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导航原理与系统 (倪育德)pdf
1星 发布者: sigma

2022-09-25 | 1积分 | 62.97MB |  22 次下载

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文档简介
标签: 导航

导航

本书阐述了航空无线电导航的基本原理及其特点,剖析了民用航空广泛使用的陆基导航系统的工作原理与过程,并对其典型系统进行了系统深刻论述。全书共8章,前两章介绍了无线电导航概论、无线电导航技术基础,第3~7章的内容分别为自动定向机、多普勒甚高频全向信标、测距机、无线电高度表和仪表着陆系统,第8章为区域导航。

本书可作为高等工科院校相关专业本科生的教材或参考书。同时,对于从事导航技术的科技人员和研究生也是一本很好的参考书。

无线电导航已广泛应用于航空、、航海及在陆地上有目的移动的航行体,它是多门学科和多项技术的综合结晶,具有严格的科学体系。

就航空无线电导航而言,它被分为陆基导航、星基导航和基于性能的导航(PBN)三类。自20世纪30年代无线电导航次用于航空,就开启了陆基导航时代。由于无线电导航具有其他导航手段无法比拟的优点,很快就成了飞机的必装设备。经过80多年的发展和技术进步,陆基导航系统的精度、完好性、连续性、可用性以及体积、重量和自动化程度等都得到极大改善,全世界设有相当完善的陆基导航台网,构成了飞行员可信赖的导航设施。

为了佳利用包括时间在内的四维空域,以增强航路运行能力及提高空中交通管理效率,1988年国际民航组织(ICAO)提出了未来航行系统(FANS)的概念,1993年宣布正式实施FANS系统,并将该系统改称为“国际民航组织的通信导航监视/空中交通管理(S/ATM)系统”,简称新航行系统,而全球导航系统(GNSS)是S/ATM系统中极为重要的组成部分。按照ICAO原有的GNSS计划,GNSS一旦建成,现有的陆基导航设施将拆除。但在二十几年的GNSS实施过程中,目前普遍认为,陆基导航与星基导航其实不存在谁取代谁的问题,只存在以谁为主、以谁为辅的问题。目前是陆基导航为主,今后是星基导航为主,从陆基导航到GNSS的过渡是一个渐进过程,要真正实现在所有飞行阶段以GNSS为单一导航系统的目标还需较长时间,并且即使GNSS已经建成,现有的主要陆基导航系统将作为GNSS的备用系统而存在,一个主权国家还必须运营一个小的陆基导航台网。这个思想在ICAO 2012年2届航行会议上通过的第四版《全球空中航行计划》中得到了反映。新版《全球空中航行计划》纳入了“航空系统组块升级(ASBU)”方案,其中的技术路线图从技术演发展的角度展示了实施ASBU 所需的主要技术及其发展情况。就导航而言,ICAO 在导航技术路线图中就明确指出,传统陆基导航设施在全球已广泛应用,大多数的航空器也配备了相关的机载设备。由于GNSS 信号的脆弱性,传统陆基导航设施在未来仍会作为GNSS导航的备份。

基于性能的导航是指对于运行在空中交通服务航路、仪表进近程序或指定空域的航空器基于规定的导航性能(精度、完好性、连续性、可用性和功能性)要求的区域导航,它是2007年ICAO正式提出并实施的导航新概念。PBN集中体现在运行概念的革命以及更多偏重在对机载导航系统的功能、性能要求上,它所依赖的导航系统仍然是目前主要的陆基导航系统、GNSS以及惯性导航系统。目前,PBN的相应理论和应用正在包括中国在内的世界主要国家和地区快速推进。

虽然出版了一些无线电导航方面的教材或专著,但系统而深刻阐述民用航空导航系统及其运行的书还不多见。鉴于该原因,我们编著了这本书。

本书阐述了航空无线电导航的基本原理及其特点,剖析了民用航空广泛使用的陆基导航系统的工作原理与过程,对其典型系统(包括VRB51D DVOR、LDB101 DME、NM7000B ILS以及机载900系列系统)进行了系统而深刻的论述,并阐述了区域导航的基本导航计算方法以及基于性能的导航涉及的一些主要问题和性能规范。全书共分8章,内容包括无线电导航概论、无线电导航技术基础、自动定向机、多普勒甚高频全向信标、测距机、无线电高度表、仪表着陆系统及区域导航等,以全面深刻地展示民用航空陆基无线电导航的实质与内涵。

本书具有以下鲜明特色:

(1) 考虑到民用航空是高度国际化、高度标准化的行业,本书以国际民航组织、美国联邦航空管理局(FAA)、美国航空无线电技术委员会(RTCA)等组织以及国际上主要航空产品制造商的文件为技术支撑,系统剖析了民用航空陆基导航系统的工作原理与过程,涉及的定义阐述、性能指标等均以这些文件尤其是以ICAO的文件为基础。

(2) 全书以航空导航需要解决的三个基本问题,即确定飞机的位置、飞机的航向以及飞行(或待飞)时间为主线来组织材料,以空地协同的观点来阐述航空导航的实施过程。

(3) 在介绍某一导航系统时,首先介绍其通用性原理,然后对目前民航广泛使用的陆基导航系统作了深刻分析。之所以这样做,是因为在长期的教学实践中我们发现,只有将基本原理融于具体设备之中,学生才能真正理解导航基本原理的内涵、实质,尤其是系统的设计思想和相应问题的解决方案,牢固建立起整个导航系统的框架和脉络。

(4) 将某一导航系统充分纳入运行(Operation)的概念中去阐述,这样不但会避免相应导航系统成为技术孤岛,更能使读者理解该导航系统对相应运行的技术所起到的支撑作用。

(5) 本书虽然重点介绍的是陆基导航系统,但充分考虑和吸纳了ICAO的导航新概念和新方法,展示了导航技术的发展方向,在本书涉及的技术所能支撑的范围内,对目前迅猛发展的PBN作了深刻阐述。

本书由中国民航大学倪育德、卢丹、王颖和崔铭编写。其中章~3章(3.6节除外)、第4章(4.6节除外)、第5章(5.7节除外)和第8章由倪育德编写,第6章以及3.6节、4.6节、5.7节和7.8节由王颖编写,第7章的7.1节~7.6节由卢丹编写,7.7节由崔铭编写。

本书在编写过程中,得到了中国民航大学韩萍教授的大力支持和帮助。王健老师在校内讲义《导航原理与系统》的编写中,撰写了“仪表着陆系统”这一章,本书借鉴了该讲义这一章的部分内容和思想,特表诚挚谢意。

本书是编者长期从事无线电导航教学与研究的总结,编者与多位民航知名导航专家和空中交通管理方面的专家,如王世有、王巍、孙淑光、张旗、刘瑞华、戴福青、杨新湦等的讨论使编者受益浅,尤其想到每次与王世有先生对导航技术的长时间交谈和讨论,不禁对他对导航技术的深刻理解和极其丰富的实际经验、极强的解决实际问题的能力以及正直的为人都充满了敬佩和怀念。另外,研究生李书宇、马宇申、朱金芳、刘萍等也提供了支持。在此一并表示诚挚的感谢。

本书由知名导航专家、中国民航局空中交通管理局高级工程师王巍担任主审,他对本书提出了许多中肯意见和建议,编者按照这些意见和建议对本书进行了认真修改,使本书增色不少,特表衷心感谢。

本书的编写参考了大量资料,对这些资料的作者深表谢意。但限于篇幅,有些资料没有在“参考文献”中列出,对此编者表示深深歉意。

虽然本书在出版前经过多次试用,在交付出版时又作了认真修改,但囿于编者学识水平,加上工作繁忙,对有些问题可能研究不够,书中缺点和不足之处,热忱欢迎读者批评指正,以便再版时修订。来信请寄: yudeni_cauc@sina.。

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