什麼是導航？IR是以什麼為基準？地面校準的是什麼？
首先造成誤會的是“慣導”這個中文名。
抬頭看看那塊面板，IRS…… 中文名管它叫什麼？“慣導系統”（慣性導航系統）對不？可是R不是“基準”（reference）嗎？不該叫“慣基系統”嗎？你說：“慣基”也太難聽了，叫“慣導”是叫習慣了吧？是的，“慣基”還真是難聽…… 那麼中間那個字母為什麼是R而不是N（導航navigation）呢？畢竟“慣導系統”再翻譯回去應該是INS吧？你可能要罵人了：能不能整點有用的……
唉，這裡聊的是理論層面的東西，暫時還不太實用。且看下來，看看對於理解系統原理有沒有幫助……
我猜想，“慣基”確實難聽，但“慣導”之所以勝出，大概還有一部分原因在於：這是繼承了航海和軍事領域的叫法。潛艇和導彈，為了執行秘密任務，必須具備
“自主導航”的能力——完全不依賴於外界的幫助，就能搞清楚自己在哪兒、怎麼走才能到達目的地。
這種能力來自於它們的“慣性導航系統”（inertial navigation system，INS）。
潛艇和導彈，在最壞的情況下，不依靠視覺參考，不依靠無線電，也不依靠對環境的任何測量和反饋，可說是兩眼一抹黑、一條路走到底、就是不偏離。嗯，這才是純粹的“自主導航”。
而飛機上的“慣導系統”，如果指的是IRS，那麼單憑它自己，還不能夠讓飛機具備類似的“自主導航”能力。這是因為，IRS只能提供飛機“在哪兒”的資料，但是要解決“怎麼走”的問題，還得依賴於其他系統（稍後講它）。所以
IRS只是INS的一部分，製造商沒有單獨把它和其他系統拼在一起命名為INS，大概是因為在民航飛機的實際執行中，從來不使用純粹的自主導航。畢竟，民航飛機還沒有到需要執行秘密任務的地步……
01 什麼是導航？
為了把這些有點兒繞的道理捋直了，還得從一些基本概念說起。儘量說一些大白話。先來通俗地講講如何理解“導航”二字。
假想你在城市的陌生角落裡迷了路，而你想回家。那麼你遇到的問題是“不知道在哪兒”、“不知道該怎麼走”。你的手機這時候能幫你做什麼呢？對，就是“導航”。導航軟體，專門幫助迷路想家的孩子，專業解答“我在哪兒”、“我該怎麼走”這兩大難題。
公式：導航=定位+指路（navigation = positioning + directing）
你所聽說的各種導航方式，其實都是在搞定這兩大難題。比如目視導航，地標和箭頭分別為你定位和指路。高速公路上的指路牌，公園裡的路標都起到了“目視導航”的作用。比如無線電導航，你需要有地面基站，需要有相對於基站的方向和距離，這樣就完成了定位；而導航顯示器上的各類標識和符號構成“飛行計劃”，指明接下來的飛行路線。
現在，我們來看“慣性導航”。IRS其實只提供了定位能力，但“指路”能力則要由FMC來提供。
FMC，飛行管理計算機，在導航這事兒上，它很像一部手機。FMC內建“導航軟體”，也儲存著定期更新的“導航資料庫”——相當於最新版的“地圖”。飛行前，飛行員在人際互動介面CDU（公共顯示元件）輸入起降場等資料——這個操作類似於我們在手機上輸入導航的起點和終點，FMC就能規劃出“飛行計劃”（路線），顯示在ND（導航顯示器）上。
FMC的這個能力的正式名字就叫做導航（navigation）。但是須知，沒有定位，就沒有導航。這就好比說如果沒有了GPS（也包括我們的北斗系統），手機就沒法為我們導航。故而FMC的這個能力嚴格講來是“指路”，它要協調具備定位能力的系統（比如IRS或各種無線電導航系統），才能實現導航。
其實FMC是具有綜合能力的計算機，“指路”只是一部分能力，因此
可以認為INS
如果寫成INS=IRS+FMC，那麼這裡的FMC就只代表了它的導航功能部分。
以上，用了B737的術語。對於A320或其他飛機，FMGC（飛行管理制導計算機）相當於這裡的FMC。
02 以什麼為“基準”？
現在，知道了IRS本身並不具備導航能力，R這個字母就顯得很醒目了。R，Reference，一般翻譯成“基準”，那麼是不是“以……為基準”的意思呢？百思不得其解之際，聯想到了“慣性參考系”，它的英文是inertial reference frame。
沒錯，
IR正是“慣性參考”。
參考=基準。找到某個慣性運動的物體，以它為參考（“基準”），設定原點以及三維座標軸，用以描述飛機的位置和運動，這就是飛機的IRS所實現的功能。那麼，那個作為基準的、慣性運動的物體去哪兒找呢？其實，“某一時刻”的ADIRU（“慣導計算機”，大氣資料慣性基準元件）就可以是這個基準。
在地面，在開始“校準”的那一刻，ADIRU在宇宙中的絕對位置被“鎖定”，此刻的它，就是基準，是座標原點。
4分鐘後，由於地心引力、飛機結構的支撐和推動力的共同作用，ADIRU已經繞著地球的中軸做了1°的弧線運動（因為24小時=1440分鐘=360°）。弧線運動不是慣性運動；因此最初的那個絕對位置必須被“鎖定”作為一個想象中的“基準”，或者叫做原點。
03 地面“校準”的是什麼？
ADIRU內部有一組神奇的感測器和處理器，感測器感知ADIRU本身的運動資料，由處理器進行精密的計算，得出ADIRU每個時刻相對於那個原點的位置，這是它在慣性座標系中的位置。而ADIRU固定在飛機上，所以ADIRU的運動就是飛機的運動。
但是，人類生活在跟隨地球自轉而旋轉的經緯網路裡，而這個網路正如前邊提到的進行了4分鐘弧線運動的ADRIU，它無時不刻都在做非慣性運動。為了知道“在哪兒”、“怎麼走”，人類想看到的是飛機在經緯網路裡的位置（經度、緯度、高度），反而看不懂ADIRU所提供的慣性座標系裡的位置（x， y， z）。
如果（x, y, z）出現在顯示器上，飛行員和管制員只能感到眩暈……
不要緊，ADIRIU自己就可以完成“翻譯”，把這些慣性座標變成人類看得懂的經緯座標。這種翻譯，在飛行過程中是實時進行的，但是翻譯規則要在地面先花費5到8分鐘時間來獲取。當飛機停放在不同緯度的機場，翻譯規則是不同的。獲取這個翻譯規則的過程，就是所謂的“校準”。
下面是這些原理的另一種表述，包含了更多的細節。
ADIRU內部，有一組神奇的感測器：3個加速計和3個陀螺儀。由於牛頓三大定律等基本物理規律的作用，這些感測器，哪怕是被“關了小黑屋”，與世隔絕，但只需要“扶著牆”，就能知道小黑屋在“慣性參考系”中的運動。感測器固定在ADRIU內部、從而固定在飛機上，就能感知到飛機每個時刻在3個方向上的加速度和角加速度，而藉助於處理器進行積分運算，又能得到速度和累計的路程。
但是這些感測器的神奇能力，只限於感知飛機相對於那個想象中的、屬於慣性世界的“基準”的運動。一旦飛機離地，如果想知道飛機相對於我們現實中設定的地面固定參考物的運動——比如說相對於某個機場，就有些為難它們了。好在ADIRU在起飛前已經花費5到8分鐘“心算”出了一套“換算關係”。在飛行過程中，它把感測器感知到的、慣性參考系裡的資料丟進處理器，往“換算表”裡一填，就得出了飛機相對於地面固定參考物的運動和位置資料。
就這樣，
基於經緯網路的位置和運動資訊最終出現在顯示器上，飛行員和管制員點點頭。
“校準”，英文Align，本義是“對齊”。想象一個三維的慣性座標系，把它扯過去和經緯網路“對齊”。
一個原本描述為(x, y, z)的座標，變成了（經度，緯度，慣性高度），而獲取這種座標變換關係的過程，就是“校準”。這就是“校準”的實質。
—— END ——