《数字导航技术》课程教学资源（书籍文献）高精度导航系统

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分仪其中包含“水准仪”）可以测量天体的高度角。根据“时钟”和“屌历”，可以确定测量时刻所观测天体在地球表面上投影点的位置。根据儿个天体的高度角，在海图上叫以画出儿个圆形的等距离线。它们的交点就是舰船所在地的位置。20世纪初，“摆式陀螺罗经”、“陀螺垂直仪”和“水流测速仪”等导航仪器开始在舰船上得到应用。第，·次世界大战前后，欧洲列强竞相发展海军。在钢铁的舰船上，磁罗盘和气泡式水准仪都无法应用。当时迫切需要解决的导航和火炮控制技术问题是研制“陀螺罗经”和“陀螺垂直仪”。在机械、电机等工业发展的基础上，英、德、美等国分别研制成功了不同结构的“摆式陀螺罗经”利“陀螺垂直仪”，解决了载体姿态角的动态测量问题，满足了火炮控制的需要。与此同时，在“计程仪”中，采用广陀螺罗经提供的航向角信号、“水压测速仪”提供的船速信号，以及“航海时钟”提供的时间信号。采用“航迹推算法可以获得舰船所在地的位置信号。无线电导航技术在无线电通信技术发明之后，无线电导航台成为舰船和飞机等载体“定位”和“定向”测量的基准点。各国建立.了本国的中、近程无线电导航系统。在载体上，采用“无线电罗盘”和“无线电测距仪”（DME），可以确定载体的位置。这种导航定位方法被称为“极坐标法”。此外，在载体上，也川采用DME测量到两个导航台的距离进行定位。无线电罗盘和IDME的最大上作距离为200nmile,前者的定向精度为2°；后者的测距精度为1km。根据国际协定，在界各地建立了中，远程的无线电导航台。不同的导航台构成不同的无线电导航系统，例如“LORAN-A”，“1ORAN-C”，以及“OMEGA”等。载体.上的无线电导航仪测量到两个导航台的距离之差，得到的等距离线为“双曲线”。因此，这种导航方法被称为“双曲线导航法”。为了确定载体的位置，需要找到两条双曲线的父点。为此，在相隔较远的批界各地至少需要选择三个以上的无线电导航台。目前，LORAN-C导航仪仍在应用。它的最大工作距离为1200nmile，定位精度为0.3kmc.2:PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

惯性导航技术在第二次世界天战中，德国大量使用了飞航式“V一1”）和弹道式（"V-2"）导弹武器，它们在射程和破坏力等方面远胜于远程火炮。20世纪50年代开始的“冷战”时期，笑、苏等函把核武器及其大运载工：弹道式导弹、核潜艇以及战略轰炸机作为军备竞赛的士要内容。为了提高这些载体上导航系统的精度和连续工作时间，惯性导航技术得到了迅速发展，研制成功了多种高精度的陀螺仪和加速度计，并用它们组成了不同类型的惯性导航系统”（inertialnavigationsystcm，INs）。在上述不同载体的INS中，都需要采用：（1）“速度测量组合”（由三只加速度计构成）；（2）“陀螺稳定平台”（核心部件是平台的信号器，可以是一只单自由度陀螺仪，或两只二自由度陀螺仪）；（3）导航计算机（数字计算机输出姿态角、航速以及定位等导航信号）在加速度计中，目前普遍采用“力平衡伺服系统”测量“检测质量”所产生的惯性力。在陀螺仪中，需要来用“力矩控制回路”对“陀螺转子”施加控制力矩，使陀螺转子产生“进动”，从而带动稳定平台，跟踪“大地三面体”在惯性空间中的转动角速度。在这种类型的INS中，平台始终稳定在“当地水平面”（Locallevel)之中，并指向北力。这种陀螺稳定平台将直接测量出载体的动态姿态角。如果对陀螺不施加控制力矩，则陀螺稳定平台将在惯性空间中保持稳定，载体的动态姿态角信号需要由导航计算机进行换算。这种类型的INS被称为“空间稳定”（Spaceslabilizcd的INS1957年，苏联成功地发射了人类第一颗人造地球卫星，开启了人类进人宇审的新纪元。人造地球卫星的成功发射充分证明广运载火箭惯性导航系统的精度。众所周知，在运载火箭的INS中，当时采用了“单自出度液浮积分陀螺仪”和“摆式陀螺积分加速度计”。上述INS被推广应用于核潜艇和战略轰炸机。在舰船的INS中需要采用“液浮摆式加速度计”。1958年，在试验性的航行中，美国两艘核潜艇由冰下通过了北极。这次航行证明了舰船INS确实达到了·3·PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

较高的定位和定向精度。此后，在上述三大运载工其中，不同类型的INS被选择为主要的导航装备，成为型号产品转入批量牛产。卫星导航技术潜艇的航行时问需要长达几个月，单纯依靠INS很难保证长时间水下航行的定位精度，尤其是尤法达到水下发射导弹武器所要求的精度。1964年，关国海军提出研制“子午仪”卫星导航系统，月的足为潜艇的INS提供周期性的位置修正信号。在“子午仪”导航系统研制成功之后，美国空军提出了研制“全球卫星定位系统”（Globalpasitioningsyslem，GPS)的工程项目。20[世纪80年代，美国的"GPs"和苏联的类似系统“GLONASS"（Globalnavigationsatellite system）分别研制成功。此后，卫星定位在军民各种载体的导航系统中，并在大地和重力等测量中，都得到了应用。应当指出，卫犀导航的应用，并未降低INS的重要性。在“GPS/INS组合系统”中，二者具有互补性，但组合导航系统的精度仍然主要取决-于所采用INS的精度。因此，在高精度的导航系统中，仍然需要采用高精度的惯性信号器，主要是陀螺仪。在中、低精度的导航系统中，可以采用GPS提供的位置信号建立组合导航系统，并适当降低对惯性信号器的精度要求。因此，在组合导航系统中，需要采用小型化和低成本的惯性信号器。20世纪90年代，出现了多种微机电系统（Microelectro-mcchanicalsystem，MEMS)的陀螺仪和加速度计。实践表明，在中、低精度的导航产品中，各种高度集成化的MEMS惯性信号器得到了广泛应用，它们已上有较大的市场份额。导航技术发展的历史阶段可以总结如表0-1所示。表0-1导航技术发展的历史阶段时间惯性信号器与定向系统定位定向系统20世纪前磁罗经，气泡式水准仪天文导航系统(六分仪)摆式陀螺罗经，摆式陀螺垂直计程仪（测速仪），无线电导20世纪50年代前仪，无线电罗盘，无线电测距仪航系统:4PDF文件使用“pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn

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