航迹导航系统介绍

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导航概述

根据作用距离的不同：近程、远程、超远程、全球定位
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
无线电导航测角系统
振幅式导航系统：利用无线电波直线传播的特性，将运载体上的环形方向性天线转到使接收的信号幅值为最小的位置，从而测出电台航向。
相位式导航系统：利用地面导航台发射迅速旋转的方向图，根据运载体不同位置接收到的无线电信号的不同相位来判定地面导航台相对飞机的方位角。
利用等高度圆和等方位线确定位置
测绘与国土信息工程系
双星定位方法
只要用六分仪（一种光学仪器）测得某恒星的高度角，再根据天文年历及时钟查出该时刻恒星星下点的位置，就能在地图上作出一个等高圆。用同样的方法观测另外一颗恒星可得到第二个等高圆。两个圆有两个交点，一个是舰船的真实位置，另一个是虚假位置。根据舰船在测量时刻以前的航迹或借助第三个等高圆，就可排除虚假位置，确定真实位置。
陆标导航技术
(l) 一标方位距离法：根据测定的至一个岸标的距离和方位来确定船位,如用雷达测距离,用方位分罗经测岸标方位。过岸标的等方位线与以岸标为圆心的等距离线(圆)的交点就是船位, 见图(a)。 (2) 二标方位法：根据测定出的至两个岸标的方位确定船位。过两个岸标的两条等方位线的交点即为船位,见图(b)。
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
台站识别方面：不同台站采用不同的频率、时间和编码来相互区分。如：频分制应用于台卡和塔康等导航系统；时分制应用于微波着陆系统；码分制应用于卫星导航系统，奥米伽导航系统混合应用时分－频分制，用多频进行巷识别，用时间区分台站。
测绘与国土信息工程系
地面无线电导航技术
测绘与国土信息工程系
导航设备的工作状态

飞机导航基础知识

飞机导航基础知识7.1航向即飞机机头的方向（航向角是由飞机所在位置的经线北端顺时针测量到航向线的角度）；航向角的大小由飞机纵轴的水平投影线与地平面上某一基准线之间的夹角来度量。

【基准线：为真子午线（地理经线）的叫真航向；基准线：为磁子午线（地理磁线）的叫磁航向；基准线：为真子午线（地理磁场与金属机体磁场的合成磁场的水平分量）的叫罗航向】7.2方位角以经线北端为基准，顺时针转到水平面上某方向线的夹角。

分为电台方位角、飞机磁方位角、相对方位角7.3航迹与航迹角飞机重心在地面投影点移动的轨迹，叫航迹。

以飞机经线北端顺时针转至航迹的角度饺子航迹角。

7.4偏流角当有侧风时，飞机的实际航迹就会与飞机的航向不一致；航向线与航迹线之间的夹角称为偏流角；航迹线偏向航向的右侧叫正偏流角，反之为负偏流角。

7.5偏航距离从飞机实际位置到飞机航段两个航路点连线间的垂直距离。

7.6地速飞机在地面投影点移动的速度，即飞机相对于地面的水平移动速度。

7.7空速飞机相对于周围空气的运动速度。

7.8风速与风向指飞机当前位置处于相对地面的大气运动速度和方向；空速、地速与风速三者之间的关系：地速（Sg）=空速（Sa）+风速（Sw）7.9航路点飞机的飞行目的地、航路上可用于改变航向、高度、速度等或向空中交通管制中心报告的明显位置，叫做航路点。

7.10侧滑角飞机所在位置的空速于飞机纵轴平面的夹角无线电导航与导航参量无线电导航的实现----接收和处理无线电信号：导航台位置精确已知接收并测量无线电信号的电参量电参量与导航参量的对应关系---根据有关的电波传播特性，电参量转换成导航需要的、接收点相对于该导航台坐标的导航参量。

导航参量—表示飞机位置与基准点（一般为导航台）之间关系的一些参数。

典型导航参数：位置、高度、方向、距离、距离差等位置线的定义在无线电导航中，通过无线电导航系统测得的电信号中的某一电参量（如幅度、频率、相位及时间延迟等），可获得相应的导航参量，对接收点而言，某导航参量（如方向、高度、距离、距离差等）为定值的点的轨迹线叫做位置线。

区域导航：在飞行航线上有若干航路点，在航路点安装各种导航设备用以引导飞机沿航路点飞行；但随飞行航线的不断增加使航路点增多，但有的地区航路点的地域环境不适合安装地面导航设备，而适合安装地面导航设备的地点又不在航路点上。

为此，采用航路点以外的导航设备，实现在该区域内引导飞机沿航路点飞行，即为区域导航。

2、航向分类基准线真子午线：真航向，基准线磁子午线：磁航向，基准线罗子午线：罗航向。

以三自由度陀螺罗盘的自转轴的水平位置为基准线：陀螺航向，飞机沿大圆航线飞行的航向：大圆航向。

3、方位角、相对方位角、相对方位角；方位角与航向角的关系：电台方位角 =飞机方位角+180O =相对方位角+飞机航向角4、地速、空速及风速间的关系地速：飞机在地面投影点移动的速度，即飞机相对于地面的水平运动速度。

空速：飞机相对于周围空气的运动速度。

风速：飞机当前位置处相对地面的大气运动速度。

地速=空速+风速5、位置线分类；定位方法；无线电导航系统的分类（位置线分类、他备式和自主式）位置线：直线，圆，双曲线定位方法：ρ—θ定位，θ—θ定位，ρ—ρ定位，双曲线定位分类：位置线分类：直线位置线系统，圆位置线系统，双曲线位置线系统，混合位置线系统。

系统中机载设备的独立程度分类：他备式导航系统，自主式导航系统6、ADF系统功用；导航台的识别信号发射方式；ADF的天线特点；ADF的定向误差分类及产生原因功用：测量飞机纵轴方向到地面导航台的相对方位角；利用ADF测出的相对方位角的变化判断飞机飞越导航台的时间；当飞机飞越导航台后，可利用ADF的方位指示保持飞机沿预定航线背台飞行。

惯导与GPS第1章导航概述

1.2.7 地形辅助导航
在某些特殊环境与条件下（对无线电波干扰严重的情况，如：人为干扰、山区），
基于无线电信号的导航系统易受人为或自然干扰的影响，导致导航系统精度明显降低。
因此，地形辅助/视觉导航系统应运而生，并日益受到重视与应用。
1.2.7 地形辅助导航系统通过高度/图像（视觉）传感器获得所在区域的相对高度和图像信息
导航：获得目的地的当前相对位置。制导：决定如何到达目的地。
导航：你目前的方位（包括三个位置参数和三个姿态参数）。制导：要达到目的地，你应该怎么走。
导航：给人指路。制导：给人带路。
1.1.5 导航系统发展趋势
现代运载体的导航特点（5点）：高精度（精确打击）长时间（连续巡航、巡逻）远程（客机跨洋飞行、导弹与轰炸机洲际攻击）高可靠性航行控制系统与导航系统的组合
欧洲改进，发展出具有固定支点的磁针，即‘旱罗盘’；
18世纪末，‘液体磁罗经’出现，其罗盘悬浮于盛满液体的罗盘中，因液体的浮力作用，罗盘支撑轴针与轴承间的摩擦力大大减小，提高了系统的灵敏度和稳定度。
早期的地标导航：利用在地图或海图上已标明位置的地物、地标，在载体上用光学等方法，用测向或测距法定出载体的球运行的人造地球卫星，
向地球表面发射经过编码和调制的无线电信号（编码中：载有卫星信号的时间和星座中各个卫星在空间的位置、姿态等信息）。
安装在载体上的卫星导航接收机接收卫星信号，并计算出自身的位置、速度等导航信息。
卫星导航的发展以美国和俄罗斯/前苏联为主导，欧洲和中国于最近十余年才开始建立自己的卫星导航系统。
制导是一个与导航紧密相关的概念，用于导弹、制导炸弹/炮弹、鱼雷等武器。
制导：自动控制和导引载体按预定航迹准确到达目标的过程。包括：应用导航的测量值和自动控制的全部闭环过程。

空运飞行员的飞行器通信导航系统操作

空运飞行员的飞行器通信导航系统操作飞行器通信导航系统是空运飞行员在操控飞行器过程中不可或缺的工具。

这一系统涵盖了飞行器的通讯设备以及导航仪器，为飞行员提供了重要的飞行信息和导航支持。

本文将介绍空运飞行员在飞行器通信导航系统操作方面的重要性及相关技巧。

一、飞行器通信系统的操作飞行器的通信系统是与地面和其他飞行员进行沟通的关键工具。

它包括无线电通信设备、语音通信系统以及数据传输设备。

空运飞行员需要熟悉通信系统的操作，并确保与地面的通信畅通无阻。

1. 使用无线电通信设备空运飞行员在飞行过程中需要通过无线电通信设备与地面的航管人员、机场控制塔台以及其他飞行员进行交流。

在操作无线电通信设备时，飞行员需要掌握正确的呼号、频率和通信流程。

此外，应还注意语音的清晰、准确和专业，以保证通信的高效进行。

2. 了解语音通信系统语音通信系统是飞行员与飞机乘务员之间进行沟通的重要工具。

在操作语音通信系统时，飞行员需要熟悉系统的按键和功能，并确保语音传输的质量。

此外，飞行员还应养成与乘务员进行清晰、简明的沟通的习惯，以确保飞行安全和乘客的舒适度。

3. 数据传输设备的操作数据传输设备在飞行员之间传递重要飞行信息的过程中起到了不可或缺的作用。

作为空运飞行员，掌握数据传输设备的操作方法十分重要。

在操作过程中，飞行员需要熟悉系统的菜单、选项和功能，并确保数据传输的准确性和及时性。

二、飞行器导航系统的操作飞行器导航系统是飞行员在航行过程中的眼睛和大脑，它提供了准确的位置信息和导航支持，帮助飞行员安全地引导飞机飞行。

1. 熟悉导航仪器空运飞行员需要熟悉常见的导航仪器，例如关键仪表、全球定位系统（GPS）和罗盘等。

他们需要掌握这些仪器的操作方法，并能够根据仪器提供的信息进行航向和位置调整。

此外，飞行员还应了解导航卡制作与使用，以确保航行路径的准确性和安全性。

2. 识别导航标识与助航设施在航行过程中，飞行员需要准确识别导航标识与助航设施，并根据其提供的信息进行航向调整。

第六章GNSS导航

GPS/惯性综合导航惯性综合导航
•
GPS全球定位系统是一种高精度的全球三维实时导航系统，其导航定位的全球性和高精度，使之成为一种先进的导航设备。但是GPS全球定位系统也存在着一些不足之处，主要是：卫星星座对地球覆盖不完善，特别在中纬度地区，存在着所谓“间隔区”。另外，GPS接收机的工作受飞行器机动的影响，当飞行器的机动超过GPS接收机的动态范围时，接收机会失锁，从而不能工作，或者动态误差太大，超过允许值，不能使用。当用在无人驾驶的飞行器上时，由于GPS接收机数据更新频率低（一般每秒一次），因而难以满足实时控制的要求。由于上述不足，因此，目前GPS全球定位系统在高可靠性的领域，还只能作为一种辅助导航设备，而不能作为唯一的导航设备使用。
•
基本概念
• 利用制导参数，可以计算出航行体的操纵指令，再通过控制系统，可实现航行的自动化。按给定航行计划航行，常因自然条件和任务的改变而不可能实现。随着科学技术的发展，20 世纪80年代民用飞机以经济、准时、安全为目的，发展飞机管理系统；军用飞机以完成军事任务为目的，发展了飞机综合控制系统；公路交通以经济、快速为目的，发展了智能交通管理系统。这些系统都能在任务和地理、交通、气象情况改变的条件下自动计算出最优的前进路径，并将控制系统和导航系统组合在一起，完成航行任务。这种系统对导航系统的准确性和可靠性提出了更高的要求，促使导航系统向综合化和容错化发展。
第三节、GPS测速、测时、测姿态
• 1、 GPS测速 • 利用GPS信号测得运动载体的运动速度，叫做GPS测速。尽管载体的运动速度各不一样，且不是匀速运动，但是，只要在这些运动载体上安设GPS信号接收机，就可以在进行动态定位的同时，实时地测得它们的运行速度。利用GPS信号进行速度测量，是基于站星距离的测量。

A320机型第34章导航系统

34章重点1.在PFD上能看见高度、姿态、垂直速度、飞行速度、FMA(飞行方式指引)、航向；PFD上不能看见时间信息。

2.无线电导航系统的调谐方式有3种，分别为：自动调谐方式（FMGC）、人工调谐方式（MCDU）、备用调谐方式（RMP）3.两个FMGC都故障，导航台调节由RMP（备用方式）控制。

机长用RMP控制本侧导航，F/O一侧用RMP2控制。

4.DDRMI由ADIRU 1和ADIRU 3提供导航的显示数据信号，正常由1供，A TT切换电门可以切换到3号供。

5.导航系统中显示磁航向的仪表是：PFD、ND、备用罗盘（ISIS）6.备用高度表在高度低于1万时，左边鼓轮显示：黑色白色条纹。

7.无线电调谐的时候，FMGC 1坏了，FMGC2可自动调谐所有的导航收发机的频率。

MCDU可以人工调谐所有导航接收机频率。

FMGC1坏了，本身使用的A口就不能用了，可以通过RMP的A/B切换电门切换到B口，由FMGC2直接调谐。

（P68）正常情况下，本侧RMP只能调谐本侧。

7.导航系统中有故障旗的系统是：备用地平仪。

8.ND显示正确的是：ADF的系统不在计划方式显示，ROSE有ILS,VOR,NA V三种方式。

10.PLAN方式以磁北方向为参考基准。

11.什么时候热电瓶汇流条给ISIS供电？计算空速>50节，且DC ESS BUS失效的时候。

12.ISIS的空速数据来自于ADIRU 1和3，ISIS的ILS数据来自于MMR1。

13.ISIS在地面，同时按压BUGS和LS 2秒可以进入维护模式14.白色校准灯闪烁表示：校准出现问题，如校准时移动，未输入经纬度等。

15.惯导ADM，有3个全压（空速管3个），5个静压（静压口6个，两个备用的用1个ADM）16.惯导2失效，A TC 2的气压高度数据来自于：ADIRU 3（将大气数据电门切换到F/O3，当源有问题的时候，只能人工切换，不能自动切换）17.SD上的总温信息来自ADIRU1或者3。

空中导航-无线电领航系统

RB
❖ VOR（Very High Frequency Omni directional
Range):
地面无线电台在360度范围内向外发射具有方向性的电磁波信号，机载接收设备利用接收到的电磁波信号确定飞机方位角（位于该VOR台的哪条径向线上）。
❖ 测距系统
DME（Distance Measuring Equipment)，通过无线电磁波测量飞机与地面DME台之间的距离
一种近程极坐标式无线电导航系统。它由机上发射与接收设备、显示器和地面台组成。这种系统是1952年研制成功的，它的作用距离为400～500公里，能同时测定地面台相对飞机的方位角和距离，测向原理与伏尔导航系统相似，测距原理与测距器相同，工作频段为 962～1213兆赫。
塔康系统属于军用设备，但它的测距部分可作为民用测距器，因而有时将塔康和伏尔系统装在一起，组成伏尔塔克导航系统。军用飞机由塔康系统获得距离、方位信号，民用机则由伏尔系统获得方位信号，由塔康系统获得距离信号（见无线电导航、伏尔导航系统）。
第七章无线电领航系统
Radio Navigation
§1 概述
❖ 条件：IMCIFR
云中、云上、夜间飞行能见度差缺乏地标(沙漠、草原、海洋、
连绵起伏的山脉）
高空航路飞行
❖ 定义
利用机载无线电导航设备接收和处理无线电波，获取导航参数，确定飞机位置，引导飞机航行的领航方法。
❖ 常用无线电导航系统
塔康系统采用了多瓣技术（见飞行器天线），在系统中有精测通道，故测向精度比伏尔导航系统高。这个系统是点源系统，地面台可机动转移，在复杂地形和战时布台很方便，所以称为“战术空中导航系统”。
1.无线电领航基本原理

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航迹导航系统介绍
姚明捷
【摘要】介绍航迹导航系统的规范要求、功能优点、性能及检验标准、分类及特点;说明常用厂家配置情况;以入级NK的船为例说明航迹导航系统的实船试验的要求,展望航迹导航系统今后的应用趋势.
【期刊名称】《船海工程》
【年(卷),期】2012(041)003
【总页数】3页(P24-26)
【关键词】航迹导航;自动;艏向控制;电子海图
【作者】姚明捷
【作者单位】南通中远川崎船舶工程有限公司,江苏南通226005
【正文语种】中文
【中图分类】U664.82
随着航运事业的飞速发展，船舶自动化程度的不断提高，如何高效的操船，如何减轻船员的负担，如何减少人为操作失误导致的事故等，越来越多的受到业界和船东的关注。

航迹导航系统(track control system，TCS)越来越多地受到船东的青睐。

1 规范要求及配置现状
在国际海事组织下属的海上安全委员会(海安会)第73界会议上，通过了
MSC.99(73)决议，对SOLAS进行了修正。

修正后的SOLAS第5章第19条
2.8.2要求，1万总t以上的船需要配置1套艏向或航迹控制系统，或其它装置，
用于自动控制和保持艏向和/或直航迹。

船厂设计标准，仅要求配置艏向控制系统(heading control system,HCS)，船上
都通过自动舵来实现该功能。

但近来越来越多的船东为减轻船员负担、提高船舶自动航行功能，会要求船厂在配置HCS的基础上增加航迹控制系统(TCS)。

要实现TCS功能，船上除了自动舵等SOLAS必须配置的导航设备外，还必须加
装非SOLAS强制要求安装的电子海图(ECDIS)。

配置了TCS功能后，一般在大洋上的开阔水域，船员可以在ECDIS上设置航迹点，通过ECDIS接收到的艏向、船位、船速、风速风向等信号，得出目前航迹和预设航迹之间的偏差，在ECDIS内
部进行计算，然后由ECDIS向自动舵(即艏向控制系统)发出调整艏向的信号，控
制船舶在各航迹点之间的自动航行。

可以看出，TCS功能可以有效减轻船员负担，不用安排船员持续控制自动舵，实现了自动调整航向保证航迹的功能，有效提高船舶航行的自动化程度。

国际海事组织下属的海上安全委员会(海安会)第69界会议通过了决议
MSC.74(69)，其中附件2是航迹控制系统性能标准建议案，明确了航迹控制系统(TCS)的具体要达到的性能标准。

与之配套的，IEC颁布了IEC 62065：2002航迹控制系统的检验标准。

2 具体分类及特点
2.1 具体分类
在TCS检验标准中，对航迹控制系统分为三类：Category A、Category B、Category C。

1)Category A。

仅实现两个航迹点间及多个处于同一条直线上的航迹点之间的航
迹导航，简言之就是只实现直线上的导航，理论航线就是一条直线，不存在拐点，在航线上会对船舶偏移预计航线距离进行监测，如超出，会发出警报，如需转向，
必须切换到手动操舵或HCS，具体见图1。

图1 TCS Category A航迹示意
2)Category B。

在完全满足Category A的基础上，可以实现多个航迹点之间折
线航线的半自动导航，但在拐点处的拐弯需要人工辅助，且拐弯仅基于预设好的拐弯半径或转向速率，而不考虑船位、船速、风速、艏向等因素的影响，见图2。

图2 TCS Category B航迹示意
3)Category C。

在完全满足Category A的基础上，可以实现多个航迹点之间折
线航线的全自动导航，在拐点处的拐弯全自动完成，不需要人工辅助，系统会通过对各输入参数(如船位、船速、风速、艏向等)的计算，自动调整舵角，实现平滑拐弯，全航线对船舶偏移预计航线距离进行监测，如超出，会发出警报，见图3。

图3 TCS Category C航迹示意
3 常用厂家配置情况
具体配置哪种Category，需要ECDIS及HCS(自动舵)厂家联合研制、开发、申请、取证。

从常用的厂家配置来看(见表1)，目前主流厂家一般按照Category C来配置；也有一些厂家按照Category B来配置；对Category A，由于局限性太强，
实际使用意义不大，且Category B、C均已包含Category A的所有功能，所以
一般厂家都不考虑仅配置Category A型的TCS。

表1 航迹导航系统常用厂家配置电子海图制造商型号艏向控制系统制造商型号航
迹导航系统分类FURUNOFEA-2107/2107-BB/2807TOKYO KEIKIPR-
6000Category CFURUNOFEA-2107/2107-BB/2807YOKOGAWAPT-
500ACategory CFURUNOFEA-2107/2107-
BB/2807FURUNO/EMRIFAP2000/SEM200Category CFURUNOFEA-
2107/2107-BB/2807YOKOGAWAPT-500ACategory BJRCJAN-901M/JAN-701TOKYO KEIKIPR-6000Category BJRCJAN-901M/JAN-
701YOKOGAWAPT500ACategory BJRCJAN-901M/JAN-701TOKYO KEIKIPR-6000Category CJRCJAN-901M/JAN-701YOKOGAWAPT500ACategory CTOKYO KEIKIEC-8000/8500TOKYO KEIKIPR-6000Category C
4 实船试验
由于TCS功能涉及船舶的航行安全，船级社均要求船舶在海试时对TCS功能进行演示报验。

以某船(TCS CATEGORY C，船级NK，ECDIS厂家JRC，HCS厂家TOKYO KEIKI)为例，介绍主要的验证要点。

1)预设航迹，见图4。

图4 海试试验预设航迹
2)在第一段转向区间(first wheel-over line)验证。

①在船舶开始转向至少1 min前，ECDIS发出“early course change indication”报警。

②在开始转向时，ECDIS 发出“actual course change alarm”报警。

3)在第二段转向区间(second wheel-over line)验证。

在开始转向接到ECDIS 发出“actual course change alarm”报警后，如果30 s 内不进行确认操作，确认一下设置在船长房间的“back-up naviga tor alarm”
报警是否发出。

4)确认在每个转向区间内船舶偏离理论航线距离最大的点和理论航线的垂线间距，即最大偏航距离(maximum cross track distance)。

5)在第二段转向区间后，切断送至ECDIS的GPS信号，确认TCS系统是否自动
切换至HCS系统，同时确认船舶是否按之前HCS系统设定的艏向保持航行。

6)结果记入表2。

表2 航迹导航试验记录Vessel NumberTest TimeWeatherShip's PositionLongitude(E)Latitude(N)Ship's speed (knots)Wind Speed
(m/s)Wind DirectionMaker and ModelECDISHeading control systemJRC JAN-901BTOKYO KEIKI PR-6000Maximum Cross Track DistanceResult of Confirmation for 6.2, 6.3 & 6.5First wheel-over line (nm)Second wheel-over line (nm)Item 2)Item 3) Item 5)
5 结束语
国际海事组织下属的海上安全委员会(海安会)第86界会议通过了MSC.282(86)决议，对SOLAS进行了修正。

修正后的SOLAS第5章第19条2.10要求，从2012年7月1日开始(不同类型、总吨的船舶要求的时间不同)，各种类型的新船
均要求安装ECDIS，对旧船也有追溯安装ECDIS的要求。

从该要求来看，安装ECDIS也被业界公认，今后船舶营运也会越来越多地依赖电子海图这类电子信息，电子化、自动化程度要求会越来越高。

而TCS的必要前提就是船上必须配置ECDIS和HCS，现在两者都已强制安装了，也就是说船上要实现TCS功能的基础已完备，预计今后会有越来越多的船东要求配置TCS，而且IMO也很可能强制要求配置TCS，TCS的配备将是大势所趋。

而对于TCS的三种分类，考虑自动化程
度及便利性，应该按照CATEGORY C来配置。