飞机在空中的飞行位置是怎样确定的-

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早期的领航概念中是没有定位一说的，飞行员或者领航员只是通过观察公路、铁路、河流、山峰、城镇或湖泊等地标来确定飞机的方位。单纯的NDB或VOR也只是飞机定向的一种手段。直到80年代DME加盟无线电导航后，才使定向向定位前进了一步。现在以GPS为代表的卫星导航系统是被广泛应用的精确定位的一种主要导航方式。

导航种类主要分惯性导航和无线电导航两种。

惯性导航是指安装在飞机上的惯性基准系统（IRS）。它主要由3个加速计和3个陀螺仪构成。加速计用于测量飞机的3个平移运动加速度，指示当地地垂线的方向；陀螺仪用于测量飞机的3个转动运动的角位移，指示地球自转轴的方向。计算机对测出的加速度进行两次积分，计算出飞机的位置。以A320飞机为例，它有3部惯性基准系统，就提供了3个惯性基准系统的位置给飞行管理计算机（FMC），飞行管理计算机则根据这3个位置再计算出一加权平均值，我们称之为“混合惯导”（MIX IRS）位置。

无线电导航是指通过测定无线电波从发射台到接收台的传播时间或相位和相角来进行定向定位的。地面雷达定位也是无线电导航的一种方式。现在一般将无线电导航分为陆基导航和星基导航两种。

陆基导航依靠的是台站与台站之间的相对位置，由一个台站到另一个台站。譬如由NDB到NDB或由VOR到VOR或NDB与VOR之间。星基导航依赖的是一系列航路点的精确位置，它的主要特征是任一点的坐标化。它所使用的导航设施有：DME-DME、VOR-DME、GPS、GLONASS等。举个简单例子：回上海由东山（KN）到嵊县（JF）到庵东（AND）一段，我们现在的飞行计划中所使用的只是这几个点的地理位置坐标，而不是它们的频率，所以我们认为这是星基导航的方式。但如果GPS不可用或飞行管理计算机部分存在问题，我们就需要使用这些航路导航设施的具体频率，向台或者背台飞行，从而达到进场的目的，这时候我们所使用的就是陆基导航的方式，也就是传统的无线电导航模式。由此可见，不是说使用陆地上的导航设备就是陆基导航，也不是说星基导航是仅仅使用GNSS（全球卫星导航系统）。在区域导航的现阶段，还是脱离不了这些航路导航设施的，或许在未来的新航行系统中会完全抛弃现有的航路导航设施，实行点与点之间的直接对话。

我们通常所说的无线电位置，是指机载接收机向飞行管理计算机传送接收到的信号，通过测距定位（DME-DME）或测距测向定位（DME-VOR），来确定的位置。其工作原理是：飞机起飞后，与飞行管理计算机有关的机载无线电导航系统开始工作，对两个地理位置最好的DME台（两个台与飞机连线之间的夹角大于30度小于150度）进行自动调谐，计算出距离后与导航数据库里的各台经纬度以及从其它渠道得到的飞行高度等其它信息相结合，计算出飞机的无线电位置。当DME接收机无法接收到两个符合条件的地面DME台信号时，机载无线电导航系统就会选择同一位置的DME/VOR。在盲降进近期间，用LOC（航向信标）更新使用LOC波束的横向位置（DME/DME-LOC或VOR/DME-LOC）。

全球卫星导航系统（GNSS）是星基导航系统的核心。它主要包括美国国防部掌握的GPS和前苏联从80年代开始建设现在由俄罗斯空间局管理的GLONASS，以及由西欧欧洲空间局正在建设的NAVSAT系统。GPS是目前应用最广泛的卫星导航系统，但在航空应用方面却受到了技术和政策的干扰，在纯民用的NAVSAT系统投入使用前，用户还没有自主选择的空间，所以使用的还是INS/GPS 这种组合，这也是现在我们最主要和最常用的导航方式。所以我们平常所说的GPS位置，对飞机而言，其实就是GPIRS，即INS/GPS的混合位置。每一部惯性基准系统都有一个和GPS的混合位置，飞行管理计算机根据其品质等级数及优选性选择其中的一个。

综上所述可知，单纯的NDB和VOR是不能定位的，那么惯导位置、无线电位置和GPIRS位置哪个才是代表飞机的位置呢？FMC（本文不涉及FMC对飞机其它系统提供其它类型数据的作用，单独考虑其在坐标和位置方面的计算）考虑每个定位设备的精确性和完整性而选择最精确的位置，从这个意义上来说，飞机的位置，就是FM的位置。假如GPS数据有效并且测试合格，那么GPS/INERTIAL为基本的导航方式。否则的话，使用无线电导航台加惯导或仅用惯导。即FMGS（飞行管理引导系统，以A320为例，它包括2个飞行管理引导计算机FMGC、2个多功能控制显示组件MCDU、1个飞行控制组件FCU和2个飞行增稳计算机FAC）使用GPS或当GPS不工作时使用无线电导航台更新FM位置。优先顺序为：IRS-GPS、IRS-DME/DME、IRS-VOR/DME、仅用IRS。飞行初始化时，每部FMGC（飞行管理引导计算机，我们通常讲的FMC是指它的管理部分而没有提及其引导部分）显示一FM位置，这个位置是一个GPIRS；起飞时，FM位置更新为储存在数据库里的跑道入口位置；飞行中，FM位置向无线电位置或GPS位置接近，其接近率取决于飞机高度。FMGC一直在计算从混合惯导位置到无线电位置或GPS位置的矢量偏差。如果无线电位置或GPS位置可用，每部FMGC不断更新这个偏差。所以飞机的位置不是单纯的惯导位置或无线电位置或GPS位置，这和飞机的导航方式以及飞机所处的不同阶段是相关的。当然，所有的位置都是针对WGS-84坐标系而言的，在内地使用北京54坐标系时，由于GPS使用的也是WGS-84坐标系，可能还会有所偏差，在这里就不额外表述了。

经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

导弹，其得名来源于它是能“自动导向目标的弹”，因此能自己奔着目标去是导弹的根本特点。实现这个特点主要得靠导弹制导系统。导弹制导系统是导引和控制导弹按选定的导引规律飞向目标的全部装置和软件的总称，也称导弹导引和控制系统。三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。

GPS在导弹制导方面的应用

研究表明，理想的导弹制导系统应满足如下要求：全球覆盖；高的相对精度和绝对精度；对高动态载体具有良好的实时适应能力；能够提供三维位置、三维速度和姿态数据；工作不受外部环境影响；具有抗人为和非人为干扰的能力；不被他方利用；可供我方广大用户使用；能随时、自主地进行故障检测和故障排除；高的可靠性；与现行机载设备的规范要求相符；价格适中，为广大用户所接受等等。目前，导弹制导系统大都采用惯性制导系统(INS)，这种系统由于存在误差随时间而积累的固有缺点，所以很难满足高精度、高可靠性等制导系统的要求。研究表明，在影响导弹制导精度的误差因素中，惯导仪表的测量误差是主要误差源。鉴于制导系统的要求以及惯导系统的固有缺陷，目前提高制导系统精度一般有两条途径：采用新的制导系统和完善现有的惯导系统。

3.1 高动态GPS接收机在导弹制导中应用

采用新的制导技术是制导领域一直关注的问题，随着GPS这一全球卫星定位系统的建成，基于GPS系统的新型制导系统可以较好地满足导弹制导的诸项要求，用GPS制导系统来替换现有的惯导系统，实现导弹的长距离、高精度制导已引起越来越多的关注。

用高动态GPS接收机进行导弹制导需要解决的两个关键问题是：GPS全向天线的研究和基于GPS技术的导弹姿态测量方法研究。这两项研究已有所突破，这里不再赘述。图2是基于高动态GPS接收机的导弹制导系统组成框图。其基本工作原理是：由GPS接收机测量出导弹的实时位置并与存储在程序装置中的预定轨道参数进行比较和计算综合，然后通过姿态控制系统控制弹体运动；而导弹的姿态信息也通过GPS接收机实时监测，并适时控制导弹进行调整，整个制导系统是一个闭环系统，最终将导弹引向目标。

图2 基于高动态GPS接收机的导弹制导系统组成框图

3.2 GPS和惯导组合的制导方法

完善现有的惯导系统就必须减小惯导仪表的工具误差。目前通过提高惯导仪表质量而减小工具误差的方法越来越困难；而采用组合制导技术来修正工具误差的方法周期短、成本低，随着GPS技术的出现，这种方法越来越受到重视。

普通的GPS接收机在高动态环境不易捕获和跟踪信号，甚至产生整周跳变现象；而惯导系统可实时提供多种导航信息，但其导航误差会随时间而积累，影响制导效果。GPS/INS组合制导系统使得新系统既具有惯导系统较高的相对精度，又具有GPS较高的绝对精度，并容易提供载体的姿态信息。用GPS连续提供的高精度位置和速度信息可以估计和校正惯导系统的位置误差、速度误差，从而显著提高惯导系统的定位精度；而借助惯导系统的加速度计速率信息，可改善GPS接收机的动态性能，使GPS接收机能够在高动态环境快速捕获和重新捕获卫星信号。因此，GPS和INS的组合可以构成真正理想的制导系统。惯导与GPS的组合方式一般可以分为两大类：重调式和卡尔曼滤波方式。

重调式是简单的组合方式。实质上，这种组合只是GPS向惯导单方向的校准，虽然有简单、易于实现的优点，但组合的潜能远没有发挥出来。

在卡尔曼滤波方式中采用了组合导航滤波器(实质上是一种卡尔曼滤波器)，通过估计惯导仪表的误差改善惯导系统的定位精度；如果惯导的速率数据作为GPS接收机码跟踪环路和载波跟踪环路的辅助信息，在高动态环境下可降低GPS接收机对动态信号跟踪能力的要求，从而提高抗干扰性能。另外，当因干扰和姿态变化丢失了GPS信号，此组合方式还具有快速重捕能力。图3为典型的GPS/INS组合系统的结构图。

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