早期的領航概念中是沒有定位一說的,飛行員或者領航員只是通過觀察公路、鐵路、河流、山峰、城鎮(zhèn)或湖泊等地標來確定飛機的方位.單純的NDB或VOR也只是飛機定向的一種手段.直到80年代DME加盟無線電導航后,才使定向向定位前進了一步.現(xiàn)在以GPS為代表的衛(wèi)星導航系統(tǒng)是被廣泛應用的精確定位的一種主要導航方式.
導航種類主要分慣性導航和無線電導航兩種.
慣性導航是指安裝在飛機上的慣性基準系統(tǒng)(IRS).它主要由3個加速計和3個陀螺儀構(gòu)成.加速計用于測量飛機的3個平移運動加速度,指示當?shù)氐卮咕€的方向;陀螺儀用于測量飛機的3個轉(zhuǎn)動運動的角位移,指示地球自轉(zhuǎn)軸的方向.計算機對測出的加速度進行兩次積分,計算出飛機的位置.以A320飛機為例,它有3部慣性基準系統(tǒng),就提供了3個慣性基準系統(tǒng)的位置給飛行管理計算機(FMC),飛行管理計算機則根據(jù)這3個位置再計算出一加權平均值,我們稱之為“混合慣導”(MIX IRS)位置.
無線電導航是指通過測定無線電波從發(fā)射臺到接收臺的傳播時間或相位和相角來進行定向定位的.地面雷達定位也是無線電導航的一種方式.現(xiàn)在一般將無線電導航分為陸基導航和星基導航兩種.
陸基導航依靠的是臺站與臺站之間的相對位置,由一個臺站到另一個臺站.譬如由NDB到NDB或由VOR到VOR或NDB與VOR之間.星基導航依賴的是一系列航路點的精確位置,它的主要特征是任一點的坐標化.它所使用的導航設施有:DME-DME、VOR-DME、GPS、GLONASS等.舉個簡單例子:回上海由東山(KN)到嵊縣(JF)到庵東(AND)一段,我們現(xiàn)在的飛行計劃中所使用的只是這幾個點的地理位置坐標,而不是它們的頻率,所以我們認為這是星基導航的方式.但如果GPS不可用或飛行管理計算機部分存在問題,我們就需要使用這些航路導航設施的具體頻率,向臺或者背臺飛行,從而達到進場的目的,這時候我們所使用的就是陸基導航的方式,也就是傳統(tǒng)的無線電導航模式.由此可見,不是說使用陸地上的導航設備就是陸基導航,也不是說星基導航是僅僅使用GNSS(全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)).在區(qū)域?qū)Ш降默F(xiàn)階段,還是脫離不了這些航路導航設施的,或許在未來的新航行系統(tǒng)中會完全拋棄現(xiàn)有的航路導航設施,實行點與點之間的直接對話.
我們通常所說的無線電位置,是指機載接收機向飛行管理計算機傳送接收到的信號,通過測距定位(DME-DME)或測距測向定位(DME-VOR),來確定的位置.其工作原理是:飛機起飛后,與飛行管理計算機有關的機載無線電導航系統(tǒng)開始工作,對兩個地理位置最好的DME臺(兩個臺與飛機連線之間的夾角大于30度小于150度)進行自動調(diào)諧,計算出距離后與導航數(shù)據(jù)庫里的各臺經(jīng)緯度以及從其它渠道得到的飛行高度等其它信息相結(jié)合,計算出飛機的無線電位置.當DME接收機無法接收到兩個符合條件的地面DME臺信號時,機載無線電導航系統(tǒng)就會選擇同一位置的DME/VOR.在盲降進近期間,用LOC(航向信標)更新使用LOC波束的橫向位置(DME/DME-LOC或VOR/DME-LOC).
全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)是星基導航系統(tǒng)的核心.它主要包括美國國防部掌握的GPS和前蘇聯(lián)從80年代開始建設現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理的GLONASS,以及由西歐歐洲空間局正在建設的NAVSAT系統(tǒng).GPS是目前應用最廣泛的衛(wèi)星導航系統(tǒng),但在航空應用方面卻受到了技術和政策的干擾,在純民用的NAVSAT系統(tǒng)投入使用前,用戶還沒有自主選擇的空間,所以使用的還是INS/GPS 這種組合,這也是現(xiàn)在我們最主要和最常用的導航方式.所以我們平常所說的GPS位置,對飛機而言,其實就是GPIRS,即INS/GPS的混合位置.每一部慣性基準系統(tǒng)都有一個和GPS的混合位置,飛行管理計算機根據(jù)其品質(zhì)等級數(shù)及優(yōu)選性選擇其中的一個.
綜上所述可知,單純的NDB和VOR是不能定位的,那么慣導位置、無線電位置和GPIRS位置哪個才是代表飛機的位置呢?FMC(本文不涉及FMC對飛機其它系統(tǒng)提供其它類型數(shù)據(jù)的作用,單獨考慮其在坐標和位置方面的計算)考慮每個定位設備的精確性和完整性而選擇最精確的位置,從這個意義上來說,飛機的位置,就是FM的位置.假如GPS數(shù)據(jù)有效并且測試合格,那么GPS/INERTIAL為基本的導航方式.否則的話,使用無線電導航臺加慣導或僅用慣導.即FMGS(飛行管理引導系統(tǒng),以A320為例,它包括2個飛行管理引導計算機FMGC、2個多功能控制顯示組件MCDU、1個飛行控制組件FCU和2個飛行增穩(wěn)計算機FAC)使用GPS或當GPS不工作時使用無線電導航臺更新FM位置.優(yōu)先順序為:IRS-GPS、IRS-DME/DME、IRS-VOR/DME、僅用IRS.飛行初始化時,每部FMGC(飛行管理引導計算機,我們通常講的FMC是指它的管理部分而沒有提及其引導部分)顯示一FM位置,這個位置是一個GPIRS;起飛時,FM位置更新為儲存在數(shù)據(jù)庫里的跑道入口位置;飛行中,FM位置向無線電位置或GPS位置接近,其接近率取決于飛機高度.FMGC一直在計算從混合慣導位置到無線電位置或GPS位置的矢量偏差.如果無線電位置或GPS位置可用,每部FMGC不斷更新這個偏差.所以飛機的位置不是單純的慣導位置或無線電位置或GPS位置,這和飛機的導航方式以及飛機所處的不同階段是相關的.當然,所有的位置都是針對WGS-84坐標系而言的,在內(nèi)地使用北京54坐標系時,由于GPS使用的也是WGS-84坐標系,可能還會有所偏差,在這里就不額外表述了.
飛機在空中的飛行位置是怎樣確定的?
飛機在空中的飛行位置是怎樣確定的?
物理人氣:558 ℃時間:2020-03-13 21:08:28
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