航向姿态系统

飞行仪表

航向姿态系统，是测量、显示和提供飞机航向角和姿态角信号的飞行仪表。这种系统主要由全姿态陀螺仪、磁感应传感器或天文罗盘以及全姿态指示器组成。它能向飞行人员指示导航所需要的航向角和驾驶所需要的倾侧角、俯仰角，还能为自动驾驶仪、火力控制系统、雷达天线、航空照相机等其他机载设备提供统一的航向角和姿态角信号。

基本概念

航向姿态系统是测量、显示和提供飞机航向角和姿态角信号的飞行仪表，它能向飞行人员指示导航所需要的航向角和驾驶所需要的倾侧角、俯仰角，还能为自动驾驶仪、火力控制系统、雷达天线、航空照相机等其他机载设备提供统一的航向角和姿态角信号。

组成

航向姿态系统主要由全姿态陀螺仪、磁感应传感器或天文罗盘以及全姿态指示器组成。

全姿态陀螺仪

由装在随动环内的航向陀螺和垂直陀螺组成。航向陀螺由磁感应传感器（见磁罗盘）或天文罗盘修正，输出航向参考信号（见航向陀螺仪）；垂直陀螺输出俯仰和倾侧姿态参考信号（见陀螺地平仪）。飞机作机动飞行时，为保证全姿态正常工作垂直陀螺输出姿态角信息，通过伺服系统带动相应的随动环。因此，它既能使航向陀螺的测量轴始终保持在当地垂线方向上，从而消除其倾侧支架误差，又能使垂直陀螺的外环轴与自转轴始终保持正交，从而使垂直陀螺正常工作。为保证全姿态陀螺仪的测量精度，航向陀螺有保持自转轴水平(与测量轴正交)的水平修正装置和按纬度补偿地球自转影响和其他因素引起方位漂移的方位修正装置。垂直陀螺有保持自转轴与当地垂线一致的垂直修正装置。此装置受盘旋切断开关的控制避免盘旋误差。为了降低支架轴承摩擦力矩对方位测量精度的影响，可以采取专门的技术措施（如旋转轴承等）。

全姿态指示器

航向姿态系统的指示装置综合显示飞机的航向角、俯仰角和倾侧角，显示部分主要由球形刻度盘、小飞机标志和刻度指标等组成。球形刻度盘上有经线和纬线。经线上有航向刻度读数，纬线上有俯仰刻度。刻度盘上半球涂成浅色，以示天空，下半球涂成深色，以示地面。上下半球之间的分界线是人工地平线。小飞机标志固定在表壳上。全姿态陀螺仪输出的航向角、俯仰角和倾侧角信号通过全姿态指示器内的三套交流伺服系统使球形刻度盘和倾侧指标转动。飞机全姿态以小飞机标志的中点（A点）作为判读点，由相对于刻度盘经线的位置读取航向角，相对于刻度盘纬线的位置读取俯仰角；根据倾侧指标相对于壳体面板上倾侧刻度的位置读取倾侧角。此外，指示器还接受速率陀螺输出的飞机转弯速率信号，根据转弯指标相对于转弯刻度的位置判读飞机有无转弯、转弯方向和速率大小，并根据侧滑仪判读飞机有无侧滑。这个部分的工作原理与转弯倾斜仪相同。用面板上的俯仰调整旋钮可以适当调整球形刻度盘相对小飞机标志的俯仰角度。航向姿态系统的航向角信号由全姿态陀螺仪中航向陀螺测量轴上的同步器提供，其精度约 1.5°。俯仰角信号由全姿态陀螺仪的垂直陀螺与倾侧随动环间的同步器提供，倾侧角信号由倾侧随动环与壳体之间的同步器提供。姿态角的精度在水平飞行时约为1°，机动飞行时约为2.5°。

发展与应用

20世纪70年代后期出现的航向姿态系统，采用惯性导航技术中的捷联惯性测量装置（见捷联式惯性导航）来给出飞机的航向角和姿态角信息。新的系统具有重量轻、精度高、工作可靠性高等优点。在与其他导航系统组合时，还可输出多种精确的导航信息。

基于MEMS器件的航向姿态系统

捷联惯导系统是惯性传感器（主要指陀螺和加速度计）直接固连在运载体上的惯导系统，捷联式姿态航向系统是基于捷联惯导系统原理，通过陀螺仪和加速度计测量载体的角运动和加速度，得到载体姿态和航向信息的系统，已成为惯性技术发展的一个重要方向。然而无论是国内还是国外较先进的AHS 系统由于传感器因素导致体积和重量都较大，成本昂贵，这在一定程度上限制了航向姿态测量系统的应用。随着微电子技术的发展而出现的微电子机械系统（MEMS，Micro Electro Mechanical System）由于具有尺寸小、重量轻、成本低、功耗小和动态范围宽等优点，被广泛应用于测量领域。

小型固态航向姿态系统

随着科技的发展，航向测量系统日益小型化、智能化。小型HPR-1固态航向姿态系统就是在这种背景下研发出来的，以Honeywel l公司的HMR3300数字罗盘为核心，内含单片机，外带手持显示控制器的航姿系统。该系统不仅可以完成对航向、倾斜、俯仰等航姿信号的实时采集，而且可以在进行误差补偿之后提供多路满足用户需求的数字量和模拟量的输出。该系统具有体积小、重量轻、精度高、可靠性高和使用灵活等特点，可以应用于无人机导航，车辆、轮船的航向测量等多个领域。

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