導(dǎo)航系統(tǒng)能夠幫助人們確定自己的位置，飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)有些什么門道？
生活中，為了到達(dá)目的地，人們會使用多種導(dǎo)航方式，例如，使用車載導(dǎo)航系統(tǒng)，查閱手機(jī)地圖尋找標(biāo)志性建筑物等來辨別位置。而對于飛機(jī)來說，要在萬米高空飛行時也能精準(zhǔn)定位而不迷航，就需要飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供飛機(jī)的位置、姿態(tài)、航向和速度等信息，讓飛機(jī)在缺乏參照物的天空中也能精確定位。飛機(jī)在剛誕生的時候，導(dǎo)航方式非常簡單，完全依靠飛行員目視觀測地標(biāo)，配合地圖，可以沿著山脈或河流等有特征的地形飛行。后來人們參照航海的經(jīng)驗(yàn)，使用磁羅盤來指示方位，并使用六分儀來測量某一時刻太陽與地平線的夾角，以便獲得飛機(jī)所在位置的經(jīng)緯度。
現(xiàn)代飛機(jī)主要采用以慣性導(dǎo)航為核心的多信息源綜合導(dǎo)航系統(tǒng)作為飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)。現(xiàn)在就讓我們來看一看慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要測量部件——加速度計和陀螺儀。
早期的陀螺儀主要是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的機(jī)械式轉(zhuǎn)子陀螺，當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，陀螺的軸會指向某一固定方向保持不變，這就是陀螺的定軸性。利用定軸性可以測量出飛機(jī)每個時刻在指定方向的角速度信息，比如飛機(jī)機(jī)頭俯仰的角速度等。后來出現(xiàn)了激光陀螺和光纖陀螺，它們以沒有運(yùn)動部件的光學(xué)系統(tǒng)替代了機(jī)械轉(zhuǎn)子來測量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，得到了廣泛應(yīng)用。通過對陀螺儀測得的角速度信息進(jìn)行積分處理，就能確定出飛機(jī)此時的姿態(tài)等信息。
除了姿態(tài)和航向，掌握飛機(jī)的飛行速度也很重要，那么慣導(dǎo)系統(tǒng)又是如何測量飛機(jī)速度的呢？這就要依靠另一個叫做加速度計的部件了。
在物體質(zhì)量不變時，其加速度與所受的合外力成正比，而外力的大小可以通過某些物理量來間接測量，例如，彈簧提供彈力的大小可以通過其長度的變化來反映。慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計的原理與之相似，通過測量加速度計內(nèi)部某些物理量的變化，可以計算出飛機(jī)在指定方向的加速度大小，然后對加速度信號進(jìn)行積分處理，就能確定出飛機(jī)此時的飛行速度等信息了。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎可以輸出所有必需的導(dǎo)航信息，但是慣性解算中存在積分過程，導(dǎo)航誤差會隨時間不斷積累。因此飛機(jī)不能僅依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，以慣性導(dǎo)航為核心的多信息源綜合導(dǎo)航才是主要的解決方案。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于人體頭部的前庭和半規(guī)管，以衛(wèi)星導(dǎo)航為代表的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于人體的耳朵，視覺導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于人體的眼睛，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于人體對地形的記憶，綜合導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于人體的大腦。綜合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠綜合處理系統(tǒng)內(nèi)所有單一導(dǎo)航源提供的導(dǎo)航信息，可以為飛機(jī)在各飛行階段和任務(wù)階段，提供最優(yōu)的、統(tǒng)一的、可用的、可靠的飛機(jī)導(dǎo)航信息。
這就是現(xiàn)代飛機(jī)主要采用以慣性導(dǎo)航為核心的多信息源綜合導(dǎo)航系統(tǒng)作為飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的原因所在。未來飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)將向智能化和協(xié)同化方向發(fā)展，支撐空天地一體柵格化網(wǎng)絡(luò)的愿景。