導航系統能夠幫(bang)助(zhu)人們確定自(zi)己的位(wei)置，飛(fei)機的導航系統有些什么(me)門道？
生(sheng)活中(zhong)，為了到(dao)達目的地(di)(di)，人們會使(shi)用(yong)多種(zhong)導航(hang)方(fang)式，例如，使(shi)用(yong)車載(zai)導航(hang)系(xi)統，查(cha)閱手(shou)機(ji)(ji)地(di)(di)圖尋(xun)找標志性建筑物等來(lai)辨別位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。而對于(yu)飛(fei)機(ji)(ji)來(lai)說，要在(zai)萬米高空飛(fei)行(xing)(xing)時也能精準定(ding)位(wei)(wei)(wei)而不迷航(hang)，就(jiu)需要飛(fei)機(ji)(ji)導航(hang)系(xi)統。導航(hang)系(xi)統能夠提供飛(fei)機(ji)(ji)的位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)、姿態、航(hang)向(xiang)和速度(du)等信息，讓(rang)飛(fei)機(ji)(ji)在(zai)缺(que)乏參(can)照物的天空中(zhong)也能精確定(ding)位(wei)(wei)(wei)。飛(fei)機(ji)(ji)在(zai)剛誕生(sheng)的時候，導航(hang)方(fang)式非常簡單(dan)，完(wan)全依靠飛(fei)行(xing)(xing)員目視觀測地(di)(di)標，配合地(di)(di)圖，可以(yi)沿(yan)著山脈(mo)或(huo)河流(liu)等有特征的地(di)(di)形飛(fei)行(xing)(xing)。后來(lai)人們參(can)照航(hang)海的經(jing)(jing)驗(yan)，使(shi)用(yong)磁羅盤(pan)來(lai)指示方(fang)位(wei)(wei)(wei)，并使(shi)用(yong)六分儀來(lai)測量某(mou)一時刻太(tai)陽與地(di)(di)平線的夾角(jiao)，以(yi)便(bian)獲(huo)得飛(fei)機(ji)(ji)所在(zai)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)的經(jing)(jing)緯度(du)。
現代飛機(ji)(ji)主(zhu)要采用以(yi)慣性(xing)導(dao)航(hang)為核(he)心的多(duo)信(xin)息源綜合導(dao)航(hang)系(xi)統(tong)(tong)作為飛機(ji)(ji)導(dao)航(hang)系(xi)統(tong)(tong)。現在就讓我們來看(kan)一(yi)看(kan)慣性(xing)導(dao)航(hang)系(xi)統(tong)(tong)的主(zhu)要測量部件(jian)——加(jia)速度計和陀(tuo)螺(luo)儀。
早期的(de)陀(tuo)(tuo)螺儀主要是以牛(niu)頓(dun)力學為基礎的(de)機械(xie)式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子陀(tuo)(tuo)螺，當陀(tuo)(tuo)螺轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)時，陀(tuo)(tuo)螺的(de)軸會指(zhi)(zhi)向某一(yi)固(gu)定(ding)(ding)方(fang)(fang)向保持不變，這就是陀(tuo)(tuo)螺的(de)定(ding)(ding)軸性。利用(yong)(yong)定(ding)(ding)軸性可(ke)以測量出飛機每個時刻在指(zhi)(zhi)定(ding)(ding)方(fang)(fang)向的(de)角速度(du)信息(xi)，比如飛機機頭俯仰的(de)角速度(du)等。后來(lai)出現了(le)(le)激光(guang)陀(tuo)(tuo)螺和光(guang)纖陀(tuo)(tuo)螺，它們以沒有(you)運(yun)動(dong)部(bu)件的(de)光(guang)學系統(tong)替代(dai)了(le)(le)機械(xie)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子來(lai)測量系統(tong)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)運(yun)動(dong)，得(de)到了(le)(le)廣泛應用(yong)(yong)。通(tong)過對陀(tuo)(tuo)螺儀測得(de)的(de)角速度(du)信息(xi)進行積(ji)分處理，就能(neng)確定(ding)(ding)出飛機此時的(de)姿態等信息(xi)。
除了姿(zi)態和航向，掌握(wo)飛機(ji)(ji)的(de)飛行速度(du)也很重(zhong)要(yao)，那么慣導系(xi)統又(you)是(shi)如何測量飛機(ji)(ji)速度(du)的(de)呢(ni)？這就要(yao)依靠另一(yi)個叫做(zuo)加速度(du)計的(de)部件了。
在(zai)物體(ti)質量不變(bian)(bian)時，其(qi)加(jia)速(su)(su)(su)度(du)(du)與所受的(de)(de)合外力(li)成正比，而外力(li)的(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)可以通(tong)過(guo)某(mou)些(xie)物理(li)量來間接測(ce)量，例如，彈(dan)簧提(ti)供彈(dan)力(li)的(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)可以通(tong)過(guo)其(qi)長度(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)來反映(ying)。慣導(dao)系統加(jia)速(su)(su)(su)度(du)(du)計的(de)(de)原理(li)與之相似，通(tong)過(guo)測(ce)量加(jia)速(su)(su)(su)度(du)(du)計內部某(mou)些(xie)物理(li)量的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)，可以計算出(chu)飛機在(zai)指定方(fang)向的(de)(de)加(jia)速(su)(su)(su)度(du)(du)大(da)小(xiao)(xiao)，然后對加(jia)速(su)(su)(su)度(du)(du)信號進行(xing)積分處理(li)，就(jiu)能確定出(chu)飛機此(ci)時的(de)(de)飛行(xing)速(su)(su)(su)度(du)(du)等信息了。
慣(guan)性(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)幾(ji)乎可以輸(shu)出所有必(bi)需的(de)導(dao)(dao)航信息，但是慣(guan)性(xing)解算中存在積分過程，導(dao)(dao)航誤(wu)差會隨時間(jian)不斷積累(lei)。因此飛機不能僅依靠慣(guan)性(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)，以慣(guan)性(xing)導(dao)(dao)航為核(he)心(xin)的(de)多信息源綜合導(dao)(dao)航才是主要(yao)的(de)解決方案。
慣性導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當(dang)于人(ren)體(ti)頭部的(de)(de)前庭(ting)和半規管(guan)，以衛(wei)星導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)為(wei)代表(biao)的(de)(de)無線電導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當(dang)于人(ren)體(ti)的(de)(de)耳朵，視覺(jue)導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當(dang)于人(ren)體(ti)的(de)(de)眼睛(jing)，地形(xing)輔助導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當(dang)于人(ren)體(ti)對地形(xing)的(de)(de)記憶，綜(zong)合導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當(dang)于人(ren)體(ti)的(de)(de)大腦。綜(zong)合導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)能夠綜(zong)合處理系(xi)(xi)統(tong)內所有單一導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)源(yuan)提(ti)供(gong)的(de)(de)導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)信息(xi)，可以為(wei)飛(fei)機在各飛(fei)行階(jie)段和任務(wu)階(jie)段，提(ti)供(gong)最優(you)的(de)(de)、統(tong)一的(de)(de)、可用(yong)的(de)(de)、可靠(kao)的(de)(de)飛(fei)機導(dao)航(hang)(hang)(hang)(hang)(hang)信息(xi)。
這(zhe)就是現代飛機主(zhu)要采用以慣性導航(hang)(hang)為核心的多信息源綜合導航(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)作為飛機導航(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)的原因所在。未來飛機導航(hang)(hang)系(xi)(xi)統(tong)將向智能化和協(xie)同化方向發展，支(zhi)撐空天地一體柵(zha)格(ge)化網(wang)絡的愿景(jing)。