和廣義相對論效應(yīng)同時存在。設(shè)S為星上鐘，G為地面鐘，各自重力場位分別為φS、φG，相對地心參考系的速度分別為VS、VG，3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)(3)時鐘的相對論效應(yīng)在衛(wèi)星導(dǎo)航中的表現(xiàn)

當(dāng)兩鐘處在同一重力場位（即忽略重力場位不同）時，靜止鐘的走時為Δt0。根據(jù)狹義相對論，地面鐘G的走時為:星上鐘走時為:3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)(3)時鐘的相對論效應(yīng)在衛(wèi)星導(dǎo)航中的表現(xiàn)再考慮重力場的位差時，根據(jù)廣義相對論，星上鐘的實際走時為:3.3無線電信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體，它的自轉(zhuǎn)軸能夠自由改變方向。陀螺儀（gyroscope）慣性傳感3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)二自由度陀螺3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)陀螺儀的定軸性：高速自轉(zhuǎn)的陀螺儀，不受外力矩作用時，則其自轉(zhuǎn)軸將相對慣性空間保持方向不變的特性。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)陀螺儀的進動性：高速自轉(zhuǎn)的陀螺儀，在陀螺上施加外力矩時，會引起陀螺自轉(zhuǎn)軸相對慣性空間轉(zhuǎn)動的特性。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)繞外環(huán)軸作用常值力矩Mx時陀螺儀的運動當(dāng)施加沿外環(huán)軸的力矩時，自轉(zhuǎn)軸繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)當(dāng)施加沿內(nèi)環(huán)軸的力矩時，自轉(zhuǎn)軸繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動。繞內(nèi)環(huán)軸作用常值力矩My時陀螺儀的運動3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)請判斷進動方向？3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)進動性說明：1、陀螺進動是由于自轉(zhuǎn)角動量和外力矩的共同存在。2、陀螺的進動也是相對慣性空間的。3、陀螺進動的“無慣性”，即進動角速度的出現(xiàn)與外力矩的作用幾乎

同時發(fā)生、同時消失，同時增大和同時減小，即進動運動是一種沒

有時間延遲的“無慣性運動”。（條件H足夠大）4、當(dāng)H一定時，外力矩越大，進動角速度越大；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量越大，

進動角速度越??；轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)角速度越大，進動角速度越小。5、進動角速度只允許繞外，內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動。而且進動角速度與環(huán)架間的

夾角有關(guān)。環(huán)架只能保證轉(zhuǎn)子軸和內(nèi)環(huán)軸垂直，內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸垂

直，而無法永遠保證轉(zhuǎn)子軸和外環(huán)軸垂直（因為有進動）。6、一般，進動角速度是“緩慢”的。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)航向陀螺儀的原理示意圖航向陀螺儀指示器3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)6小時24小時18小時12小時0小時開始ABABABAB3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)加速度計：

加速度計是輸出與載體運動加速度（嚴(yán)格地說是比力）成一定比例關(guān)系的信號的測量器件。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)加速度計簡化模型

加速度計通常由四部分組成：一是感受輸入加速度的質(zhì)量塊m；二是機械彈簧C，用來產(chǎn)生彈簧反力矩；三是阻尼器D用來改善加速計的動態(tài)品質(zhì)，提高輸出的穩(wěn)定性；四是輸出或顯示裝置（如顯示標(biāo)尺）。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)慣性級加速度計的要求1、靈敏限小

能夠敏感的最小輸入加速度值。用于慣導(dǎo)的其靈敏限必須在10-5g以下。2、摩擦干擾小

為了保證靈敏限的要求，必須保證摩擦力矩足夠小，以使得微小的加速度能驅(qū)動擺產(chǎn)生角位移，因此各種支承技術(shù)是提高加速度計測量精度的關(guān)鍵。3、量程大

飛機上要求加速度計測量量程要達到6g，最大到12g甚至20g。要保證在整個量程范圍內(nèi)輸出的線性特性，這就要求力矩器設(shè)計合理，以減小輸出轉(zhuǎn)角（控制轉(zhuǎn)角在幾個角秒或幾個角分以內(nèi)）并使線性度為千分之一。3.4陀螺與加速度計本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第三章導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)小結(jié)：作業(yè)：自學(xué)內(nèi)容：光斑的形成；重力場和地

磁場。P851-7題本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理1.導(dǎo)航為什么要測角？運行的目的地是有取向的，要解決運動方向的問題；通過對參考點所在方向的觀測能夠?qū)崿F(xiàn)定位；4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理

通過測量各種角度，滿足運行體確定運動方向和位置的導(dǎo)航需要。定位引導(dǎo)飛行4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理2.如何能夠在開放的運行空間進行角度的測量？依托自然的或人工的信息場；利用電磁波(光波、無線電波)的直線性；4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理無線電信號的參量

3.可用于導(dǎo)航測角的信號參量4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理（1）信號幅值部分為連續(xù)波調(diào)幅方式4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理為離散信號調(diào)制方式不同形式的脈沖信號和編碼信號（1）信號幅值部分4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理

載頻為常數(shù)載頻為變數(shù)（3）相位部分

調(diào)制信號相位載頻相位（4）時間在某些特定條件下，時間可攜帶導(dǎo)航信息。（2）載頻部分4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.導(dǎo)航信標(biāo)(信息產(chǎn)生端)形式（1）有向信標(biāo)式（2）無向信標(biāo)式（3）定向信標(biāo)式4.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理等幅信號信標(biāo)臺發(fā)射測角器接收調(diào)幅信號4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理E型測角三種方法的優(yōu)缺點：4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理M型測角如何建立調(diào)制度等效方向圖？4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理無方向天線接收輸出信號方向性天線接收輸出信號移相調(diào)制僅邊頻分量幅度與角度有關(guān)4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理M型測角4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理高頻信號幅值

導(dǎo)航臺相對方位角hCDAB環(huán)狀天線的方向圖性質(zhì)4.2振幅式導(dǎo)航測角M型最小信號法測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理平衡調(diào)制器疊加電路90°移相低頻振蕩器調(diào)制信號幅值導(dǎo)航臺相對方位角調(diào)制度等效方向圖建立4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理同步機環(huán)放相移90度平衡調(diào)制器疊加回路超外差接收機伺服電機135Hz振蕩器135Hz選頻濾波環(huán)形天線垂直天線指示器識別監(jiān)聽135Hz基準(zhǔn)信號135Hz包絡(luò)信號幅度檢波輸出無線電羅盤自動測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角導(dǎo)航信標(biāo)輻射信號產(chǎn)生框圖M型比值法測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角經(jīng)天線發(fā)射后，空間場型為：著陸方向CSBSBO跑道中線延長線航向天線本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角空間合成信號為：由此得：在跑道中心線左邊：

其中：本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角同理可以求得在跑道中心線右邊：令在跑道右側(cè)：則在跑道左側(cè)：本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角誤差分析(1)二次輻射引起的測角誤差

類天線輻射器和類回路輻射器

長度比截面積大很多倍的不閉合的導(dǎo)體稱為類天線輻射器，其二次輻射場的特性與導(dǎo)體本身的電氣參量以及所處的位置有關(guān)。

使測出的角度與A點所處實際角度有一個偏差,大小和變化規(guī)律與β取值有關(guān)。同時還會引起接收最小值純化。

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角類回路輻射器的影響是因為在測角天線周圍形成電氣上閉合或未閉合器回路的導(dǎo)體，在外來電波照射下，產(chǎn)生幅度和相位與回路本身的電氣參量及所處位置有關(guān)的二次輻射場。類回路輻射器對測角的影響與特點，與類天線的情況相似。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.2振幅式導(dǎo)航測角(1)極化改變對測角的影響

e1使方向性圖的最小值偏離了環(huán)狀天線平面的法線一個角度δ。

e2將導(dǎo)致環(huán)狀天線方向性圖最小值純化，給測向帶來誤差。

電波波前面相對于正常波前面傾斜了β，極化橢圓的長軸相對于傳播面的傾角為γ。

將橢圓極化波分解為兩個互相垂直的分量e1(t)和e2(t)本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理小結(jié)：振幅式導(dǎo)航測角方法

1.振幅式測角的基本原理

2.M式測角的信號處理過程

3.M式測角自動確定來波方向的原理

4.兩種差值法測角的異同點

5.造成振幅式測角誤差的主要原因

作業(yè)：P1221，2，3，4，6

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理周期信號相位的物理涵義是什么？如何進行測量？信號某一強度（或幅值）所對應(yīng)的時刻！在信號頻率一定的情況下，通過測量延遲時間能夠?qū)崿F(xiàn)相位測量。4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角脈沖；調(diào)制信號相位與方位無關(guān)的調(diào)幅信號；對調(diào)幅調(diào)制信號調(diào)頻的信號?；鶞?zhǔn)的獲取方法：其他系統(tǒng)提供；利用本系統(tǒng)其他信號

參數(shù)提供。定義：一種直接測量載波相位或利用調(diào)幅信號中的調(diào)制信

號相位進行導(dǎo)航測角的方法。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理干涉式測角4.3相位式導(dǎo)航測角射頻干涉法：調(diào)制信號法：本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理(1)旋轉(zhuǎn)天線方向圖法一般是信標(biāo)利用具有心臟形方向性函數(shù)的天線，以某一固定頻率Ω旋轉(zhuǎn)，向360o范圍發(fā)射測角信號，即有向信標(biāo)工作方式。饋給天線天線輻射用戶接收4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理水平心臟形天線的方向性函數(shù)為4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理旋轉(zhuǎn)心臟形方向性天線發(fā)射信號，使得信號幅度被調(diào)制，且不同角度上的調(diào)制信號相位不同。不同方向上調(diào)制信號相位不同tu0通過怎樣的方法檢測出相位的不同？4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理(2)旋轉(zhuǎn)無方向性天線法利用天線相對無線電波的運動帶來的多普勒效應(yīng)，造成發(fā)射或接收信號某部分的電相位與目標(biāo)方位的對應(yīng)關(guān)系實現(xiàn)的角度測量。旋轉(zhuǎn)無方向性天線發(fā)射信號

通過一個無方向性天線的旋轉(zhuǎn)發(fā)射信號，將使得遠方接收機接收信號中產(chǎn)生多普勒頻移，實際是一種對載波的調(diào)頻。在不同方向上接收，該調(diào)頻信號的相位不同。4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角饋給A等幅載頻信號

時天線A位于方位角θ為零處

t時刻運動到處

天線做圓周運動的切向速度為V本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理旋轉(zhuǎn)無方向性天線接收信號接收天線的運動產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，其輸出的信號形成調(diào)相波，與接收同一來波的固定天線輸出信號進行鑒相，得到調(diào)相解調(diào)信號，其相位隨來波的方位不同而改變，利用基準(zhǔn)信號測量這個相位差，就可以達到測角的目的。①調(diào)相信號的形成A天線固定，接收信號為：B天線運動，其接收信號相位超前eA(t)一個4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理以A天線輸出為參照，B天線輸出信號為：

②信號解調(diào)與相位測量解調(diào)乘積型鑒相解調(diào)器將移相解調(diào)電路的輸出為：相位基準(zhǔn)信號4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理旋轉(zhuǎn)無方向性發(fā)射天線測角法的實例：4.3相位式導(dǎo)航測角基準(zhǔn)信號調(diào)幅方位信號調(diào)頻/調(diào)相本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理典型DVOR信號調(diào)幅波且與方位角度無關(guān)4.3相位式導(dǎo)航測角調(diào)制信號相位受調(diào)的雙邊帶信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角方位基準(zhǔn)信號

可變相位信號本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理地面設(shè)備NN機載設(shè)備φ能測量電臺方位角和距離，進行臺站識別，單臺定位。？φ

測角：相位式旋轉(zhuǎn)天線方向圖法原理塔康系統(tǒng)4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理測角原理——相位式旋轉(zhuǎn)方向圖法原理NN90°0°180°270°φ4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理F1(φ)=1+m1cosφ+F2(φ)=1+m2cos9φF(φ)=1+macosφ

+mbcos9φ方位粗測方位精測為了測得方位角，并且能夠較精確的測角，塔康系統(tǒng)采用粗測+精測的方式。天線方向圖4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理方位測量原理t15Hz東北西南Nφotttt假定：天線輻射等幅載波。E(t)=Em[1+m1sin(Ω1t-φ)]cos(ωt)15Hz信號te(t)=Em×cos(ωt)4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理

結(jié)論：當(dāng)方向天線旋轉(zhuǎn)時，若給天線饋送等幅波，則信標(biāo)向各個方向輻射的信號將是受天線旋轉(zhuǎn)調(diào)制的調(diào)幅波，機載設(shè)備接收的15Hz包絡(luò)信號的初始相位與信標(biāo)臺的磁方位具有一一對應(yīng)關(guān)系。

相位式旋轉(zhuǎn)方向圖法測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角誤差分析本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.3相位式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理小結(jié)：相位式測角為何要提供基準(zhǔn)？有哪些提供基準(zhǔn)的方法？作業(yè)：P1237,8本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理利用天線窄波束方向圖在圓周或某一扇區(qū)內(nèi)掃描，接收方通過測量由接收窄波束信號形成的脈沖與某一基準(zhǔn)信號之間的時間差獲得角度信息的方法。

（1）全向式收發(fā)一體——雷達工作方式時間式導(dǎo)航測角——4.4時間式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理t0：天線最大值指向基準(zhǔn)方向的時刻tx：接收方接收到脈沖時刻收發(fā)分離

采用發(fā)射、接收分置方式，由信標(biāo)發(fā)射信號，測角一方利用接收機對接收的脈沖處理，按約定的公式由脈沖間隔解算出角度。4.4時間式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理

以窄波束在一個扇區(qū)內(nèi)往返掃描，通過“往”“返”脈沖間隔大小，向目標(biāo)提供角度引導(dǎo)信息。（2）扇掃式4.4時間式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理天線波束寬度：0.5o~4o高速往返掃描：20000o/秒時間基準(zhǔn)：T0零角度：天線掃描覆蓋區(qū)域中心線4.4時間式導(dǎo)航測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.5頻率式導(dǎo)航測角定義：利用多普勒頻移獲取運動速度矢量，以速度矢量合成得到飛機偏流角的測角方法。本課件是可編輯的正常PPT課件無線電導(dǎo)航測角方法振幅式E型最大信號法比較信號法最小信號法M型相位式旋轉(zhuǎn)天線方向圖法旋轉(zhuǎn)無方向性天線法干涉法時間式收發(fā)分離式最大值法最小值法收發(fā)一體式頻率式導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.6慣性力學(xué)測角1.航向羅盤原理本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.6慣性力學(xué)測角2.水平面內(nèi)的陀螺尋北原理地球自轉(zhuǎn)角速度與地理坐標(biāo)系投影關(guān)系圖水平面內(nèi)的尋北本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.6慣性力學(xué)測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.6慣性力學(xué)測角本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.6慣性力學(xué)測角非水平面內(nèi)的尋北從地理坐標(biāo)系到機體坐標(biāo)系可通過三次旋轉(zhuǎn)達成:本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理真航向、磁航向與羅航向之間的關(guān)系4.7地磁感應(yīng)測角

磁羅盤測得的合成磁場水平分量方向，稱為羅子午線，或稱羅經(jīng)線，該線與運行體縱軸在水平面上的夾角為羅航向角。按羅航向角計算的航向就稱之為羅航向。

羅子午線與磁子午線之間形成的夾角稱為羅差，并規(guī)定羅子午線北端在磁子午線東側(cè)時的羅差為正，在西側(cè)為負。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理4.7地磁感應(yīng)測角三維磁航向傳感器坐標(biāo)示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第四章導(dǎo)航測角原理小結(jié)：作業(yè)：P1239,10,11,12本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述一、基本概念

測距條件：信號的周期波動性，以及在相同媒質(zhì)中傳播時具有恒速性。（物理場）

測距方法：將距離測量轉(zhuǎn)化為波傳播時間的測量，即波達時間（TimeOfArrival-TOA）測量。

本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理應(yīng)用場合：5.1概述本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述測量精度：

波動信號傳播時間和傳播距離之間的關(guān)系為：—電磁波3×108m/s，在大氣中近似為2.998×108m/s；

聲波0℃時速度331.45m/s。

距離測量精度取決于對波達時間TOA的量測精度。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述二、導(dǎo)航測距分類1.按工作原理分類：單程測距和雙程測距。

（1）單程測距

定義：測距信號在距離測量過程中只傳播一次，即只經(jīng)由了一個單路程。

偽距的概念：

鐘差：本地時間基準(zhǔn)與系統(tǒng)時鐘出現(xiàn)的差異。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述（2）雙程測距

定義：利用目標(biāo)的反射信號進行的測距（例如雷達測距），其測量工作在同一設(shè)備上完成。

優(yōu)點：能夠克服鐘差的影響。分為有源和無源反射式：前者反射信號功率弱作用距離短；后者作用距離能成倍提高。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述

2.按信號參量分類

a.時間式測距：通過測量信號傳播延遲時間獲得距離信息的測距方式。

b.頻率式測距：通過測量接收發(fā)信號之間的頻率差，得到電波傳播延時從而獲得距離信息的測距方式。

c.相位式測距：通過測量收發(fā)信號之間的載波相位差或脈沖相位差獲得距離信息的測距方式。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.1概述

3.按信號波形分類

a.脈沖式：采用的測距信號是脈沖形式，通過測量脈沖傳播延遲時間實現(xiàn)距離的測量。b.連續(xù)波式：采用的測距信號是連續(xù)波形式，主要有碼調(diào)制式、調(diào)頻式、無調(diào)制式三種形式。通過測量載波相位延遲時間獲得所需距離信息。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理5.2無線電導(dǎo)航測距一、脈沖式測距實例——DME系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成、功用與配置

地美儀是測距器(DistanceMeasuringEquipment-DME)英文縮寫的漢譯語音名稱。

DME系統(tǒng)是一種無線電測距導(dǎo)航系統(tǒng)，是目前民用航空廣泛運用的一種近程航空無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理2.系統(tǒng)特點

DME系統(tǒng)工作于L波段，頻率范圍962～1213MHz，這個頻段具有傳輸損耗小、場地影響較弱、射頻器件成熟等特點。5.2無線電導(dǎo)航測距本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理3.測距原理詢問/回答式雙程脈沖測距R——飛機與導(dǎo)航臺之間的距離；t——機載詢問器獲得的發(fā)射與接收信號之間的時間間隔；t0——應(yīng)答器的固定延時（一般為50μs）；c——光速。

R詢問器t機載設(shè)備信標(biāo)設(shè)備發(fā)詢問脈沖收詢問脈沖tR發(fā)回答脈沖t0收回答脈沖tR應(yīng)答器5.2無線電導(dǎo)航測距本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理距離測量與發(fā)射機接收機詢問發(fā)生器顯示編碼器譯碼器機載詢問器譯碼器接收機發(fā)射機編碼器地面應(yīng)答器5.2無線電導(dǎo)航測距本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理

基本信號形式為射頻脈沖，且地面應(yīng)答器與機上詢問器都發(fā)射相同包絡(luò)形狀的射頻脈沖信號。

包絡(luò)的形狀近似為高斯鐘形，是一種窄帶信號形式，壓縮了信號頻譜寬度，具有良好的頻率利用能力，可使近鄰波道干擾被壓低到-80dB。5.2無線電導(dǎo)航測距本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理DME系統(tǒng)的地面設(shè)備——測距應(yīng)答器5.2無線電導(dǎo)航測距本課件是可編輯的正常PPT課件導(dǎo)航原理第五章導(dǎo)航測距原理頻閃測定技術(shù)DME系統(tǒng)的機載設(shè)備——