《地球知识新》PPT课件

§1.1地球知识
一、地球的形状和大小
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大地坐标系的建立
1954年北京大地坐标
2克45拉km索b夫=62斯03基56世椭.8球6纪3体7、0年北京代原早点期,a=,6EU37R8O.CONTROL 1980年国家在大建地设坐标马系斯（特西安里坐希标特系）高空管制中心，从
物理比联合利会时推、荐的德参国数和、西荷安兰原的点（多泾雷达信号经过处理 阳县永后乐，镇雷）a达=63的78轨. 1迹40k显m 示b=出635现6.了差异，经调查是 755km不兼容坐标系统所致。
地标领航 （Piloting Navigation） 火堆、旗语、地标 要求：要求目视条件好（VIS，Ceiling），飞行前做好充分准备 局限性：严重依赖地理环境、天气状况，飞行时空小
推测（罗盘）领航(DeadReckonging Navigation)
指南针；计里鼓；14世纪的磁罗盘 1906年前后德国.安休兹博士陀螺罗盘 1909年，俄国什瓦斯基 偏流公式 1910年航空地图
——航线角和航线距离
1、航线角
(1)范围：0～360° (2)种类：
真航线角(TC) 磁航线角(MC) (3)MC=TC-(±MV)
2、航线距离
单位：公里(KM)、海里(NM)、英里（SM） 1NM＝1.852KM=1.15SM
航线角：从航线起点的经线北端顺时针 量到航线(航段)去向的角度。
MC＝TC－MV
（三）地磁力：地球磁场对磁体的作用力 （四）地磁要素的变化
1、世纪变化和磁差年变率 2、周年变化和周日变化
§1.1地球知识
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四、航线
§1.1地球知识
(一)定义：
飞机从地球表面一点到另一点的预定的航 行路线叫航线。
(二)航线构成：起点、转弯点、终点
1、目视航线 2、仪表航线
航线
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(三)航线的两个要素§1.1地球知识
1973年，美国，GPS
1978年，前苏联GLONASS
欧洲空间局1999年初正式推出Galileo导航卫星系统计 划，预计于2008年建成，2010年全面投入民用。
区域导航
惯性导航、卫星导航以及飞行管理计算机系统的不 断发展，使得导航手段发生了根本的变化。
飞机无需局限于地面导航设施形成的航线逐台飞行， 而是根据飞行管理计算机系统管理来自惯性导航系 统、卫星导航系统、或地面导航设施的导航信息，
扁率f 1:334.0 1:299.152 812 8 1:293.459 1:297.0 1:298.3 1:298.257
1:298.257 223 563
附注
法国
德国
英国
美国
前苏联
IUGG第17届大会推荐 值
美国国防部制图局 （DMA）
大地坐标系的建立
世界大地测量坐标系WGS－84（美国国防部制定）
③现代导航方法。卫星导航系统、惯性导航系统和飞行管理系统的基本 原理，区域导航的实施程序和方法。
④领航准备和空中实施。综合利用各种领航设备、进行领航准备和空中 实施的程序和方法。
领航发展史
据说大约在公元前2600年，黄帝部落与蚩尤部落曾经在涿 鹿发生大战，由于有指南车的指引，黄帝的军队在大风雨 中仍能辨别方向，因此取得了战争的胜利。
2、等角航线
以通过两航路点间的等角线作为航线的就叫等角航线。
3、大圆航线和等角航线的应用
大圆航线与等角航线对比
大圆航线距离最短，但飞行过程中需要借助罗盘不断改变航线角飞行；等角 航线距离较大圆航线长，但飞行过程中不需改变航线角，操作方便。
远程飞行中，通常将大圆航线根据实际情况分成几个航段，每一航段按等角 航线飞行，这样既可以减少不必要的麻烦，同时也能得到较好的经济效益。
a=6378.137km b=6356.752km
推广WGS-84坐标系的重要意义： RNAV 导航台地理位置精度要求 主要机载导航设备均是基于WGS-84坐标系开发的 全球定位系统GPS的卫星星历数据和定位解都是以1984年建立的世 界大地测量坐标系WGS－84作为坐标框架，目前已被普遍采用于工 程测量和导航定位。
椭球名称
年代
德兰布尔
1800
白塞尔
1841
克拉克
1880
海福特
1909
克拉索夫斯基
1940
1980年大地测量参考系统 1979
WGS-84系统
1984
长半轴a/m 6 375 653 6 377 397.155 6 378 249 6 378 388 6 378 245 6 378 140
6 378 137
§1.1地球知识
（一）磁差
1、真经线:指向地理南北的方向线 2、磁经线：自由磁针所指的南北方向线
3、磁差：磁经线北端偏离真经线北端的角度，叫 磁差或磁偏角。偏东为正，偏西为负。 4、磁差的表示：MV-2°； VAR2°W
5、等磁差曲线
地 磁 北 极
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（二）磁倾：磁针的轴线与水平面的夹角
范围：0°～90°
飞机早上6点从乌鲁木齐起飞，目的地北京，则飞机在飞行 过程中______（相遇、追赶）_____（晨线、昏线）
二.地理坐标
§1.1地球知识
(一)纬度
1、赤道----赤道平面
Ecuador “经度78度27分8秒”“纬度0度0分0 秒”
纬圈----纬线(表示某地点的东
西方向)
2、纬度：该纬线上任意一点与
距离单位换算
公里 60
海里
32
英里
37
330
145
180
78
206
90
航线角换算
TC
90° 120 ° 60 ° 300 °
MV －2 ° ＋4 ° -4°
92 ° 116
MC
°
64
°
－20
° 结束
320
§1.1地球知识
(四)大圆航线和等角航线
1、大圆航线
以通过两航路点间的大圆圈线作为航线的叫大圆航线。
现在大中型飞机上的导航设备都使用大圆航线，而小型飞机（如Y－5,TB等） 受导航设备限制只能使用等角航线。
cotTC cos1 tan2 csc(2 1) sin 1 cot(2 1)
cos
Dwenku.baidu.com60
sin 1
sin 2
cos1
cos2
cos(2
1 )
11为起点的地理坐标
22终点的地理坐标
利用地标、结合罗盘及其他基本航行仪 表，对照航图，根据飞机当前位置，推 测飞机未来位置的领航方法。
飞行时空进一步扩大，但依然受到地理 环境、天气状况、基本领航仪表精度及 功能的限制。
无线电领航（Radio Navigation)
根据无线电的传播特性，利用无线电领航设备进行 定向、测距、定位，引导飞机飞行。
3、经度表示
(1)λE116°19′ (2) 116°19′E (3) E116°19′ (4)LONG E
116°19′
(三)地理位置与地理坐标的对应
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大致在什么纬度上，飞机可以始终追及晨昏线？
三、地球磁场
地球磁场（Geomagnetic Field） 磁北极(74.9ºN,101ºW) 磁南极 (67.1ºS,142.7ºE) 地球磁极由东向西有规 律的缓慢的移动。 地磁场三要素： 磁差（VAR/MV— Magnetic Variation） 磁倾（Magnetic Dip）（磁力线切线 同水平面的夹角） 地磁力（地球磁场 对磁体的作用力）
编排更加灵活的短捷的希望航线，计算飞机的航线 偏离信息，并通过与自动驾驶耦合，实现自动驾驶， 引导飞机沿着最佳的飞行路径飞行，从实践和设备
上摆脱了地面导航设施的束缚，这种实施导航的方 法称之为区域导航（RNAV：Area Navigation）
第一篇 领航基础
第一章 地球及地图
本章主要内容
§1.1地球知识 §1.2常用的航空地图 §1.3基本地图作业
以当地经线正背太阳为零点，正对太阳为12点所确定的时 刻
精度高；定位时间短，可以连续、适时的定位；能 够在昼夜、复杂气象条件或缺少地标的条件现使用， 大大扩大了飞行时空。
局限性：地面限制、电磁干扰
20世纪20年代出现，二战时期得到迅猛反展
测向系统：ADF、VOR、 ILS、 MLS（方位角、仰角、距离） 测距系统：DME 测向测距系统：VOR/DME， TACAN 测高系统：RA 测距差系统： OMEGA、LORAN
二、时间与经度
24h 1h 4min 1min 4sec 1sec
360 ° 15 ° 1 ° 15 ´ 1 ´ 15 ´ ´
• 地方时 Local time
世界各地的人都习惯于把太阳处于正南方（即太阳上中天） 的时刻定为中午12点，但此时正好背对着太阳的另一地点 （在地球的另一侧），其时刻必然应当是午夜0点。如果 整个世界统一使用一个时刻，则只能满足在同一条经线上 的某几个地点的生活习惯。所以，整个世界的时刻不可能 完全统一。这种在地球上某个特定地点，根据太阳的具体 位置所确定的时刻，称为“地方时”。所以，真太阳时又 叫做“地方真太阳时”（地方真时），平太阳时又叫做 “地方平太阳时”（地方平时）。地方真时和地方平时都 属于地方时。
地心的连线同赤道平面的夹角，叫该 地点的纬度。
3、纬度表示方法
(1)φN39°57 (2) 39°57′N (3) N39°57(4)LAT
N39°57′
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（二）经度
§1.1地球知识
1、经圈、经线、起始经线 2、经度
某条经线的经度，就是该地方经线平面和其始 经线平面的夹角，叫该地方的经度。
惯性导航INS（Inertial Navigation）
利用惯性元件测量飞机相对于惯性空 间的加速度，在给定的初始条件下， 利用导航计算机的积分运算，确定飞 机的姿态、位置、速度，引导飞机飞 行。
完全自主导航；不受气象条件和地面 导航设施限制，隐蔽性好；系统校准 后短时定位精度高。
定位误差随时间而不断积累，存在积 累误差；成本高。
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D：NM
tan TC
ln
(2
tan(45
1 ) 2
/
2)
D 60(2 1) secTC (2 1) cos均 secTC
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第二节 时间与时刻
一、时间与时刻定义 时刻：航空把事件发生的瞬间成为时刻。 起飞时刻、落地时刻、预计到达下一定位点、报告点、检查点的 时刻、航班时刻表 时间：两时刻之间的间隔成为时间 飞行实耗时间、续航时间
1989 年3 月3 日，第十三届国际 民航组织理事会126 次会议，批准 了新航行系统小组第4 次会议关 于采用世界地理坐标系（ WGS－84） 为国际民用航空未来导航标准坐标 系的建议。
地球运动
地球自转 昼夜变化改变地球表面的气压、气温、能见度，从而改变飞行时空条件 和领航参数 晨昏线、晨线、昏线 晨昏线：白昼与黑夜在地球表面形成的交界线。 晨线：沿着地球自转方向，由黑夜进入白昼所经过的晨昏线 昏线：沿着地球自转方向，由黑夜进入白昼所经过的晨昏线 晨昏线自东向西移动
NM NT
△M TC
MC
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等磁差曲线
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磁差的计算：
计算公式：MV2＝MV1＋(Y2-Y1) ×年变率 试计算重庆地区今年磁差：1960年磁差为
﹣1.5°,年变率为-0.8′。 MV(2008)=﹣1.5°+(2008-1960) ×(﹣0.8′) ≈﹣2°
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课堂练习
§1.1地球知识
卫星导航
通过测量飞机与导航卫星的相关位置来解算领 航参数
1957年10月，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星。
1964年1月，美国海军成功研制出海军卫星导航系统－ “子午仪（Transit）卫星导航系统”，主要用于核潜 艇的导航定位，1967年7月，部分导航电文解密，供民 间商业应用，为远洋船舶导航和海上定位服务。
空中领航
领航学概念
使用飞机领航系统，引导飞机沿预定航线从地球表面的一点准确、准时、 安全地 飞至地球表面另一点的一门应用科学。
解决问题：确定飞机的位置、航向、飞行时间
领航学研究的基本内容
①领航基础知识。地球、航图相关知识；基本领航元素的测算方法；飞 机在风中的航行规律。
②基本领航方法。地标领航、推测（罗盘）领航和无线电领航的基本方 法；仪表进近的飞行程序和方法，仪表着陆系统实施进近的方法。
天文导航（Celestial Navigation)
利用天文罗盘、六分仪等，根据日月星辰的位 置关系测定飞机的位置和航向
郑和：“过洋牵星图” ，“惟观日月升坠，以辨东
西，星斗高低、度量远近” 。
优点
自主导航，隐蔽性好 抗干扰能力强 不受地域空域限制 设备简单，造价低
缺点
对民用航空而言，容易受到天气的影响