航空电子设备 第三章罗盘系统
测量飞机航向的仪表航向仪表及系统
2、磁倾
地磁强度T： 水平分量 H=TCosθ （地磁水平分量的方向线称为
磁经线或磁子午线） 垂直分量 Z=TSinθ 磁倾θ：地磁强度与水平面
的夹角。（磁纬度）
3、磁差
磁差：磁经线偏离真经线 的角度。
正磁差－磁经线北端偏 在真经线北端(简称真 北)以东；
负磁差－磁经线北端偏 在真经线北端以西。
（3）涡动误差
飞机转动时，敏感部分受到罗盘油的阻尼力矩作 用而引起的误差。（最大可达数十度） 措施：飞机改平15～20秒后，判读航向。
（4）转弯误差
飞机转弯时，惯性离心力使罗牌倾斜，从而受地磁 垂直分量作用而产生的误差。
转弯误差特点： a. 在0°磁航向附近，表少指。 (在北半球,下同)
b. 在180°磁航向附近，表多指。
。
四、罗盘系统(Compass System)
(一)概述
1、定义 由两种或两种以上原理不同的罗盘组
成的测量飞机航向的系统，称为罗盘系 统。 2、功用
测量飞机的航向信息，送往RMI和HSI 上进行指示，并送往机上的其它设备。
3、工作方式 DG(FREE)＋MAG(SLAVE)
（二）组成
（二）组成
陀螺半罗盘又称陀螺方向仪，是利用两自由度陀螺的稳定性工作的仪表。用 于测量飞机的转弯角度，经人工校正后可指示飞机航向。陀螺半罗盘没有自动寻 北能力。
陀螺半罗盘上有一调整旋钮，推入并转动调整旋钮可以转动刻度盘。用陀螺 半罗盘指示航向时，可用该旋钮来调整刻度盘的0-180°与经线一致。
陀螺自转轴相对地球经线运动将使陀螺半罗盘指示的航向产生误差，该误差 称为自走误差。误差的大小与纬度、飞机的飞行速度等因素有关。例如:当飞机 所在纬度为30°，飞行速度为1200公里 /小时，航向为90°时，陀螺半罗盘的速 度误差约为6°/小时。因此飞行中每隔一段时间（依飞行手册而定）应参照磁罗 盘对陀螺半罗盘进行校正，以消除这段时间积累起来的自走误差。飞行中校正时， 飞机应处于平直匀速飞行状态，以保证磁罗盘的指示正确。
第三章 陀螺与姿态系统仪表分解
概述
飞机上用的姿态系统仪表，主要是指测量飞
机姿态角和姿态角速度的一些仪表。 飞机上使用的姿态显示仪表主要是指地平仪， 其次是指转弯仪和测滑仪。地平仪能直接显 示出飞机在空中的俯仰角和倾斜角，转弯仪 和测滑仪能帮助飞行员鉴别飞机在空中有无 转弯和测滑现象。
第一节 陀螺原理
始位置时，陀螺自转轴与飞机横轴平行，自 转角速度矢量指向左机翼；内框轴与飞机纵 轴平行，测量轴与飞机立轴平行。
转弯仪的特性:
1.
2. 3. 4.
飞机绕横轴或纵轴转动时，转弯仪不指示； 转弯仪的内框转角公式根据转弯仪安装情 况不同有所差别； 通常转弯仪陀螺自转轴是横向安装的； 转弯仪能够指示飞机无侧滑转弯时的倾斜 角。
一、地平仪的工作原理
（一）地平仪的基本组成环节和姿态角的测
量原理 利用摆和陀螺配合来模拟地垂线（？） 摆式地垂 修正器 三自由 度陀螺 指示部 分
控制机构
姿态角的测量
地平仪采用了摆和陀螺联合工作的方法，即
用摆的位置控制陀螺的自转轴位置。用陀螺 自转轴模拟出地垂线来完成。 当陀螺的自转轴偏离地垂线位置时，产生一 个与摆的偏差，将使修正器产生一信号带动 执行机构使陀螺自转轴进动，直至陀螺垂线 与摆垂线重合。当陀螺自转轴稳定在地垂线 位置时，修正机构不会产生力矩，陀螺不会 受外力矩作用，自转轴稳定不动。
运动不发生在力矩作用的方向，而是发生在
和它垂直的方向； 进动角速度在角动量一定时，对应于一个外 力矩只有一个进动角速度； 当外力矩停止作用时，进动运动立即停止。
图3-1-9 自行车的陀螺效应
二、三自由度陀螺的特性（续）
（三）稳定性与进动性的关系
磁罗盘在航天飞行器中的导航解决方案
磁罗盘在航天飞行器中的导航解决方案导言：随着人类对宇宙的探索不断深入，航天飞行器的导航问题也成为关注的焦点。
在航天器中，位置信息的准确获取对于控制和导航是至关重要的。
目前，除了各种现代导航技术外，磁罗盘作为一种简单而可靠的导航工具，也被应用于航天飞行器中的导航解决方案。
本文将探讨磁罗盘在航天飞行器导航中的应用和相关技术。
一、磁罗盘在航天飞行器导航中的基本原理磁罗盘是一种利用地球的地磁场来确定方向的仪器。
它通过测量地磁场的强度和方向，以确定航天器相对于地球真北方向的角度。
当航天器在地球轨道中运行时，它能够提供方向指示，帮助航天员掌握航向，确保航天器按照预定轨道进行飞行。
磁罗盘常常采用了一种叫做磁致伸缩的材料，当受到外部磁场的影响时，磁罗盘内部的磁体会发生形变，从而使得磁致伸缩材料的尺寸发生变化。
这种变化会导致内部传感器的输出电压发生变化，通过这种变化可以准确测量地磁场的强度和方向。
二、航天飞行器导航中的磁罗盘应用1.方向测量与定位：航天飞行器需要准确测量自身的方向以及相对于目标的位置。
磁罗盘可以通过测量地磁场来提供方位角度的信息，使航天员能够准确掌握航向。
同时，结合其他导航系统（如GPS或星车），磁罗盘可以定位航天器的位置，确保它按照预定轨道飞行。
2.航向控制：磁罗盘在航向控制中起着至关重要的作用。
通过实时检测航向的偏差并通过调整航向控制系统来实时纠正，磁罗盘可以确保航天飞行器按照预定航向进行飞行。
这对于长期飞行任务和航天器的姿态稳定至关重要。
3.跟踪和测量轨道参数：磁罗盘还可以用于跟踪航天器在轨道上的位置，并测量一些关键的轨道参数，如倾角和偏斜角。
这些参数对于任何航天任务的成功实施都是至关重要的。
三、航天飞行器导航中的磁罗盘技术挑战尽管磁罗盘作为一种简单可靠的导航工具被广泛应用于航天飞行器，但在实际应用中仍然面临一些技术挑战。
1.信噪比问题：航天飞行器通常在复杂的电磁环境中工作，这可能会导致磁致伸缩材料受到附加的外界磁场干扰，进而影响磁罗盘的测量精度。
磁罗盘在航天探索中的角色
磁罗盘在航天探索中的角色磁罗盘是一种测量和检测地球上磁场的仪器。
它在航天探索中扮演了至关重要的角色，以帮助航天器、卫星和宇航员确保准确的定位和导航，确保任务的成功进行。
本文将探讨磁罗盘在航天探索中的角色、其工作原理以及其应用领域等方面。
首先，让我们来了解一下磁罗盘的工作原理。
磁罗盘是基于地球的磁场原理设计的，这个原理是指地球拥有一个巨大的磁场，它产生自地球内部的液态铁质外核的运动。
磁罗盘内部包含有一根磁针，它会指向地球上的磁北极。
通过测量磁针的指向，我们可以确定方向，从而确定航天器、卫星或宇航员的位置。
磁罗盘在航天探索中有许多重要的角色。
首先，它是导航系统的核心组成部分。
在航天任务中，定位和导航是至关重要的，特别是对长期太空飞行的航天器或卫星而言。
磁罗盘可以提供准确的方向信息，确保航天器按照既定的航线飞行，避免迷航或偏离预定轨道。
其次，磁罗盘在火星和其他行星探测任务中也发挥着重要的作用。
火星是人类长期太空探索的一个重要目标，磁罗盘被用来帮助火星探测器准确定位和导航。
由于火星没有地球上的常用导航标志物，如山脉或湖泊，探测器需要依靠磁罗盘来辨别方向和位置。
磁罗盘的作用是关键的，它确保了探测器能够在火星上完美执行任务。
此外，磁罗盘还在太空行走和宇航员任务中发挥着重要作用。
在太空行走期间，宇航员需要确保自己的方向和位置，以便定位到航天器并返回。
磁罗盘可以在这种情况下提供可靠的导航和定位支持，帮助宇航员准确返回远离航天器的作业点。
磁罗盘也被广泛应用于地球观测和气象预测领域。
磁场对地球上的气候和气象有着重要的影响，磁罗盘的数据可以帮助科学家们了解磁场与大气层之间的相互作用。
例如，它可以帮助气象学家更好地了解地球磁场扰动对气候的影响，从而提高天气预报的准确性。
总结而言，磁罗盘在航天探索中扮演着至关重要的角色。
它是航天器、卫星和宇航员导航和定位系统的核心组成部分，确保任务能够顺利进行并实现预定的目标。
此外，磁罗盘还在火星和其他行星探测、太空行走、地球观测和气象预测等领域发挥着重要作用。
第3章 经典无线电导航系统(1-3)
e1 = Em cos θ sin ωt
e = E m sin ϕ L sin ω t
e2 = Em sin θ sin ωt H 1 = H cos θ cos ω t
H 2 = H sin θ cos ω t
13
测角器中形成一个合成磁场,测角器的活动线圈(亦 称搜索线圈)，在合成磁场作用下所产生的感应电 势为：
4
发展阶段
（1）20世纪四五十年代采用电子管电路， 对地面无线电台频率采用机械软轴进行调谐， 定向天线为单个的旋转式环形天线，其典型 设备为R5/ARN7； （2）20世纪六七十年代采用晶体管电路， 频率选择采用粗、细同步器调谐，定向天线 采用两个正交的旋转式或固定式环形天线， 如APK—11，WL—7—6A型定向机等 （3）20世纪80年代左右，采用集成电路， 数字选频，采用旋转测角器来代替环形天线 的旋转。
22
极化误差
无线电罗盘工作在中波波段，电离层对电波的吸收 白天比夜间强，因此白天接收机只能收到地波信号。
而在夜晚，电波受电离层的损耗比白天小，由电离层反射 的天波分量加强，所以无线电罗盘可能同时接收到地波与 天波信号，这会形成电波衰落。 另一方面，由于反射的天波将使垂直极化波变为椭圆极化 波，在环形天线的水平部分产生感应电势，不仅会使接收 信号减弱，同时使环形天线的最小接收方向模糊不清，而 造成定向误差，即极化误差。
减小极化误差的根本措施 根本措施就是避免接收天波信号， 根本措施 并在测定方位时注意读取方位角的平均值。
23
3.2 甚高频全向信标系统 甚高频全向信标系统VOR
概述 功能及组成 工作原理
24
3.2.1 概述
甚 高 频 全 向 信 标 系 统 VOR （ VHF Omni Range） 是一种相位式近 directional Range ） 是一种 相位式近 程测角导航系统 导航系统。 程测角导航系统。 可以确定以导航台 导航台所在位置北向为基准 可以确定以导航台所在位置北向为基准 也可以航道方向） 飞机方位。 (也可以航道方向）的飞机方位。 通常与测距器配合使用，不仅用于航路 与测距器配合使用 通常与测距器配合使用，不仅用于航路 导航，而且可用于飞机进场引导。 飞机进场引导 导航，而且可用于飞机进场引导。
adf无线电罗盘原理
adf无线电罗盘原理ADF无线电罗盘原理一、引言ADF（Automatic Direction Finder）是一种利用无线电信号来确定飞机或船只方向的设备。
它是一种基于无线电信号接收和处理的导航设备，可以帮助飞行员或船长在飞行或航行中确定方向，提高导航精度和安全性。
二、无线电信号的接收和处理ADF的原理是通过接收地面无线电信号，利用接收到的信号来确定飞机或船只相对地面发射源的方位角。
具体来说，ADF接收到地面发射源发出的无线电信号后，经过信号放大和处理，将信号转化为方位角度数，然后显示在仪表盘上供飞行员或船长参考。
三、无线电信号的传播和接收无线电信号是通过空中传播的，它是一种电磁波，具有频率和波长。
当地面的无线电发射源发出信号后，信号会沿着地面或大气层传播，到达飞机或船只的接收天线。
接收天线将接收到的信号传输给ADF 设备进行处理。
四、方向的确定ADF设备通过接收到的信号来确定飞机或船只相对地面发射源的方向。
具体来说，ADF设备通过接收到的信号的相位差来计算方位角。
当飞机或船只正对着地面发射源时，两个接收天线接收到的信号相位一致，ADF设备显示的方位角为0度。
当飞机或船只偏离地面发射源时，两个接收天线接收到的信号相位差会发生变化，ADF设备会根据相位差计算出相应的方位角。
五、ADF设备的显示ADF设备通常以仪表盘的形式显示方位角。
仪表盘上有一个指针指示器，指示当前飞机或船只的方向。
指针会根据接收到的信号的相位差来旋转，从而指示出飞机或船只相对地面发射源的方位角。
飞行员或船长可以根据仪表盘上的方位角来判断当前的飞行或航行方向，以便进行导航和控制。
六、ADF的应用ADF广泛应用于航空和航海领域。
在航空领域，ADF是飞机导航系统的重要组成部分之一，可以帮助飞行员确定飞机的方向和位置，提高飞行的精确度和安全性。
在航海领域，ADF可以帮助船长确定船只的方向和位置，辅助航行和导航。
七、总结ADF无线电罗盘是一种基于无线电信号接收和处理的导航设备，可以帮助飞行员或船长确定飞机或船只的方向。
大连海事大学电航仪器教案：第三章第一节
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返回返回返回返回下半球C.方位刻度盘与齿轮：
刻度盘
方位齿轮 方位电机
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四、固定部分（fixed element）：
•组成：贮液缸、罗经桌、平衡环系统、罗经箱。
结束
陀 螺 马 达
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液 体 阻 尼 器
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电 磁 上 托 线 圈
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润 滑 油
返回
• 陀 螺 球
返回
• 灯 型 支 架
电刷 中心导杆 蜘蛛架
•固定部分（Fixed element)
灵敏部分（陀螺球-gyrosphere）：
1.球 壳：
•绝缘硬橡胶
顶电极
• 电 极
底电极
赤道电极 随动电极 •航向刻度
2.球内部件： (点击可看图)
•陀螺马达 •灯型支架 •液体阻尼器
•电磁上托线圈
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三、随动部分：
1.组成： 随动球、中心导杆、蜘蛛架、 汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。 2.作用： 跟踪陀螺球航向，在刻度盘 上指示航向，并给陀螺球供电。
灵敏部分为双转子陀螺球、 采用液浮和辅助支承； 利用陀螺球重心下移产生水 平轴控制力矩； 利用液体阻尼器产生水 平轴阻尼力矩。
三、安许茨4型罗经的整套设备组成：
第二节 安许茨4型罗经主罗经结构
主罗经组成： •灵敏部分（Sensitive element)
•随动部分（Follow-up element)
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A.随动球：(out-sphere)
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B.中心导杆和蜘蛛架： （net of outer sphere and spider legs）
电刷 中心导杆 蜘蛛架
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机载无线电罗盘定向原理研究
科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界无线电罗盘是利用无线电技术进行定向的导航设备。
它可以根据地面导航台发射的无线电波的来向,自动地测出电台相对方位角。
飞行员可借助于航向指示器所指示的电台相对方位角,飞越战区或返回基地,所以罗盘对保障作战训练、飞行安全起着重要的作用。
1功用无线电罗盘的主要功用是自动定向。
它是利用罗盘天线接收地面导航台(无线电台)发射的无线电波,使测角系统的搜索线圈自动跟踪电波来向,因而能连续地测出从飞机纵轴顺时针到电波来向的角度,并由航向指示器指示出这个角度———电台相对方位角(DXF)。
飞行员根据此方位角,就可以驾驶飞机向导航台飞行或背导航台飞行;可以测定飞机所在位置:在能见度不好时,还可以与无线电高度表、信标接收机等配合,进行仪表着陆等。
2罗盘定向基本原理2.1环形天线的方向性环形天线是一种常用的方向性天线,它是一个多匝线圈,并绕在由高频导磁材料制成的矩形铁心上,其电波传播与环形天线的关系如图1所示。
图1电波与环形天线的关系图2环形天线方向图当电波通过环形天线时,环形天线产生的感应电势为:e B =e p =E pm cos θcos ωt (1)式中,E pm 为环形天线感应电势的振幅,其表达式为:E pm =N 2πλSE 0(2)式中,N 为环形天线的匝数,λ为无线电波的波长,S 为环形天线的闭合面积,θ为环形天线平面与电波传播方向的夹角。
由公式(1)和(2)可知,环形天线的感应电势有如下几个特点:第一,环形天线感应电势和电波场强的相位相差90°。
第二,环形天线的感应电势的大小和电波在水平平面上的来向有关,当θ为90°或270°时,cos θ=0,环形天线的感应电势为零;当θ为0°或180°时,cos θ=±1,环形天线的感应电势绝对值最大;当电波的来向相反时,环形天线感应电势的相位也正好相差180°。
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RMI
二、组成及各部分介绍
(二)各部分介绍 1、磁传感器 2、方位陀螺 3、控制板 4、指示器 (1) RMI (2) HSI
HSI
二、组成及各部分介绍
5、转换电门
二、组成及各部分介绍
二、组成及各部分介绍
二、组成及各部分介绍
二、组成及各部分介绍
5、转换电门 NORM位： DG1向1＃HSI、2＃RMI送信号 DG2向2＃HSI、1＃RMI送信号 BOTH ON 1位： DG1向1、2＃HSI和RMI送信号 BOTH ON 2位： DG2向1、2＃EHSI和RMI送信号
(二)各部分介绍 1、磁传感器
磁传感器
二、组成及各部分介绍
(二)各部分介绍 1、磁传感器 2、方位陀螺
方位陀螺
二、组成及各部分介绍
(二)各部分介绍 1、磁传感器 2、方位陀螺 3、控制板
控制板
二、组成及各部分介绍
(二)各部分介绍 1、磁传感器 2、方位陀螺 3、控制板 4、指示器 (1) RMI
一、概述
(三)分类
一、概述
一、概述
(三)分类 两种工作方式：DG(FREE)＋MAG(SLAVE)
三种工作方式：DG＋MAG＋天文罗盘
一、概述
(四)信号分配
二、组成及各部分介绍
(一)组成
二、组成及各部分介绍
(一)组成 1、磁传感器 2、方位陀螺 3、控制板 4、指示器
二、组成及各部分介绍
6、若两套罗盘系统均失效，使用磁罗盘。
四、使用特点
五、航向测量 1、测磁航向 方式电门置于MAG位。 2、指示真航向 方式电门置于天文罗盘位。 或方式电门先置于MAG位，然后置于 DG位，修正磁差。 3、指示大圆航向
小结
1、由两种或两种以上原理不同的罗盘组成的测量 飞机航向的系统，称为罗盘系统。
2、工作方式有MAG（SLAVE）和DG（FREE）两种。 3、罗盘系统测得的航向信号送给HSI和RMI上进行
指示。 4、可以用罗盘系统测量飞机的真航向、磁航向、
大圆航向。
小结
5、飞行中指示器上出现HDG或COMPASS警告 旗，说明对应的罗盘系统失效。
6、若两套罗盘系统都失效，使用磁罗盘。
复习思考题
第三章 罗盘系统 COMPASS SYSTEM
内容
一、概述 二、组成及各部分介绍 三、原一、概述
(一)定义 由两种或两种以上原理不同的罗盘组
成的测量飞机航向的系统，称为罗盘系 统。
一、概述
(二)功用 将航向信息送往RMI和HSI进行指示。 将航向信息送往机上的其它设备。如AP、 FD等 。
三、原理
四、使用特点
1、通电前，HDG或COMPASS警告旗出现。 2、通电后，当警告旗收上时，指示器指示
正确航向。 3、飞行中，转换电门常至于NORMAL位。
四、使用特点
4、若1＃罗盘系统失效后，应将转换电门置 于BOTH ON 2位。
5、若2＃罗盘系统失效后，应将转换电门置 于BOTH ON 1位。