飛行器組合導(dǎo)航技術(shù)的分析

劉雪松

摘? 要：由于機(jī)動性強(qiáng)，飛機(jī)在國內(nèi)外軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，飛機(jī)導(dǎo)航技術(shù)是高效可靠完成運(yùn)輸任務(wù)的前提。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)航技術(shù)也取得了很大的成就，不同的環(huán)境條件下，促成了多種導(dǎo)航方式的形成，不過都是為了達(dá)到精確制導(dǎo)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：組合導(dǎo)航;飛行器;導(dǎo)航精度

中圖分類號：TN966? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0157-02

Abstract： Due to its strong mobility， aircraft has been widely used in military and civilian fields at home and abroad. Aircraft navigation technology is a prerequisite for efficient and reliable completion of transportation tasks. With the rapid development of science and technology， great achievements have been made in navigation technology， which in different environmental conditions contributes to the formation of a variety of navigation methods， in order to achieve the goal of precision guidance.

Keywords： integrated navigation; aircraft; navigation accuracy

1 概述

空中武器是當(dāng)代軍事國防力量的重要部分，載人和無人的飛行器能執(zhí)行自己的空中支援，完成戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略任務(wù)[1]。飛行器包括：飛機(jī)、導(dǎo)彈等，作為保衛(wèi)國防的重要組成力量，能完成特定的戰(zhàn)略任務(wù)，無論飛機(jī)和其他飛行器，在空中運(yùn)行，需要精確導(dǎo)航確定自身的位置，才能保證飛行姿態(tài)和飛行位置滿足作戰(zhàn)需求，而飛行器在空中確定自身的位置，是通過各種導(dǎo)航方式，機(jī)體上裝載著的導(dǎo)航設(shè)備，好比是“眼睛”，控制和指揮著飛行器按照原方案飛行，因此“眼睛”的功能是飛行器滿足作戰(zhàn)需求的必要條件。

而隨著飛機(jī)等飛行器完成作戰(zhàn)任務(wù)的提升，需要這對“眼睛”更加的精確[2]。也就是導(dǎo)航系統(tǒng)必須具有范圍廣、可靠性好、精度高等特點(diǎn)，而要實(shí)現(xiàn)這樣的功能，可以通過多種導(dǎo)航方式的組合，也就是組合導(dǎo)航，這相當(dāng)于多雙“眼睛”，去觀察和判斷同一個目標(biāo)，每雙“眼睛”都會彌補(bǔ)對方的缺點(diǎn)，發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，這樣自然而然精度會大幅的提升，在判斷同一個問題時，會把誤差降到最低，使結(jié)果最準(zhǔn)確，系統(tǒng)可靠性最大，這就是組合導(dǎo)航的特點(diǎn)。

2 飛行器導(dǎo)航特點(diǎn)

飛行器導(dǎo)航具有鮮明的特點(diǎn)，精確制導(dǎo)是所有導(dǎo)航技術(shù)的目標(biāo)，如何提升導(dǎo)航的精度，使導(dǎo)航技術(shù)盡可能的達(dá)到戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略要求，是目前研究者們努力探索的方向。目前，為保證飛機(jī)導(dǎo)航的可靠性，各種導(dǎo)航技術(shù)被應(yīng)用到飛機(jī)上。針對飛行器的技術(shù)要求，導(dǎo)航特點(diǎn)如下：

（1）系統(tǒng)可靠性高：軍事導(dǎo)航需要隨時進(jìn)行，導(dǎo)航服務(wù)不能中斷，這就要求航空導(dǎo)航系統(tǒng)在任何天氣、地形和無線電波傳輸條件下都能提供滿足要求的導(dǎo)航信息[3]。

（2）覆蓋范圍廣：為滿足需要，導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍至少應(yīng)包括作戰(zhàn)任務(wù)區(qū)域。但是，為了在更大范圍內(nèi)統(tǒng)一指揮，導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋范圍越大，就越需要覆蓋全球。

（3）信息更新率高：信息更新率是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)的次數(shù)。如果航空導(dǎo)航更新率不夠，在兩次向飛行員提供位置數(shù)據(jù)之間的時間內(nèi)，飛機(jī)的當(dāng)前位置距離最后一次位置指示較遠(yuǎn)，將大大降低導(dǎo)航精度[4]。

（4）導(dǎo)航精度高：導(dǎo)航精度是航空飛行器的主要技術(shù)指標(biāo)，是保障飛行器能夠安全運(yùn)行的前提。特別是在飛行中最容易發(fā)生事故的著陸階段，對導(dǎo)航信息的準(zhǔn)確性要求很高[5]。

3 飛行器導(dǎo)航技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，飛行器導(dǎo)航技術(shù)得到了快速進(jìn)步，根據(jù)不同的導(dǎo)航目的，不同的導(dǎo)航技術(shù)表現(xiàn)出各自的特點(diǎn)，比如根據(jù)天文星體的特點(diǎn)，還有根據(jù)衛(wèi)星信息，以及根據(jù)飛行器本身的運(yùn)動特點(diǎn)，和無線電傳播信息的方式等等，根據(jù)這些導(dǎo)航方式不同工作原理，飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)可分成多種形式，比如天文導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航等。

3.1 慣性導(dǎo)航

慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種自主導(dǎo)航系統(tǒng)。慣導(dǎo)系統(tǒng)較為獨(dú)立，依靠自身系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)完成飛行器位置的改變[6]。由于慣性導(dǎo)航主要是依據(jù)牛頓經(jīng)典力學(xué)，因此是很自主的導(dǎo)航方式，主要體現(xiàn)在它不需要和外界任何系統(tǒng)進(jìn)行溝通，這樣一來外界很難通過干擾等方式試圖去擾亂系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，同時，慣性導(dǎo)航是比較穩(wěn)定的，飛行器姿態(tài)的參數(shù)也較為安全可靠，傳感器的采樣率很高，也就是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行速度很快，這就加大了慣性導(dǎo)航的運(yùn)行范圍，比如一些速度運(yùn)行很快的物體，其他導(dǎo)航的方式可能不能滿足要求，但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由于采集數(shù)據(jù)很快，這樣一來能夠跟上快速運(yùn)動物體的運(yùn)動姿態(tài)參數(shù)，就能達(dá)到精準(zhǔn)導(dǎo)航的目標(biāo)，系統(tǒng)可靠性較高。然而，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有其固有的缺點(diǎn)：導(dǎo)航精度隨時間而變化，即長期運(yùn)行穩(wěn)定性差，為了提高導(dǎo)航精度，另外彌補(bǔ)慣性導(dǎo)航存在的問題和缺點(diǎn)，往往把慣性導(dǎo)航作為一種較為基礎(chǔ)的方式，然后把它與其他導(dǎo)航種類進(jìn)行組合，這樣既能保留著慣性導(dǎo)航穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，又能解決慣性導(dǎo)航長期運(yùn)行造成的誤差疊加的問題。

3.2 衛(wèi)星導(dǎo)航

衛(wèi)星導(dǎo)航是指含有人造衛(wèi)星向地球表面發(fā)送時間和衛(wèi)星位置信息的無線電波。信號在衛(wèi)星和地球之間進(jìn)行雙向傳播，然后導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)測量的時間，計算出與衛(wèi)星的距離，進(jìn)而確定相對應(yīng)的位置[7]。然而，由于衛(wèi)星對于其他導(dǎo)航形式，在空間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律相對是恒定不變的，整個系統(tǒng)是較為穩(wěn)定的，因此衛(wèi)星導(dǎo)航具有鮮明的特點(diǎn)，例如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)具有導(dǎo)航精度高的特點(diǎn)，這種高精度和長期穩(wěn)定性是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)無法企及的。不過衛(wèi)星與飛行器及地面設(shè)備相互聯(lián)系，主要通過電波的形式，這也導(dǎo)致了電波在傳遞信息時，容易在這個過程產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致信息的錯誤和缺失，這一方面是衛(wèi)星導(dǎo)航方式需要面對的問題，如何進(jìn)行反干擾是研究的方向和目標(biāo)。

3.3 無線電導(dǎo)航

無線電導(dǎo)航主要通過無線電波的傳播特性，然后確定飛行器的姿態(tài)參數(shù)（方位、距離和速度）[8]。無線電導(dǎo)航不受時間的影響，不過無線電導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航方式一樣，由于傳播信息的方式有著很大的局限性，因此很容易受到干擾，導(dǎo)致導(dǎo)航信息的缺失，精度也會隨之下降。

可見，各種導(dǎo)航系統(tǒng)單獨(dú)工作時不能有效地完成導(dǎo)航任務(wù)，需要一種手段來提高導(dǎo)航系統(tǒng)的整體性能。目前最有效的方法是采用組合導(dǎo)航技術(shù)。

4 組合導(dǎo)航

組合導(dǎo)航，顧名思義，是多種導(dǎo)航方式組合的形式，然后互補(bǔ)不同導(dǎo)航方式的缺點(diǎn)，提高導(dǎo)航精度[9]，組合導(dǎo)航的方式大多基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，然后采用其他導(dǎo)航方式，進(jìn)行組合。

4.1 慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航

目前，慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航結(jié)合已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注，因?yàn)檫@種組合方式有著鮮明的特點(diǎn)，一方面能達(dá)到全球性、全天候的要求，另外一方面能夠提供非常完整的飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)。慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航兩者互相適應(yīng)，消除各自的缺點(diǎn)，使慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航的應(yīng)用越來越廣泛。

4.2 慣性/多普勒組合導(dǎo)航

慣性/多普勒組合導(dǎo)航兩者的結(jié)合主要是針對速度參數(shù)，它可以減少速度參數(shù)測量的誤差，提高飛行器測量的姿態(tài)精度，這樣就能控制位置的測量誤差，提高導(dǎo)航精度。

4.3 慣性/側(cè)向測距組合導(dǎo)航

慣性/測向測距導(dǎo)航系統(tǒng)可以直接提高慣性導(dǎo)航的定位精度和慣性平臺的姿態(tài)精度，如果將雙測距系統(tǒng)結(jié)合起來，可以提高方位對準(zhǔn)精度，可以間隔組合，也可以連續(xù)組合。

4.4 慣性/天文組合導(dǎo)航

天文導(dǎo)航首先是從導(dǎo)航發(fā)展起來的。其基本原理是利用光學(xué)儀器（如六分儀）人工觀測恒星的高度角，然后確定導(dǎo)航體的位置，以自然天體在空間上的位置，進(jìn)而計算出載體的位置信息，這樣的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步說明了系統(tǒng)是比較穩(wěn)定的。組合導(dǎo)航中的天文導(dǎo)航可以估計陀螺漂移和實(shí)際平臺姿態(tài)誤差，從而實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航功能，不過由于是根據(jù)天體位置為基礎(chǔ)的導(dǎo)航方式，當(dāng)受到地形或者天氣影響時候，這會影響相對位置信息的判斷，這個過程的誤差是不能忽略的，不過隨著導(dǎo)航技術(shù)的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有方法去解決這個問題，盡量把測量誤差降低到最小，盡可能的發(fā)揮慣性/天文組合導(dǎo)航的穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)束語

由于目前全球部分地區(qū)的緊張形勢，以及隱形的各國之間激烈的競爭關(guān)系，使得必須擁有著較為強(qiáng)大的國防力量，因此作為軍事力量中比較重要的一部分——空軍，發(fā)展空中軍事力量是極為關(guān)鍵的。提到飛行器就離不開導(dǎo)航的話題，為了提高導(dǎo)航精度，多種導(dǎo)航技術(shù)的組合是導(dǎo)航研究的趨勢，各國都投入大量的人力物力，志在提升自己國家武器的導(dǎo)航精度，提升自身的國防力量，能夠在軍備和設(shè)施上處于競爭地位。但是組合導(dǎo)航還有很多的技術(shù)難關(guān)需要克服，進(jìn)一步提高組合導(dǎo)航的精度，需要技術(shù)的研究和創(chuàng)新，因此，我們應(yīng)該致力于組合導(dǎo)航的研究，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的創(chuàng)新，為提升國家的空軍軍事力量做出貢獻(xiàn)。

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