無線電導航與衛(wèi)星導航

無線電導航與衛(wèi)星導航現(xiàn)代導航20世紀中葉至今衛(wèi)星導航多手段集成近代導航20世紀40年~20世紀60年代前后無線電導航原始導航19世紀中葉以前指南車指南針天文導航普通導航19世紀中葉~二十世紀30年代末慣性導航技術導航發(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航技術發(fā)展的因素常用的幾種導航技術地標目視導航航位推算導航天文導航無線電導航慣性導航特征匹配導航衛(wèi)星導航組合導航主要內(nèi)容無線電導航無線電導航的基本概念（重點）無線電導航定位的基本原理（難點）陸基無線電導航系統(tǒng)衛(wèi)星導航衛(wèi)星導航的基本概念（重點）衛(wèi)星導航定位的基本原理衛(wèi)星導航定位的數(shù)學模型（難點）衛(wèi)星導航定位應用1、無線電導航1.1定義利用運動體上的電子設備接收和處理無線電波來獲得導航參數(shù)，確定航行體的位置，引導運動體沿規(guī)劃航線、在規(guī)定時間到達目的地的航行技術現(xiàn)代航空中，最基本、核心的導航手段是無線電導航。沒有無線電導航，就沒有現(xiàn)代航空！無線電導航的任務1）引導航行體飛離航線起點，進入并沿預定航線航行；2）引導航行體在夜間和各種復雜氣象條件下安全著陸或進港；3）為航行體準確、安全完成航行任務提供所需的其他導引及情報咨詢服務；4）確定航行體當前所處的位置及其航行參數(shù)（速度、加速度等）。1、無線電導航1、無線電導航1.2無線電導航發(fā)展歷史20世紀20～30年代，無線電測向是航海和航空僅有的一種導航手段，而且一直沿用至今。二戰(zhàn)期間，無線電導航技術迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種導航系統(tǒng)。雷達開始在艦船和飛機上用作導航手段。飛機著陸開始使用雷達和儀表著陸系統(tǒng)。60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)。70年代微波著陸引導系統(tǒng)研制成功。80年代，全球定位系統(tǒng)研制成功。1、無線電導航1.3無線電導航原理無線電導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、無線電導航1.3無線電導航原理通過無線電波的發(fā)射、接收和處理，導航設備通過測量無線電導航臺發(fā)射信號(電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量可確定運動載體相對于導航臺的方位、距離和距離差等幾何參量，進而確定運動載體與導航臺之間的相對位置關系，據(jù)此實現(xiàn)對運動載體的定位和導航。1、無線電導航1.3無線電導航原理無線電導航的基本觀測量：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、無線電導航定位

定位1.3無線電導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）等多種形式的導航定位方式1、無線電導航1.3無線電導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）等多種形式的導航定位方式

定位

距離差定位1、無線電導航1.4無線電導航優(yōu)缺點優(yōu)點不受時間、天氣限制精度高作用距離遠定位時間短設備簡單可靠缺點需發(fā)射和接收無線電波，容易被發(fā)現(xiàn)和干擾，需要載體外的導航臺支持，一旦導航臺失效，對應的導航設備無法使用1、無線電導航1.5無線電導航分類按導航臺所處位置分類陸基無線電導航系統(tǒng)星基無線電導航系統(tǒng)按有效作用距離劃分近程導航系統(tǒng)遠程導航系統(tǒng)全球?qū)Ш较到y(tǒng)1、無線電導航1.6陸基無線電導航系統(tǒng)概念導航臺安置在地面上的無線電導航系統(tǒng)系統(tǒng)組成一般由地面發(fā)射裝置和載體信號接收設備兩部分組成系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：系統(tǒng)體積較小，質(zhì)量輕，可靠性高缺點：系統(tǒng)覆蓋區(qū)域受限制、定位精度低應用領域航海、航空、陸地車輛導航1、無線電導航1.6陸基無線電導航系統(tǒng)典型系統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)（ILS）康索爾（CONSOL）伏爾（VOR）+測距機（DME）羅蘭C（Loran-C）奧米伽（OMEGA）塔康（TACAN）TACANVOR天線ILS1、無線電導航Loran-C簡介LongRangNavigation(遠程導航系統(tǒng))系統(tǒng)參數(shù)和特點工作頻率: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，定位精度也較低應用航海、航空、陸上、交通、授時、軍事等1、無線電導航Loran-C工作原理系統(tǒng)構成：一個主站，若干輔站，接收設備工作方式：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1、無線電導航1.7室內(nèi)無線電定位技術人們對定位與導航的需求日益增大，尤其在復雜的室內(nèi)環(huán)境，如機場大廳、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、設施與物品在室內(nèi)的位置信息1、無線電導航1.7室內(nèi)無線電定位技術隨著智能手機的普及，以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，室內(nèi)導航的需求將越來越大1、無線電導航1.7室內(nèi)無線電定位技術射頻識別（RFID）無線網(wǎng)絡（WLAN）超寬帶（UWB）紫蜂（ZigBee）藍牙（Bluetooth）室內(nèi)GPS（A-GPS）偽衛(wèi)星（PL）雷達（Radar）RFIDtagRFIDReaderZigBee模塊UWB芯片A-GPS1、無線電導航ABZXY5Km5.3Km6KmCell-IDTOA(timeofarrival)/signalstrength232、衛(wèi)星導航2.1衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星導航定位系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，英文全稱為GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱為GNSS。

現(xiàn)有全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GPSGLONASSGALILEO中國北斗(BDS)中國2012亞太地區(qū)2015全球覆蓋2.1衛(wèi)星導航系統(tǒng)2、衛(wèi)星導航北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)總體計劃:三個建設階段從主動定位到被動定位從區(qū)域服務到全球服務2020從主動定位到被動定位從區(qū)域到全球2、衛(wèi)星導航2.2衛(wèi)星導航系統(tǒng)特點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)星導航2.3衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成地面控制部分主控站（負責管理、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)計算導航電文2、衛(wèi)星導航GPS用戶2、衛(wèi)星導航2、衛(wèi)星導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)星導航定位的幾何原理2、衛(wèi)星導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)星導航定位的幾何原理2、衛(wèi)星導航三個站星距離作三個球面三個球面兩兩相交于兩點測站位于其中一點2.4衛(wèi)星導航定位的幾何原理2.4衛(wèi)星導航定位的幾何原理GPS單點定位方法的實質(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=兩點三個站星距離+地球=一點2、衛(wèi)星導航

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

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

2、衛(wèi)星導航2.5數(shù)學模型S1S2S3S4(X,Y,Z)2、衛(wèi)星導航2.6衛(wèi)星導航定位應用基本應用PNT服務定位導航授時飛機導航GPS已成為航空交通管理系統(tǒng)的支撐技術之一GPS能無縫提供飛機三維運動狀態(tài)（位置和速度）為飛機的起飛，航行，著陸和機場滑行提供安全高效的導航服務車載導航車載導航系統(tǒng)移動目標監(jiān)控以數(shù)字移動通信網(wǎng)絡（GSM）為基礎，GPS為車輛提供定位信息監(jiān)控中心獲得并檢測移動目標的位置信息，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、交通支援等功能服務車輛跟蹤系統(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域中的應用國家高精度GPS網(wǎng)時間傳遞和時間同步利用GPS進行時間傳遞和時間同步已在科學研究、金融和電力及通信中得到了廣泛應用地學應用地球動力學GPS/METGPS電離層探測GPS/R（土壤濕度，測雪，海面高，海面地形）地球動力學中國及周邊地殼運動圖大氣探測GPS氣象水汽