無線電導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航

無線電導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航現(xiàn)代導(dǎo)航20世紀(jì)中葉至今衛(wèi)星導(dǎo)航多手段集成近代導(dǎo)航20世紀(jì)40年~20世紀(jì)60年代前后無線電導(dǎo)航原始導(dǎo)航19世紀(jì)中葉以前指南車指南針天文導(dǎo)航普通導(dǎo)航19世紀(jì)中葉~二十世紀(jì)30年代末慣性導(dǎo)航技術(shù)導(dǎo)航發(fā)展階段發(fā)展階段民用與軍用（隱蔽性和抗干擾能力）應(yīng)用場合水下，陸地，海上，航空，航天，星際成本，大小，能耗自主與非自主有源與無源晝夜與天氣精度更新頻率完好性覆蓋范圍影響導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的因素常用的幾種導(dǎo)航技術(shù)地標(biāo)目視導(dǎo)航航位推算導(dǎo)航天文導(dǎo)航無線電導(dǎo)航慣性導(dǎo)航特征匹配導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航組合導(dǎo)航主要內(nèi)容無線電導(dǎo)航無線電導(dǎo)航的基本概念（重點(diǎn)）無線電導(dǎo)航定位的基本原理（難點(diǎn)）陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航的基本概念（重點(diǎn)）衛(wèi)星導(dǎo)航定位的基本原理衛(wèi)星導(dǎo)航定位的數(shù)學(xué)模型（難點(diǎn)）衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用1、無線電導(dǎo)航1.1定義利用運(yùn)動體上的電子設(shè)備接收和處理無線電波來獲得導(dǎo)航參數(shù)，確定航行體的位置，引導(dǎo)運(yùn)動體沿規(guī)劃航線、在規(guī)定時間到達(dá)目的地的航行技術(shù)現(xiàn)代航空中，最基本、核心的導(dǎo)航手段是無線電導(dǎo)航。沒有無線電導(dǎo)航，就沒有現(xiàn)代航空！無線電導(dǎo)航的任務(wù)1）引導(dǎo)航行體飛離航線起點(diǎn)，進(jìn)入并沿預(yù)定航線航行；2）引導(dǎo)航行體在夜間和各種復(fù)雜氣象條件下安全著陸或進(jìn)港；3）為航行體準(zhǔn)確、安全完成航行任務(wù)提供所需的其他導(dǎo)引及情報咨詢服務(wù)；4）確定航行體當(dāng)前所處的位置及其航行參數(shù)（速度、加速度等）。1、無線電導(dǎo)航1、無線電導(dǎo)航1.2無線電導(dǎo)航發(fā)展歷史20世紀(jì)20～30年代，無線電測向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段，而且一直沿用至今。二戰(zhàn)期間，無線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種導(dǎo)航系統(tǒng)。雷達(dá)開始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段。飛機(jī)著陸開始使用雷達(dá)和儀表著陸系統(tǒng)。60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。70年代微波著陸引導(dǎo)系統(tǒng)研制成功。80年代，全球定位系統(tǒng)研制成功。1、無線電導(dǎo)航1.3無線電導(dǎo)航原理無線電導(dǎo)航主要利用電磁波傳播的基本特性電磁波在均勻理想介質(zhì)中，沿直線（或最短路徑）傳播電磁波在自由空間的傳播速度是恒定的電磁波在傳播路線上遇到障礙物或在不連續(xù)媒質(zhì)的界面上時會發(fā)生反射1、無線電導(dǎo)航1.3無線電導(dǎo)航原理通過無線電波的發(fā)射、接收和處理，導(dǎo)航設(shè)備通過測量無線電導(dǎo)航臺發(fā)射信號(電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量可確定運(yùn)動載體相對于導(dǎo)航臺的方位、距離和距離差等幾何參量，進(jìn)而確定運(yùn)動載體與導(dǎo)航臺之間的相對位置關(guān)系，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動載體的定位和導(dǎo)航。1、無線電導(dǎo)航1.3無線電導(dǎo)航原理無線電導(dǎo)航的基本觀測量：方位(角度)，距離(距離差)測角方法：振幅法、相位法測距方法：相位法、頻率法、脈沖法角度測量距離測量1、無線電導(dǎo)航定位

定位1.3無線電導(dǎo)航原理可以組成測角-測角、測距-測距、測角-測距、測距差（雙曲線）等多種形式的導(dǎo)航定位方式1、無線電導(dǎo)航1.3無線電導(dǎo)航原理可以組成測角-測角、測距-測距、測角-測距、測距差（雙曲線）等多種形式的導(dǎo)航定位方式

定位

距離差定位1、無線電導(dǎo)航1.4無線電導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不受時間、天氣限制精度高作用距離遠(yuǎn)定位時間短設(shè)備簡單可靠缺點(diǎn)需發(fā)射和接收無線電波，容易被發(fā)現(xiàn)和干擾，需要載體外的導(dǎo)航臺支持，一旦導(dǎo)航臺失效，對應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備無法使用1、無線電導(dǎo)航1.5無線電導(dǎo)航分類按導(dǎo)航臺所處位置分類陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)按有效作用距離劃分近程導(dǎo)航系統(tǒng)遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)全球?qū)Ш较到y(tǒng)1、無線電導(dǎo)航1.6陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)概念導(dǎo)航臺安置在地面上的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)組成一般由地面發(fā)射裝置和載體信號接收設(shè)備兩部分組成系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)體積較小，質(zhì)量輕，可靠性高缺點(diǎn)：系統(tǒng)覆蓋區(qū)域受限制、定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域航海、航空、陸地車輛導(dǎo)航1、無線電導(dǎo)航1.6陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)典型系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)（ILS）康索爾（CONSOL）伏爾（VOR）+測距機(jī)（DME）羅蘭C（Loran-C）奧米伽（OMEGA）塔康（TACAN）TACANVOR天線ILS1、無線電導(dǎo)航Loran-C簡介LongRangNavigation(遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng))系統(tǒng)參數(shù)和特點(diǎn)工作頻率:90KHz~110KHz地波定位的作用距離為2000km左右，天波為4000km地波定位精度為460m，重復(fù)測量和相對定位精度為18~90m有定時功能缺陷羅蘭C臺鏈覆蓋地區(qū)有限，定位精度也較低應(yīng)用航海、航空、陸上、交通、授時、軍事等1、無線電導(dǎo)航Loran-C工作原理系統(tǒng)構(gòu)成：一個主站，若干輔站，接收設(shè)備工作方式：測定主、副臺發(fā)射的兩個脈沖信號的時間差和兩個脈沖信號中載頻的相位差，即可運(yùn)動載體到主、副臺的距離差定位方法：雙曲定位Loran-C信號發(fā)射機(jī)1、無線電導(dǎo)航1.7室內(nèi)無線電定位技術(shù)人們對定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息1、無線電導(dǎo)航1.7室內(nèi)無線電定位技術(shù)隨著智能手機(jī)的普及，以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，室內(nèi)導(dǎo)航的需求將越來越大1、無線電導(dǎo)航1.7室內(nèi)無線電定位技術(shù)射頻識別（RFID）無線網(wǎng)絡(luò)（WLAN）超寬帶（UWB）紫蜂（ZigBee）藍(lán)牙（Bluetooth）室內(nèi)GPS（A-GPS）偽衛(wèi)星（PL）雷達(dá)（Radar）RFIDtagRFIDReaderZigBee模塊UWB芯片A-GPS1、無線電導(dǎo)航ABZXY5Km5.3Km6KmCell-IDTOA(timeofarrival)/signalstrength232、衛(wèi)星導(dǎo)航2.1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱為GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱為GNSS。

現(xiàn)有全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPSGLONASSGALILEO中國北斗(BDS)中國2012亞太地區(qū)2015全球覆蓋2.1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2、衛(wèi)星導(dǎo)航北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)總體計劃:三個建設(shè)階段從主動定位到被動定位從區(qū)域服務(wù)到全球服務(wù)2020從主動定位到被動定位從區(qū)域到全球2、衛(wèi)星導(dǎo)航2.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)高精度全天候高效率三維定位多用途自動化全球?qū)Ш?、衛(wèi)星導(dǎo)航2.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成地面控制部分主控站（負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作）、地面天線（在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文）、監(jiān)測站（數(shù)據(jù)自動收集中心）和通訊輔助系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸）組成

空間部分衛(wèi)星組用戶部分接收機(jī)和信號接收天線監(jiān)測站主控站觀測值注入站衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)計算導(dǎo)航電文2、衛(wèi)星導(dǎo)航GPS用戶2、衛(wèi)星導(dǎo)航2、衛(wèi)星導(dǎo)航一個站星距離測站位于以衛(wèi)星為球心，站星距離為半徑的球面上2.4衛(wèi)星導(dǎo)航定位的幾何原理2、衛(wèi)星導(dǎo)航兩個站星距離作兩個球面兩個球面相交為圓測站位于圓圈上2.4衛(wèi)星導(dǎo)航定位的幾何原理2、衛(wèi)星導(dǎo)航三個站星距離作三個球面三個球面兩兩相交于兩點(diǎn)測站位于其中一點(diǎn)2.4衛(wèi)星導(dǎo)航定位的幾何原理2.4衛(wèi)星導(dǎo)航定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會一個站星距離=球面兩個站星距離=圓三個站星距離=兩點(diǎn)三個站星距離+地球=一點(diǎn)2、衛(wèi)星導(dǎo)航

2、衛(wèi)星導(dǎo)航2.4衛(wèi)星導(dǎo)航定位的幾何原理衛(wèi)星信號于“T”時刻發(fā)射GPS接收機(jī)于“T+

Δt”收到信號站星距離=信號傳播時間x光速XllVlXllllllllVVVllVlllXlX

2、衛(wèi)星導(dǎo)航2.5數(shù)學(xué)模型S1S2S3S4(X,Y,Z)2、衛(wèi)星導(dǎo)航2.6衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用基本應(yīng)用PNT服務(wù)定位導(dǎo)航授時飛機(jī)導(dǎo)航GPS已成為航空交通管理系統(tǒng)的支撐技術(shù)之一GPS能無縫提供飛機(jī)三維運(yùn)動狀態(tài)（位置和速度）為飛機(jī)的起飛，航行，著陸和機(jī)場滑行提供安全高效的導(dǎo)航服務(wù)車載導(dǎo)航車載導(dǎo)航系統(tǒng)移動目標(biāo)監(jiān)控以數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)（GSM）為基礎(chǔ)，GPS為車輛提供定位信息監(jiān)控中心獲得并檢測移動目標(biāo)的位置信息，并顯示在精確的電子地圖（GIS）上能夠監(jiān)控和掌握移動用戶實(shí)時動態(tài)的信息，為移動用戶提供監(jiān)控報警、區(qū)域看車、事故拯救、醫(yī)療救護(hù)、交通支援等功能服務(wù)車輛跟蹤系統(tǒng)防盜在一些小偷偏愛的“海王星”等一些品牌的摩托車上隱蔽地裝上GPS，數(shù)據(jù)信號能直接傳到警方平臺，一舉一動均在警方監(jiān)控之下精確打擊測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用國家高精度GPS網(wǎng)時間傳遞和時間同步利用GPS進(jìn)行時間傳遞和時間同步已在科學(xué)研究、金融和電力及通信中得到了廣泛應(yīng)用地學(xué)應(yīng)用地球動力學(xué)GPS/METGPS電離層探測GPS/R（土壤濕度，測雪，海面高，海面地形）地球動力學(xué)中國及周邊地殼運(yùn)動圖大氣探測GPS氣象水汽