详解大气数据惯性基准系统（ADIRS)
－概述－大气数据基准（ADR）－惯性基准（IR）－加速度计的工作原理
－激光陀螺的工作原理－为什么要校惯导－737NG惯导校准的五种方式－A320惯导校准的三种方式－737NG ISDU（Inertial System Display Unit）
－A320 CDU（Control Display Unit） 大气数据惯性基准系统（ADIRS - AIR DATA INERTIAL REFERENCE SYSTEM）是飞机最重要的导航系统,主要包含了两个主要功能：大气数据基准（ADR）和惯性基准（IR）。 ADIRS能提供：气压高度，空速，温度，航向，地速，姿态和当前位置数据。每部大气数据惯性基准组件（ADIRU）由一部大气数据基准组件（ADR)和一部惯性基准组件（IR） 组成。每部ADIRU中的ADR和IR系统各自独立工作，一个系统故障不会导致另一个系统失效。A320的ADIRS:
737NG的ADIRS:
大气数据基准（ADR）－计算空速，气压高度，大气总温和飞机迎角
737NG ADR:
A320 ADR:
大气数据基准（ADR）部分主要部件有：大气数据组件（ADM-Air Data Modules）皮托管探头（PITOTPROBE）静压口(STATICPORT)总温（TAT）探头 迎角（AOA）探测器 大气数据组件（ADM）的作用是：把各传感器感受的气压信号（模拟信号）转换为数字信号。
机身两侧的皮托管（PITOT PROBE）把外界空气的全压送到各自的ADM（机长和副驾驶），ADM把气压信号（模拟信号）转换成数字信号，通过ARING429总线送到ADIRU的大气数据基准（ADR）部分用来计算空速。机身两侧的静压口(STATIC PORT)把外界空气的静压送到各自的ADM（机长和副驾驶），ADM把气压信号（模拟信号）转换成数字信号，通过ARING429总线送到ADIRU的大气数据基准（ADR）部分用来计算高度和空速。大气总温探头（TAT）测量外界空气温度，通过数模转换器把温度值转换为电信号送到ADIRU的大气数据基准（ADR）部分。 迎角传感器（AOA）测量并将迎角信号转换为电信号送到ADIRU的大气数据基准（ADR）部分。
惯性基准（IR）－计算以下数据： 姿态,当前位置,地速,航向737NG IR:
每个ADIRU 由三个加速度计和三个激光陀螺来计算惯性基准（IR）数据。
惯性导航系统（IRS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数。
惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系的速度、偏航角和位置等信息。属于一种推算导航方式．即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向和速度推算出其下一点的位置．因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。
加速度计的工作原理
加速度计主要测量飞机在测量轴上的线性加速度。
从牛顿力学定律可知，在一个静止或作等速直线运动的密闭车厢中，从天花板吊悬的单摆总是垂向下，垂直上抛的小球总能重新落回手中，但是，当车厢有了加速度，情况就不同了。单摆会向后偏离铅垂线，垂直上抛的小球也会落到抛出点的后方，因此不依赖外部信息，在运动体的内部可以测出物体的加速度。考虑相对运动，加上牵连惯性力，可以解释为：是牵连惯性力Q向后拉动小球，如能测出单摆偏角θ，则运动物体加速度是a=g tanθ，在运动物体内部能测出物体加速度的仪器叫做加速度计，单摆可作加速度计使用，但不好测量。
下图是一个弹簧质点系统，当壳体（与飞机结构固定）沿飞机的速度轴有加速度时，惯性力作用在惯性质量块上，使其移动，直至与弹簧恢复力平衡，电位计即有与惯性力成正比的信号输出，因而可测出载体的加速度a。
对所测得的加速度积分一次可得速度v，积分两次得载体在积分时间间隔中的位移。如果再考虑初始条件，就能完全确定载体在任一时刻的位置与速度
下面是737NG惯导里的加速度计工作原理：
加速度计里由两个弹簧把一个质量块(MASS)固定在中间位，当飞机加速，质量块在惯性力作用下从定中位移动，通过与电容触点（CAPACITIVE PICKOFF）接触产生电信号，再经过放大器（AMPLIFIER）放大送到再定中线圈（RECENTERING COIL）,质量块在再定中线圈作用下从新回到定中位，把质量块保持在定中位所需要的电信号与飞机的加速度a成正比。
IR处理器把所反馈的加速度与时间进行第一次积分计算出速度v，再把计算出的速度与时间进行第二次积分计算出移动的距离，也就是飞机的位移。最后把起始位置加上飞机的位移就能计算出飞机目前的位置。
激光陀螺的工作原理：
激光陀螺主要测量飞机在测量轴上的角速度，即飞机的姿态。
激光陀螺的原理是利用光程差来测量旋转角速度（ Sagnac 效应）。在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光束和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。
激光陀螺仪激光的产生：在(gas discharge region)内装有低压混合气体（氦氖气体），通过阴极（cathode）和阳极（anodes）间的高压放电，产生电离（ionization）反应，激发混合气体，产生单色激光。激光陀螺中，把正反向两束波束从两个不透明的全反射镜（MIRROR）和一个半透半反镜（半镀银反射镜partially silvered mirror）经过合光棱镜（cornerprism）再经过不同的路径汇聚在一起，形成移动的干涉条纹（fringepattern），探测器里的光电二极管（Photo diodes）测量干涉条纹移动的快、慢就可以确定腔体转动的角速。每个惯导有三个环形激光陀螺，每个对应一个旋转轴（X,Y,Z），提供内部转动数据。在静止时，两束波束以同一频率到达传感器。飞机的转动造成两束波束之间的频率差，频率差由光学探测器测量后，提供一个数字式的输出，再经过计算，即可以提供飞机沿三条轴的转动信息（飞机姿态）。
ALIGNMENT为什么要校惯导？
飞机每次上电，惯性基准系统必须要进行校准才能正常工作，校准惯导的本质是告诉惯性基准系统飞机当前的精确位置，以便根据内部的3个激光陀螺与3个加速度计计算导航参数。ADIRU通过加速度计和激光陀螺感受地球的自转速率和重力用来计算:*地垂线 Localvertical*真北 True north*目前位置的纬度 Presentposition latitude. 飞机的起始位置INITIAL STARTING POSITION（首先要知道自已在哪里）精确定位——经纬度(latitudeand longitude)当飞机静止在地面，由于地心吸引力，ADIRU通过Z轴的加速度计感受重力先计算出地垂线（Local vertical），再者，由于地球的自转，通过加速度计和激光陀螺，结合测量出的地垂线就可以计算出真北（True north），和目前位置的纬度（Presentposition latitude）。由于地球的自转速度在每个纬度的点上都不一样，飞机在赤道上感受到的自转速度最快，越靠近两极感受到的自转速度越慢，所以根据测量出的自转速度就可以确定飞机目前的纬度。但是由于惯导只能测量出目前的纬度，而不能测量出目前的经度，所以，缺少了经度就不能确定目前的精确位置，这时候惯导就需要你给它输入一个目前位置的经纬度(latitude and longitude)，ADIRU根据你输入的纬度，通过自已测量出的纬度进行对比，如果纬度一致，就采用你输入的经度，由此，惯导校准完成。惯导的校准时间根据飞机目前的纬度从5分钟到17分钟，由于在赤道上的自转速度最快，所以只需要5分钟，在北纬70.2°至南纬70.2°之间，校准惯导需要10分钟，越靠近南北极校准时间越慢，在纬度70.2°至78.25°之间，校准惯导需要17分钟，当超出南北纬78.25度时，就无法准确校准惯导。
在导航模式，惯导采用起始位置，加速度计和激光陀螺测量的参数就可以计算出飞机的姿态，航向，速度和位移， 通过不断更新数据从而计算出飞机目前的位置。
但由于导航信息是经过积分而产生，定位误差会随时间而增大（累计误差），长期精度差，加上陀螺的漂移和加速度计的零位误差，初始条件误差，包括导航参数和姿态航向的初始误差，因此要不断地进行修正，通常飞完一个航班后需要重新校惯导。
飞机只有在校准完成后，惯性导航系统才可以进入导航方式且飞机才可以移动。如果飞机失去校准，例如惯性导航系统失去交流和直流电源、方式选择组件电门离开导航位，那么导航方式在剩余的飞机阶段中不工作。
方式选择电门具有保护功能，防止误操作关闭惯导。在空中惯导被关闭以后将无法重新进行校准。旋钮从ALIGN位至OFF位或者从NAV位至ATT位，需要将旋钮拉出以后才能转动，ALIGN位与NAV位之间切换无需拉出旋钮。如果强行旋转锁定的旋钮，将会损坏电门。
惯导校准过程当中飞机必须保持静止状态，如果惯导校准过程当中飞机移动，惯导的校准将自动中断。
737NG惯导校准的五种方式：
惯导校准时所需要的初始位置数据由惯性系统显示组件（ISDU）或者飞行管理计算机（FMC）提供，FMC的人机接口为控制显示组件（CDU），校准惯导所需的初始位置数据由ISDU或者CDU输入。通过方式选择面板（MSU）可以选择惯导的工作模式。
ISDU位于P5后顶板，如下图所示
MSU位于P5后顶板的ISDU下部，如下图所示
CDU位于P9板，如下图所示
开始校准惯导之前，首先需要开启惯导，将MSU上的方式旋钮旋转至NAV位，琥珀色ON DC灯亮5秒，白色的ALIGN灯亮后，输入当前的精确位置自动开始校准。
方式一：CDU中调用LASTPOS
从CDU进入位置初始页，按压右一行选键，上一次的初始位置被复制到CDU屏幕的最下一行。
按压右四行选键，将刚刚复制的经纬度填入SET IRS POS的空格中。
惯导自动开始校准，MSU上的ALIGN灯常亮，校准完成以后ALIGN灯熄灭。
方式二：CDU中调用机场代码
在位置初始页面下，使用CDU键盘输入四字机场代码，按压左二行选键填入REF AIRPORT的空格中。
按压右二行选键复制机场的经纬度。
按压右四行选键，将复制的经纬度填入SET IRS POS的空格中。
惯导自动开始校准，MSU上白色ALIGN灯常亮，校准完毕以后ALIGN灯熄灭。
方式三：CDU中调用GPS位置
进入位置初始页面后按压CDU上的NEXT PAGE按键进入下一页，可以看到左右两部GPS得到的经纬度，按压左四或者左五行选键复制左边或者右边GPS的经纬度。
按压CDU上PREVPAGE按键回到第一页，按压右四行选键，将复制的GPS经纬度填入SET IRS POS空格中，惯导自动开始校准，MSU上白色ALIGN灯常亮，校准完毕以后ALIGN灯熄灭。
方式四：人工输入经纬度
在CDU的位置初始页面下，由CDU的键盘人工输入经纬度，随后按压右四行选键填入空格。
输入格式为XDDMM.MYDDDMM.M
X代表北纬或者南纬，实际输入N或者S。
Y代表东经或者西经，是技术如E或者W。
D代表度；M代表分。
惯导自动开始校准，MSU上白色ALIGN灯常亮，校准完毕以后ALIGN灯熄灭。
方式五：ISDU上人工输入经纬度
在ISDU上将DSPLSEL旋钮设置到PPOS位置。
首先输入纬度数据，在键盘上按压N或者S以后输入角度数据；确保ISDU上左侧的显示窗显示输入的纬度数据，并且键盘上的ENT灯亮起；按压ENT按键保存纬度数据。
然后输入经度数据，在键盘上按压E或者W以后输入角度数据；确保ISDU上右侧的显示窗显示输入的经度数据，并且键盘上的ENT灯亮起；按压ENT按键保存经度数据。
惯导自动开始校准，MSU上白色ALIGN灯常亮，校准完毕以后ALIGN灯熄灭。
A320惯导校准的三种方式：
进行惯导的校准时，三个位于ADIRS方式选择组件（MSU）上的OFF/NAV/ATT电门要放到NAV位置，ADR1,ADR2和ADR3电门灯熄灭，ON BAT灯亮5秒后熄灭，ALIGN灯点亮，在ECAM上显示器显示备忘信息：IRS IN ALIGN > 7 MN，然后输入飞机当前位置。
方式一：使用GPS位置对惯导进行自动校准（取决于ADIRU的构型）此方式不需要人工进行任何操作。校准程序依靠GPS位置自动进行，使用GPS自动校准时时间会缩短。 方式二：通过MCDU 对ADIRS 进行校准当前位置可以通过公司航路或者是起始点的任何一种来输入。
下图显示的是起始点输入
例如，LSGG/LGAT意味着：----从GENOVA出发----到达ATHENSFROM/TO航路输入使用键盘在草稿栏输入LSGG/LGAT，然后按压1R行选键将其激活
并存入FROM/TO区域。
按压3R键（ALIGN IRS）起始三部惯导的校准。预知的机场位置将自动送给三部惯导。在ECAM上显示器上，当惯导校准结束时，IRS IN ALIGN 1MN 的信息消失。如果惯导校准失败，在MCDU上会显示CHECK IRS/AIRPORT POS信息 方式三：通过CDU对ADIRS 进行校准
把ADIRSCDU上的数据显示选择旋钮放在PPOS位置，系统显示选择旋钮放在1或2或3位置
例如，输入N 43。37’6, E 12。07’，先输入N,再输入43376，然后按压ENT健，再次输入E 1207，按压ENT健，你所输入的经纬度就会显示在显示器上，惯导开始校准。如果惯导校准失败，在MCDU上会显示CHECK IRS/AIRPORT POS信息。
ATT模式 (ATTITUDE)
惯导的ATT模式 (ATTITUDE)是一种备份模式，只提供飞机的姿态（PITCH AND ROLL）和磁航向信息。在地面或空中，当飞行员只需要姿态和航向信息或惯导的NAV模式故障时，可以把方式选择电门放在ATT位。
ATT模式的校准：
当把方式选择电门放在ATT位时，ALIGN灯会点亮30秒，ADIRU会校准俯仰和模滚姿态为0度，如果飞机在空中，飞行员必须保持飞机匀速直线飞行（不能加速），而且姿态水平直到ALIGN灯30秒后熄灭。
需要注意的是，ATT模式的校准还需要人工输入一个航向信息（737NG在ISDU或CDU上，320在CDU上）。
气压高度，空速，温度，航向，姿态和当前位置数据在PFD和ND上的显示：
737NG ISDU（Inertial System Display Unit）ISDU向ADIRU 提供初始位置和航向数据，同时可在IRS显示器上显示ADIRU的数据信息和维护信息。系统显示电门（SYSDSPL）可以选择左或右ADIRU数据显示在IRSDISPLAY上。显示选择电门（DSPL SEL）可以选择显示ADIRU不同的数据信息，包括：* TEST（测试）* TK/GS (航迹/地速track/ground speed)* PPOS (目前位置 presentposition)* WIND (风速/风向wind speed/wind direction)
* HDG/STS (航向/状态heading/status).
A320 CDU（Control Display Unit）CDU是惯导校准的备份，向ADIRU提供初始位置和航向数据，同时可用作模式选择，也可用作 ADIRU的信息显示和状态显示。系统显示电门（SYS DISPLAY）可以选择1,2,3号ADIRU的数据显示。数据显示选择电门（DATA DISPLAY）可以选择显示ADIRU不同的数据信息，包括：* TEST（测试）* TK/GS (航迹/地速track/ground speed)* PPOS (目前位置 presentposition)* WIND (风速/风向wind speed/wind direction)* HDG (航向 heading)
* STS(状态status)
谢谢！
多谢楼主科普啊 多谢楼主 写的好详细，有时间好好拜读一下。 教材不错！学的时候一定要学透，一知半解最容易误事 这么详细啊！！！谢谢 谢谢分享，很好的知识 很不错的东西，谢谢分享 楼主从哪找的啊？ 楼楼，总温探头上面一处是不是写错了？写成ATA了，后面的TAT还是俩种都对？谢谢楼楼解答
回 1074867009 的帖子
1074867009:楼楼，总温探头上面一处是不是写错了？写成ATA了，后面的TAT还是俩种都对？谢谢楼楼解答 (2015-06-15 11:55) images/back.gif是写错了，TAT才正确，谢谢纠正 楼主编的好 太强了
内容来自[触屏版] 还是可以的，很详细 谢谢楼主分享，要学习一阵子了！ 有一事不明，激光陀螺仪感受的是角速度，为啥校惯导耗时与纬度有关呢，各纬度角速度一致的啊？
内容来自[触屏版] Z轴的加速度计测得的加速度得减去对应高度的重力加速度才是飞机真正的Z轴加速度吧？
内容来自[触屏版] 好专业 要花点时间看 只能说太有用了 zhuxun:有一事不明，激光陀螺仪感受的是角速度，为啥校惯导耗时与纬度有关呢，各纬度角速度一致的啊？
内容来自[触屏版] (2015-06-16 14:40) images/back.gif
所谓校惯导实际只校得出纬度，而纬度的不同与角速度无关，而与加速度有关。所以起作用的应是加速度计而不是陀螺。这一点想明白就好办了 不错，不错 受益匪浅，已学习！ 已经学习，好东西！ 好东西，楼主很用心的做！赞！ 电子老的活啦……
内容来自[触屏版] 很好的资料，谢谢分享！ 谢谢分享，这理解起来挺费劲的，学习一下 添哥，我来顶你！
内容来自[触屏版] 正好今天上飞机好好的研究了下。感谢 狮王，V587
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