導(dǎo)航與定位技術(shù)課件(無(wú)線電導(dǎo)航)

1、課程內(nèi)容(nirng)內(nèi)容(nirng)一、概述（1）二、慣性導(dǎo)航（2）三、衛(wèi)星導(dǎo)航（2-3）四、組合導(dǎo)航（1）五、其他導(dǎo)航（1-2） 本課程(kchng)共16學(xué)時(shí)，8次課1共四十八頁(yè)三、衛(wèi)星導(dǎo)航(dohng)技術(shù)3.1 無(wú)線電導(dǎo)航(dohng)3.2 衛(wèi)星定位原理3.3 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航3.4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航3.5 GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航3.6 GALILEO衛(wèi)星導(dǎo)航2共四十八頁(yè)3.1.1 引言3.1.2 地基無(wú)線電導(dǎo)航(dohng)分類及技術(shù)指標(biāo)3.1.3 地基無(wú)線電導(dǎo)航基本原理3.1.4 典型地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介三、衛(wèi)星(wixng)導(dǎo)航技術(shù)3.1 無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)3共四十八頁(yè)（1）地基(

2、dj)無(wú)線電導(dǎo)航的定義 裝有無(wú)線電接收機(jī)的載體，接收并測(cè)量地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)，然后根據(jù)相應(yīng)觀測(cè)量（如信號(hào)振幅、相位、傳播時(shí)間(shjin)等）的量測(cè)信息，通過(guò)計(jì)算獲取載體的導(dǎo)航信息。4共四十八頁(yè) 20世紀(jì)初至二戰(zhàn)前夕 以定向?yàn)橹鞯脑缙陔A段； 二戰(zhàn)至20世紀(jì)60年代 全面開(kāi)展、日趨完善的發(fā)展階段； 20世紀(jì)60年代至今(zhjn)： 成熟階段。 （2）地基無(wú)線電導(dǎo)航(dohng)的發(fā)展 5共四十八頁(yè)三、衛(wèi)星導(dǎo)航(dohng)技術(shù)3.1.1 引言(ynyn)3.1.2 地基無(wú)線電導(dǎo)航分類及技術(shù)指標(biāo)3.1.3 地基無(wú)線電導(dǎo)航基本原理3.1.4 典型地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1 無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)

3、6共四十八頁(yè)按有效作用距離分：近程/中程/遠(yuǎn)程/超遠(yuǎn)程系統(tǒng)；按所測(cè)電信號(hào)參量分：振幅/頻率/相位(xingwi)/脈沖/混合系統(tǒng)；按所測(cè)幾何參量分：測(cè)角/測(cè)距/測(cè)距差/測(cè)距和系統(tǒng)；按工作方式分：有源/無(wú)源系統(tǒng)。（1）地基(dj)無(wú)線電導(dǎo)航的分類 7共四十八頁(yè) 導(dǎo)航精度：定位誤差，用概率統(tǒng)計(jì)方法描述； 覆蓋范圍：與規(guī)定(gudng)的定位精度相對(duì)應(yīng)； 系統(tǒng)容量：可同時(shí)提供定位服務(wù)的用戶數(shù)量； 信息更新率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)可為用戶提供定位服務(wù)的次數(shù)； 其它指標(biāo)：連續(xù)性、可用性、可靠性、完好性等。（2）地基(dj)無(wú)線電導(dǎo)航的技術(shù)指標(biāo) 8共四十八頁(yè)三、衛(wèi)星導(dǎo)航(dohng)技術(shù)3.1.1 引言3.1.2

4、地基無(wú)線電導(dǎo)航分類及技術(shù)指標(biāo)3.1.3 地基無(wú)線電導(dǎo)航基本原理3.1.4 典型(dinxng)地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1 無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)9共四十八頁(yè) 載體接收和處理的電參量是無(wú)線電波的振幅或相位，進(jìn)而獲取載體相對(duì)地面(dmin)導(dǎo)航臺(tái)站的方位角，并建立該測(cè)量量與導(dǎo)航參量（載體位置）間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)解方程或其它等效方法求得所需的導(dǎo)航參量。（1）地基無(wú)線電測(cè)角導(dǎo)航(dohng)原理 10共四十八頁(yè) 最小值法、最大值法和等信號(hào)(xnho)法，測(cè)角精度為1 5 ,用于無(wú)線電羅盤、儀表著陸系統(tǒng)。振幅(zhnf)測(cè)角法11共四十八頁(yè)相位(xingwi)測(cè)角法 天線(tinxin)方向性圖 塔康信號(hào)

5、結(jié)構(gòu)x12共四十八頁(yè) 在水平面內(nèi)一心形方向性圖的天線向外輻射無(wú)線電信號(hào)，同時(shí)還在該平面內(nèi)以一定角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并在方向性圖轉(zhuǎn)到特定方位時(shí)全向天線發(fā)射基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，則在空間任意方位載體(zit)的接收信號(hào)是以旋轉(zhuǎn)周期為周期的包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，且收到基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，該信號(hào)的包絡(luò)相位與載體的接收點(diǎn)方位一一對(duì)應(yīng)。測(cè)出周期調(diào)制包絡(luò)在基準(zhǔn)時(shí)刻的相位即可確定載體方位。 相位(xingwi)測(cè)角法 測(cè)角精度高于振幅測(cè)角法，如塔康系統(tǒng)為2.5 (2) ，多普勒伏爾優(yōu)于1 。13共四十八頁(yè)測(cè)角定位(dngwi)原理14共四十八頁(yè)測(cè)角定位(dngwi)原理 測(cè)角水平位置線是以導(dǎo)航臺(tái)為頂點(diǎn)、方位角對(duì)應(yīng)正切值為斜率的射線。用

6、戶(yngh)分別測(cè)得載體相對(duì)導(dǎo)航臺(tái) A 和 B 的方位角，確定兩條位置線，其交點(diǎn)為載體的位置。 測(cè)角定位法設(shè)備簡(jiǎn)單，但其位置線誤差隨與用戶導(dǎo)航臺(tái)間的距離成正比例增大，故常用于近程定位 。15共四十八頁(yè) 載體接收和處理的電參量是無(wú)線電波的相位(xingwi)、頻率或脈沖傳播時(shí)間，進(jìn)而獲取載體相對(duì)地面導(dǎo)航臺(tái)站的距離，并建立該測(cè)量量與導(dǎo)航參量（載體位置）間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)解方程或其它等效方法求得所需的導(dǎo)航參量。（2）地基無(wú)線電測(cè)距導(dǎo)航(dohng)原理 16共四十八頁(yè) 設(shè) A 和 B 點(diǎn)間的距離為 d，則往返于兩點(diǎn)間的接收(jishu)/發(fā)射電磁波的相位差滿足 可得兩點(diǎn)間的距離為 相位(xin

7、gwi)測(cè)距法 相位測(cè)量存在多值性問(wèn)題，需其它方法予以消除； 測(cè)量精度較高，測(cè)量方便 ，應(yīng)用廣泛。17共四十八頁(yè)頻率(pnl)測(cè)距法18共四十八頁(yè)其中反射/發(fā)射信號(hào)的差頻 ，電磁波往返(wngfn)時(shí)間 ， 為有效調(diào)頻時(shí)間，發(fā)射信號(hào)的最高/最低頻率之差 。 頻率(pnl)測(cè)距法 無(wú)線電低高度表采用頻率調(diào)制工作體制，最小測(cè)量高度達(dá)0.5m，多用于飛機(jī)的低空飛行導(dǎo)引。19共四十八頁(yè)對(duì)于無(wú)源測(cè)距而言，但存在時(shí)間同步問(wèn)題，用于羅蘭C系統(tǒng)。脈沖(michng)測(cè)距法對(duì)于有源測(cè)距而言，但存在電磁暴露問(wèn)題，用于測(cè)距器系統(tǒng)。詢問(wèn)應(yīng)答信標(biāo)飛機(jī)20共四十八頁(yè)測(cè)距定位(dngwi)原理 測(cè)距水平位置線是以導(dǎo)航臺(tái)為中

8、心、導(dǎo)航臺(tái)與載體(zit)間距離為半徑的圓。用戶分別測(cè)得載體相對(duì)導(dǎo)航臺(tái) A 和 B 的距離，確定兩條位置線，其交點(diǎn)為載體的位置。 21共四十八頁(yè) 載體接收和處理的電參量是無(wú)線電波的脈沖傳播時(shí)間或相位(xingwi)，進(jìn)而獲取載體相對(duì)2個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)站的距離差，并建立該測(cè)量量與導(dǎo)航參量（載體位置）間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)解方程或其它等效方法求得所需的導(dǎo)航參量。（3）地基(dj)無(wú)線電測(cè)距差導(dǎo)航原理 22共四十八頁(yè)BA MP測(cè)距差定位(dngwi)原理23共四十八頁(yè) 依靠布設(shè)(b sh)于海岸上的一系列導(dǎo)航臺(tái)，周期性地同步發(fā)射脈沖或載波信號(hào)。船載接收機(jī)接收到來(lái)自主臺(tái)和副臺(tái) A 的信號(hào)后，測(cè)量脈沖（包絡(luò)

9、）信號(hào)達(dá)到的時(shí)間差（相位差），然后計(jì)算得到船至兩臺(tái)的距離差。于是，可以確定一條以2個(gè)臺(tái)為焦點(diǎn)的雙曲線（位置線）。測(cè)量主臺(tái)與副臺(tái)B的脈沖信號(hào)，可以確定另外一條雙曲線。這兩條雙曲線的交點(diǎn)即是船只所在的位置。測(cè)距差定位(dngwi)原理24共四十八頁(yè)脈沖(michng)測(cè)距差法其中 和 分別為主臺(tái)M、副臺(tái)A的脈沖信號(hào)(xnho)傳到載體的時(shí)間， 為載體所測(cè)主副臺(tái)信號(hào)(xnho)時(shí)差， 為載體到主副臺(tái)的距離差，c為光速。 該方法作用距離遠(yuǎn)。羅蘭A采用脈沖測(cè)距差體制，白天定位精度為0.51nmile，夜間為13 nmile；我國(guó)的長(zhǎng)河一號(hào)也采用該工作體制，建立了10個(gè)導(dǎo)航臺(tái)。25共四十八頁(yè)相位(xing

10、wi)測(cè)距差法其中(qzhng) 為載體所測(cè)主副臺(tái)信號(hào)相位差， 和 分別為載波信號(hào)的波長(zhǎng)和角速度。 該方法具有多值性，作用距離較近，精度較高。臺(tái)卡定位精度為幾十米幾百米；歐米伽白天定位精度為1nmile，夜間為1.5nmile；我國(guó)的長(zhǎng)河三號(hào)白天定位精度為50 200m，夜間為 100 500m 。26共四十八頁(yè)脈沖(michng)-相位測(cè)距差法其中 為載體所測(cè)主臺(tái)M、副臺(tái)A的脈沖包絡(luò)信號(hào)的相位差，小于 ，無(wú)多值性；NAM 為載體所測(cè)主副臺(tái)脈沖包絡(luò)信號(hào)前沿的時(shí)差(shch)與信號(hào)周期的比值取整。 該方法精度高，覆蓋范圍廣。羅蘭C采用相位-脈沖測(cè)距差體制，定位精度為0.251.2nmile；我國(guó)

11、的長(zhǎng)河三號(hào)也采用該工作體制。27共四十八頁(yè)P(yáng)1342（4）地基無(wú)線電空中(kngzhng)測(cè)距定位原理 測(cè)量4個(gè)地面站至載體的無(wú)線電信號(hào)傳播時(shí)間延遲，將時(shí)間延遲與光速相乘得相應(yīng)偽距，然后由4個(gè)偽距及地面站已知坐標(biāo)(zubio)求解載體坐標(biāo)及鐘差。 28共四十八頁(yè)偽距觀測(cè)方程為其中：偽距觀測(cè)值；：載體位置矢量，未知；：地面站位置矢量，已知，i=1、2、3和4；：光速；：鐘差，測(cè)量(cling)時(shí)刻接收機(jī)鐘面時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之差， 未知。29共四十八頁(yè)所謂“偽距”，顧名思義指非真實(shí)的距離，實(shí)際中指用戶接收信號(hào)時(shí)間和導(dǎo)航臺(tái)站發(fā)出信號(hào)之間的時(shí)間差，代表了包含真實(shí)距離和兩地(lin d)鐘差在內(nèi)的時(shí)間折合量。

12、其推廣的含義還包括電波在傳播和測(cè)量過(guò)程中得其他誤差。30共四十八頁(yè)三、衛(wèi)星導(dǎo)航(dohng)技術(shù)3.1.1 引言(ynyn)3.1.2 地基無(wú)線電導(dǎo)航分類及技術(shù)指標(biāo)3.1.3 地基無(wú)線電導(dǎo)航基本原理3.1.4 典型地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1 無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)31共四十八頁(yè)（1）塔康系統(tǒng)(xtng) （TACAN） 塔康是戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，屬于(shy)相位-時(shí)間復(fù)合的近程地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可測(cè)量載體相對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的方位和斜距。 32共四十八頁(yè) 系統(tǒng)由塔康地面設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成。其導(dǎo)航臺(tái)只需1個(gè)，而且可以安置(nzh)在地面固定點(diǎn)或移動(dòng)載體上，適合軍事應(yīng)用的機(jī)動(dòng)靈活性要求。 33共四十八頁(yè)測(cè)

13、向測(cè)距原理(yunl)測(cè)向方法：15Hz正弦環(huán)路，產(chǎn)生(chnshng)基準(zhǔn)脈沖N（粗測(cè)）；915Hz 正弦環(huán)路，產(chǎn)生輔助脈沖a（精測(cè)）。測(cè)距方法：有源脈沖測(cè)距。34共四十八頁(yè)系統(tǒng)(xtng)技術(shù)指標(biāo) 導(dǎo)航精度：方位(fngwi)精度優(yōu)于2.5 (2)，距離精度不大于 400m (數(shù)字式)，不大于 (4000.25D) m (模擬式)。 系統(tǒng)工作區(qū)：固定臺(tái)的覆蓋半徑大于350km (高度10 km)，機(jī)動(dòng)臺(tái)為185km，頂空存在90120 錐形信號(hào)盲區(qū)。 系統(tǒng)容量：方位測(cè)量可無(wú)限容量，距離測(cè)量已提高到110。35共四十八頁(yè)系統(tǒng)(xtng)應(yīng)用 TACAN最初為航空母艦艦載飛機(jī)的編隊(duì)導(dǎo)航而設(shè)計(jì)；

14、 全世界1500多個(gè)TACAN地面設(shè)備在工作，僅美國(guó)14500 多架軍機(jī)裝備機(jī)載設(shè)備（如F-16）; TACAN還可用作空-空導(dǎo)航，測(cè)向誤差5以內(nèi)，工作容 量510個(gè)； 我國(guó)的TACAN70年代完成試飛和定型(dng xng)，并在空軍和海軍 的航空兵裝備。36共四十八頁(yè)（2）羅蘭(lu ln)C系統(tǒng)（LoranC） 羅蘭-C是美國(guó)開(kāi)發(fā)的中遠(yuǎn)程精密地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，采用低頻、相位-時(shí)間復(fù)合的雙曲線導(dǎo)航體制，可測(cè)量載體相對(duì)主副導(dǎo)航臺(tái)的距離差。 該系統(tǒng)由羅蘭-C地面設(shè)備和用戶接收機(jī)組成。其地面設(shè)備包括(boku)形成臺(tái)鏈的一組發(fā)射臺(tái)、監(jiān)測(cè)站和控制中心，而且雙曲線定位體制的臺(tái)鏈至少包括3個(gè)發(fā)射臺(tái)。

15、 37共四十八頁(yè)Loran-C 地面(dmin)設(shè)備Loran-C 接收機(jī)38共四十八頁(yè)測(cè)距差定位(dngwi)原理BA MP39共四十八頁(yè)系統(tǒng)(xtng)技術(shù)指標(biāo) 導(dǎo)航精度：近區(qū)小于0.25 nmile（460m），遠(yuǎn)區(qū)方位1.2 nmile，近區(qū)相對(duì)定位精度達(dá)1890m。 系統(tǒng)工作區(qū)：地波白天海上(hi shn)達(dá)1200 nmile，夜間1000 nmile，陸地比海上小約200300 nmile；天 波達(dá)20003000 nmile 。 系統(tǒng)容量：用戶無(wú)限容量。 定位速率：1020次/min。40共四十八頁(yè)系統(tǒng)(xtng)應(yīng)用 Loran-C為海上艦船的導(dǎo)航定位和航空導(dǎo)航而設(shè)計(jì)； 美國(guó)

16、建設(shè)10個(gè)臺(tái)鏈，全世界到1991年至總計(jì)(zngj)25個(gè)臺(tái)鏈； 我國(guó)的長(zhǎng)河二號(hào)1979年開(kāi)始建設(shè)，包括南海、東海和北 海3個(gè)臺(tái)鏈，6個(gè)發(fā)射臺(tái)，3個(gè)監(jiān)測(cè)站和3個(gè)控制中心。41共四十八頁(yè)美國(guó)(mi u)羅蘭-C臺(tái)鏈42共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)東海羅蘭-C43共四十八頁(yè)小結(jié)(xioji)利用無(wú)線電技術(shù)，在一個(gè)平面(pngmin)中：1測(cè)量角度（測(cè)向）：兩條直線交叉點(diǎn)定位44共四十八頁(yè)小結(jié)(xioji)利用(lyng)無(wú)線電技術(shù)，在一個(gè)平面中：2測(cè)量距離：兩個(gè)圓的交叉點(diǎn)定位45共四十八頁(yè)小結(jié)(xioji)利用(lyng)無(wú)線電技術(shù)，在一個(gè)平面中：3測(cè)量距離差：兩個(gè)雙曲線交叉點(diǎn)定位BA MP46共四十八頁(yè)思考題1測(cè)角方法包括哪幾種？2. 簡(jiǎn)述相位、頻率和脈沖測(cè)距的機(jī)理(j l)。3. 簡(jiǎn)述脈沖有源和無(wú)源測(cè)距的機(jī)理與特點(diǎn)。4. 簡(jiǎn)述二維平面測(cè)距差定位基本原理。5試述地基無(wú)線電空中測(cè)距定位基本原理。47共四十八頁(yè)內(nèi)容摘要課程內(nèi)容內(nèi)容。其它指標(biāo)：連續(xù)性、可用性、可靠性、完好性等。無(wú)線電低高度表采用頻率調(diào)制工作體制，最小