导航原理复习资料

？存疑1，导航与定位的区别与联系。区别：导航是对运动点而言的，观测时间很短，观测数据要进行实时处理，提供相对参考位置的相对坐标，定位精度不及固定点高。定位是对固定点而言的，允许较长时间的观测，观测数据事后处理，提供绝对坐标，定位精度较高。联系：能够导航的系统必须能够定位，能够定位的系统必须能够导航。这取决于观测器材能否在运载体上获得足够精度的观测量。2，六分仪的基本原理。光线的反射角等于入射角。3，列举几种常用的导航方法。航标方法：目视飞机进场着陆航位推算法：推算系列测量的速度增量来确定位置天文导航：对天体精确地定时观测来定位惯性导航：通过积分安装在稳定平台（物理或数学的）上的加速度计输出来确定载体的位置和速度无线电导航：测量无线电波从发射台(导航台)到接收机的传输时间(timeofarrival,TOA)来定位；测量无线电信号的相位或相角来定位卫星导航：利用导航卫星发送的导航定位信号确定载体位置和运动状态，引导运动载体安全有效地到达目的地声波导航：（解释太长、或者说没有解释，不添加了）地磁导航：通过地磁传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机的地磁基准图进行匹配定位，具有无源、无辐射、全天候、全地域、能耗低的优良特征4，无线电信号用于水下导航的局限性。电磁波在水中衰减很快，仅仅穿透数米就会对视所有能量。5，声波水下导航的优势和几种常用方法。优势：相对电磁波而言，能传播几百公里而没有明显的吸收损失。常用方法：长基线(LBL)导航、短基线(SBL)导航、超短基线(YSBL)导航。6，衡量导航系统性能的参数都有哪些？精度、覆盖范围、信息更新率、可用性、可靠性、完善性、多值性、系统容量和导航信息的维数。7，简要分析现存导航系统的的发展方向。现代军事作战对导航的要求：（1）具有强的电子对抗能力（2）高于敌方的导航信息精度（3）实时性与易维护性（4）自主式、高动态、大区域导航现代军事导航技术的发展：（1）微波着陆系统（2）环形激光陀螺捷联式惯性导航系统（3）INS/GPS组合导航系统（4）地形辅助导航系统（5）联合战术信息分发系统（JTIDS）（6）定位报告系统21世纪导航技术发展的主要趋势（1）卫星导航成为导航技术发展的主要方向（2）自主式导航继续发展（3）组合导航成为主要的导航方式（4）军用导航系统迅速发展（5）室内导航系统迅速发展8，惯性坐标系和非惯性坐标系。惯性系：符合牛顿力学定律的坐标系，即绝对静止或只做匀速直线运动的坐标系。（如地心惯性坐标系、发射点惯性坐标系、地球卫星轨道惯性坐标系）非惯性坐标系：如地球坐标系e、地理坐标系t、游动方位坐标系ω、载体坐标系b、平台坐标系p、导航坐标系n9，解释参考椭球旋转体。旋转椭球体是椭圆绕其短轴旋转而成的形体。在测量各处大地水准面的基础上，采用差异的平方和最小的准则，可将大地水准体用一个有确定参数(椭圆长半轴和扁率)的旋转椭球体来逼近代替，与地球形状非常接近。这种旋转椭球体称为参考旋转椭球体。10，解释地球椭球面，大地水准面。大地水准面：海洋中各处的海平面与该处重力矢量相垂直，设想地球被海洋全部包围，则各处海平面由地球重力场形成等势面所围成的几何形状称为大地水准体，它在各处的局部表面称为大地水准面。地球拖球面：旋转椭球面是一个形状规则的数学表面，在其上可以做严密的计算，而且所推算的元素(如长度与角度)同大地水准面上的相应元素非常接近。这种用来代表地球形状的椭球称为地球椭球，它是地球坐标系的参考基准。11，垂线、纬度、高度的定义。P0点与参考椭球中心O的连线称地心垂线。地心垂线与赤道平面的夹角φc称地心纬度。PP0—飞行高度H(简称高度)PP′—海拔高度/绝对高度PP′′—相对高度P′P′′—当地海拔P0P′—大地起伏(大地测量工作所需测量参数)气压高度—P点大气压力相对于标准大气压力换算的高度12，解释惯性技术、惯性导航技术、惯性制导技术、惯性测量技术。惯性技术：以牛顿惯性定律为基础的、用以实现运动物体姿态和航迹控制的一项工程技术。目前所说的惯性技术是惯性导航技术、惯性制导技术、惯性测量技术、惯性元件技术及惯性元件和系统的测试技术的总称。惯性导航技术：惯性导航是根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，利用惯性敏感元件(陀螺仪、加速度计)测量运载体相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的初始条件下，通过计算机进行积分运算，输出载体的姿态参数和位置、速度等导航定位参数。惯性制导技术：惯性制导和惯性导航的工作状态不同，它是惯性导航与自动控制的结合。它利用导航参数，产生控制载体运动所需的信号，直接控制载体的航线。惯性制导用于无人操纵的运载器上，如弹道式导弹、人造地球卫星和宇宙探测器的运载火箭等。惯性测量技术：惯性测量是在惯性导航基础上发展起来的，与惯性导航系统的硬结构相似，但在软件和方法上完全不同。定位精度更高，对惯性元件的要求更高，设备也更复杂和昂贵。惯性测量系统可以完全自主、快速地测定经度、纬度、高度、方位角、重力异常和垂线偏差六个大地测量元素。13，绝对加速度的由那几部分组成，其表达式是什么？动点的绝对加速度应等于相对加速度、牵连加速度、与哥氏加速度的矢量和，也就是一般情况下的加速度合成定理。表达式：14，加速度计的原理。加速度计就是用反馈的约束力来测量地球的引力和物体的运动加速度，在测量值里除去引力，就得到需要测量的加速度a，所以加速度计也叫比力计(比力敏感器)。15，按惯性检测质量的运动方式分类，加速度可以分为哪两类。线加速度计（检测质量作线位移）和摆式加速度计（检测质量绕支承轴转动）16，加速度计的性能指标有哪些？测量范围、零偏及零偏的稳定性、输出的死区或阈值、分辨率、标度因数、标度因数的线性度和稳定性、带宽和频率响应17，带宽或频率响应是反映了加速度计的什么指标?动态特性18，解释震弦式加速度计的原理？19，解释摆式加速度计的原理？摆式陀螺加速度计：利用在某些陀螺仪的自转轴上加偏心质量起到摆的作用,就可以用陀螺仪来测量运载体的线加速度。由于这种加速度计能承受(测量)大的加速度,一般具有大的加速度的运载体都使用这种摆式陀螺加速度计。例如远程战略导弹的惯性系统中就常采用这类加速度计。20，转动惯量的物理意义？与转动惯量有关的因素？物理意义：转动惯量是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时，它们所获得的角加速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角加速度小，即角速度改变得慢，也就是保持原有转动状态的惯性大；反之，转动惯量小的刚体所获得的角加速度大，即角速度改变得快，也就是保持原有转动状态的惯性小。相关因素：刚体质量、转轴位置、刚体形状21，刚体的定义？形状和大小都不发生任何变化的物体。即其内部任意两点之间距离永远不变，刚体的各部分之间没有相对运动。22，？给定欧拉角，如何确定刚体上某一点在空间的位置？23，动量矩定理。刚体对于任意一个固定点的动量矩变化率等于刚体所受外力对该固定点的力矩矢量和。24，解释：陀螺仪的定义、陀螺仪的定轴性、陀螺视运动。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。定轴性：在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪主轴在惯性空间中的指向保持稳定不变。视运动：由于地球对惯性空间做自转运动,而陀螺仪的主轴(近似角动量H轴）相对惯性空间不动,所以人们站在地球上看到的陀螺仪主轴相对地球在转动。在地球表面所观察到的陀螺自转轴方向的运动被称作陀螺的表观运动,有时又称为视运动。25，解释陀螺仪的进动性？进动性：在外力矩作用下陀螺仪的运动。如外界施加一作用力于转轴，旋转轴并不沿施力方向运动，而是沿力矩方向运动。陀螺仪的进动角速度的大小和方向与加的力矩具有严格的对应关系，所以可以准确地控制陀螺仪的运动。26，陀螺仪反力矩对陀螺仪施加多大的力矩,就会产生相应的多大的进动。有多大的进动,就产生多大的陀螺力矩与施加的作用力矩相平衡。27，20世纪80年代激光陀螺仪、光纤陀螺仪激光陀螺已经达到惯性级的精度,在高中精度的领域得到成功应用。光纤陀螺仪的后来居上,大有挑战激光陀螺之势,正在向惯性级精度努力。28，单自由度陀螺仪和二自由度陀螺仪单自由度陀螺仪只能检测和控制一条轴,而二自由度陀螺仪可以检测和稳定两条轴。29，一般都关心的陀螺性能参数有哪些？指陀螺仪的最大施矩速率、最大角速率测量范围和陀螺仪的精度。陀螺仪的漂移是陀螺仪性能高低的主要表征。漂移是由于制造上的缺陷及干扰产生的偏离稳定的输出,用度每小时来表示。30，硅微陀螺仪及其优点硅微陀螺仪是在一块硅基片上应用由集成电路制造技术发展起来的微纳米加工技术,刻蚀加工成陀螺仪的惯性质量和相应的电路,封装后,犹似一般集成电路的芯片一样。硅微陀螺仪除价格低廉外还有许多突出的优点：(1)体积小。(2)重量轻。(3)功耗低。(4)硅微机电陀螺仪批量生产,性能一致性好、稳定性好的特点。(5)能够忍受高过载高冲击的动态环境。(6)可靠性好。31，解释激光陀螺仪中的Sagnac效应当闭合光路相对惯性空间以角速度Ω旋转时，顺逆光程差可表示为ΔL=4A/C*Ω，ΔL为光程差，A为光路所包围的面积，C是光速，Ω是闭合光路的旋转角速度。两束有相同频率固定相位的光将产生固定的干涉条纹。当两束干涉光的频率发生变化,干涉条纹就发生移动,移动的速度和方向与频率差有关。在环形激光器中两束不同频率的光波合成产生移动的干涉条纹,经光电检测器,把移动的干涉条纹变成脉冲输出。单位时间的脉冲数比例于角速度Ω。把脉冲数累加起来,就是激光陀螺仪基座的转角。32，光纤陀螺原理通过测量正反两束光的相位差或频率差，来测量陀螺基座（载体）的转动角速度。光纤陀螺原理图，光路分析：当光纤线圈绕中心轴无旋转，检测器上产生峰值干涉条纹，检测器输出电流最大当光纤线圈绕中心轴旋转产生相差，干涉条纹横移，检测器输出电流改变33，惯性制导系统在无人操纵的运载体(鱼雷、导弹和火箭等)上，惯性导航与自动控制相结合，将运载体自动导向预定的目标。这与工作在自动导航状态的惯性导航系统相似，但习惯上称惯性制导系统inertialguidancesystem。34，惯性导航系统的特点惯性导航的工作完全不依赖于任何外部声、光、电、磁传播的信号，只依靠陀螺仪与加速度计这两种惯性仪表，是完全自主式的进行导航定位的方法，因而它不受地域的限制，不受自然和认为的干扰和影响，无论太空、空间、地面、地下、水面、水下都能全天候可靠的工作，隐蔽性好。惯性导航还能方便地提供运载体的三维姿态参数，这些参数都是舰艇与飞机上观通系统和火控系统所必需的。35，惯性导航系统的优缺点优点：1)依靠自身测量的加速度推算位置，自主式；2)不需要接收外部信息，不受外界干扰；3)不向外辐射能量，隐蔽性好；4)测量位置的同时，还能测量姿态角。缺点：1)位置由加速度经二次积分获得,误差随时间积累；2)对惯性元件精度要求高，系统成本高。36，解释平台和捷联惯性导航系统平台式惯性导航系统把惯性测量组合稳定在导航坐标系里，与运动的载体相隔离。捷联式是把惯性测量仪器组合固定在运载体上。37，结构上捷联式与平台式的区别前者没有具体的稳定平台，后者具有物理实现的平台。（通常稳定平台上装有陀螺仪和加速度计，其功能是不受运载体运动的影响，而在惯性空间始终保持要求的姿态。这样就可以从稳定平台的框架轴上的角度传感器量测到运载体的姿态角，而捷联式惯性导航系统则不具有物理实现的平台，它是把惯性敏感器——陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，将惯性敏感器输出的量测信息直接送至导航计算机中进行实时的姿态矩阵解算，通过姿态矩阵把惯性导航系统中加速度计测量到的加速度信息，转换到导航坐标系中，然后再进行导航计算；并从姿态矩阵的有关元素中提取载体的姿态角。）38，天文导航的定义天文导航是指通过天体测量仪器被动探测天体位置，以已知准确空间位置的自然天体为基准，经解算确定测量点所在载体导航信息的技术。39，？简述六分仪的原理。40，船舶的定位步骤1）利用六分仪测得某恒星的高度角2）根据天文年历及天文钟的时间，查出