第二章海洋导航定位

1、第二章第二章 海洋导航定位海洋导航定位 本章讲授内容本章讲授内容p概述概述p卫星导航定位系统卫星导航定位系统p水下声学定位系统水下声学定位系统本章重点本章重点n现有的卫星导航系统的区别现有的卫星导航系统的区别n水下声学定位的原理与方式水下声学定位的原理与方式2-1 2-1 概述概述一、定位与导航的概念q定位定位 从测绘的意义上从测绘的意义上说，定位就是测量和表达某一地表特征、事件或目标发说，定位就是测量和表达某一地表特征、事件或目标发生在什么生在什么空间位置空间位置的理论和技术。的理论和技术。 从广义和现代意义上从广义和现代意义上来说，定位就是测量和表达信息、事件或目标发生来说，定位就是测量和

2、表达信息、事件或目标发生在什么在什么时间时间、什么相关的、什么相关的空间空间位置的理论方法与技术。位置的理论方法与技术。 q导航导航 指指运动目标运动目标，通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器，通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器等的等的实时动态实时动态定位即三维定位即三维位置位置、速度速度和包括航向偏转、纵向摇摆、横向和包括航向偏转、纵向摇摆、横向摇摆三个角度的摇摆三个角度的姿态姿态的确定。的确定。 二、船舶导航及通信系统船舶导航及通信系统是保证船舶在大海中准确和安全航行的重要船舶导航及通信系统是保证船舶在大海中准确和安全航行的重要部分。部分。船舶导航与通讯设备主

3、要包括：船舶导航与通讯设备主要包括：罗经、罗经、GPSGPS定位仪、计程仪、测深定位仪、计程仪、测深仪、测向仪、雷达、声纳仪、测向仪、雷达、声纳以及以及无线电通讯设备无线电通讯设备等。等。海洋环境与航海交通以及任何开展作业有关，要求全天侯进行监海洋环境与航海交通以及任何开展作业有关，要求全天侯进行监测。测。航海的导航定位经历了航海的导航定位经历了指南针、磁罗经与电罗经、子午仪卫星系指南针、磁罗经与电罗经、子午仪卫星系统及全球定位系统统及全球定位系统2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统1 1、罗经罗经罗经是船上用来指示航向的重要仪器。罗经是船上用来指示航向的重要仪

4、器。它按工作原理不同分为它按工作原理不同分为磁罗经磁罗经和和电罗经电罗经两类。两类。（1 1）磁罗经磁罗经 其其基本原理基本原理是磁棒是磁棒( (磁针磁针) )受地磁场的作用而指向地球磁极的方受地磁场的作用而指向地球磁极的方向。由于构造简单、性能可靠、使用方便、又不需要供电，所以向。由于构造简单、性能可靠、使用方便、又不需要供电，所以尽管船上装了许多高精度的导航仪器，磁罗经仍是船上不可缺少尽管船上装了许多高精度的导航仪器，磁罗经仍是船上不可缺少的仪器。的仪器。 由于磁罗经的指向是受所在地点的外界磁场的影响。故由于磁罗经的指向是受所在地点的外界磁场的影响。故其指向的其指向的精确度不高精确度不高。

5、 （2 2）电罗经电罗经（陀螺罗经）（陀螺罗经） 电罗经是电罗经是陀螺仪特性陀螺仪特性在导航方面的具体应用。电罗经的指向准在导航方面的具体应用。电罗经的指向准确性比磁罗经高，但它的结构复杂精密，制造成本高，必须确性比磁罗经高，但它的结构复杂精密，制造成本高，必须有电有电才能工作，而且启动时间长。所以船上往往同时装有电罗经和磁才能工作，而且启动时间长。所以船上往往同时装有电罗经和磁罗经，以便配合使用。罗经，以便配合使用。2-1 2-1 概述概述磁罗经磁罗经 型号:CPL-190材料:铝质外座,纯铜罗盆,进口磁性材料,特制高级罗经液.优点:灵敏度高,指向稳定,性能可靠,液体长期不乳化、不变色，配备

6、可调式校正装置，具备良好的防磁功能，配备照明装置，夜间作业方便。照明电压：12V/24V刻度盘直径：190MM外形尺寸：高50CM，直径35CM。产品性能：完全符合ISO-449A级和GB3896-83A级技术要求。使用环境温度：-20C+60C指向误差：不大于1.5适用范围:适用于大中型民用船舶和军辅船作标准磁罗经,用于显示方位,指导航向.n1、型号CPT-75MD n2、该罗盘设置自动冲液,排气泡装置,此产品成功解决了历史以来罗盘出现漏气产生汽泡和补充液困难两大缺陷。n3、获取国家实用新型专利(专利号:032259832) n4、材料:优质原木盒,纯铜罗盆,进口永久磁性材料,特制高级罗经液

7、. n5、优点:灵敏度高,指向稳定,性能可靠,刻度清晰,液体长期不乳化,不变色.配备照明装置,夜间作业方便.n6、照明电压:12V/24V n7、刻度盘径:75MM n8、外形木盒尺寸：长16CM宽16CM高11CM n9、产品性能:完全符合1SO-499A级和GB3896-83A级技术要求。 n10、使用环境温度：-20C+60C n11、指向误差：不大于1.5 n12、适用范围：适用于中小型民用船舶游艇作标准磁罗经，用于显示方位指导航向。 电罗经电罗经 二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪计程仪计程仪用于指示船舶的用于指示船舶的航速和航程航速和航程。它和电罗经配合

8、使用可以。它和电罗经配合使用可以确定船位。确定船位。 按其测量参考坐标系的不同可以分为按其测量参考坐标系的不同可以分为相对计程仪和绝对计程仪相对计程仪和绝对计程仪两类。两类。相对相对计程仪只能测量船舶计程仪只能测量船舶相对于水相对于水的速度并累计其航程，如水的速度并累计其航程，如水压式、电磁式等计程仪。压式、电磁式等计程仪。绝对绝对计程仪可以测量船舶计程仪可以测量船舶对地对地的速度并累计其航程，如多普勒的速度并累计其航程，如多普勒计程仪和声相关计程仪。计程仪和声相关计程仪。但是当测量水深超过其跟踪深度范围时，绝对计程仪便转换成但是当测量水深超过其跟踪深度范围时，绝对计程仪便转换成为跟踪水层的相

9、对计程仪。为跟踪水层的相对计程仪。2-1 2-1 概述概述 二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪水压式计程仪水压式计程仪这种计程仪是利用这种计程仪是利用船舶航行时水对船体的动压力会随船舶航行时水对船体的动压力会随船速的增加而增加船速的增加而增加这一原理制成的。这一原理制成的。由实践得出由实践得出动压力是与船速的平方成正比动压力是与船速的平方成正比的。水压式的。水压式计程仪就是利用压力传感器测出动压力，并指示出瞬计程仪就是利用压力传感器测出动压力，并指示出瞬时航速，再由计算机计算出航程。时航速，再由计算机计算出航程。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶导航及通信系统二、

10、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪电磁式计程仪电磁式计程仪 电磁式计程仪根据电磁感应原理制成，与水电磁式计程仪根据电磁感应原理制成，与水压式相比航速灵敏度较高，能测压式相比航速灵敏度较高，能测低航速低航速。2-1 2-1 概述概述 二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪多普勒声纳计程仪多普勒声纳计程仪多普勒声纳计程仪是利用在水中多普勒声纳计程仪是利用在水中声波传播的多普勒效声波传播的多普勒效应应来测量船舶相对于岸壁或海底运动速度，并累计航来测量船舶相对于岸壁或海底运动速度，并累计航程的仪器。程的仪器。多普勒效应多普勒效应：声源和接受者之间有相对运动时，接受：声源和接受

11、者之间有相对运动时，接受者收到的频率与声源发射频率不同的现象者收到的频率与声源发射频率不同的现象2-1 2-1 概述概述2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪声相关计程仪声相关计程仪声相关计程仪是一种采用声相关计程仪是一种采用相关技术相关技术处理水声信处理水声信息、测量船速并累计航程的计程仪。息、测量船速并累计航程的计程仪。 特点：特点：其一，采用垂向发射和接收超声波信号，并对被接收的回波信号其一，采用垂向发射和接收超声波信号，并对被接收的回波信号的幅值包络进行相关处理来测速；的幅值包络进行相关处理来测速；其二，可工作于海底跟踪和水层跟踪两种方式

12、，即可测对地的速其二，可工作于海底跟踪和水层跟踪两种方式，即可测对地的速度，又可测对水的速度；度，又可测对水的速度；其三，测量精度不受声速变化的影响；其三，测量精度不受声速变化的影响；其四，它同时可测量水深，兼作测深仪使用。其四，它同时可测量水深，兼作测深仪使用。 二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪声相关计程仪声相关计程仪测速原理测速原理 ：2-1 2-1 概述概述沿船底纵向等间距安装有前向接收换能器Rf、发射换能器Bt、及后向接收换能器Ra，前后两接收换能器的间距为S。发射换能器Bt以一定的时间间隔向海底发射超声波脉冲，假设在t=t1时刻，经海底反射回来的回波被前

13、向换能器Rf所接收，如图（a）；经过时间间隔，即t=t2时刻，回波被后向换能器Ra所接收，船航行的位移为S/2，如图（b）。2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统2、计程仪、计程仪声相关计程仪声相关计程仪测速原理测速原理 ： 由于两换能器接收的超声波所走过的路径完全一致，因此可认为由于两换能器接收的超声波所走过的路径完全一致，因此可认为这两个回波信号的包络幅值这两个回波信号的包络幅值f1（t）和）和f2（t）形状完全相同，只是）形状完全相同，只是在时间上相差了一时间间隔在时间上相差了一时间间隔。 S为两接收换能器之间距，为定值；延时可以用相关接收技术进行测量，所以

14、船速V便可求得。2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统3、测深仪测深仪 船舶航行时，需要知道船舶所在位置海水深度，船舶航行时，需要知道船舶所在位置海水深度，以保证船的安全航行。一般采用以保证船的安全航行。一般采用回声测深仪回声测深仪来来解决。解决。 2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统4、无线电导航仪器、无线电导航仪器 无线电测向仪，双曲线定位仪无线电测向仪，双曲线定位仪 用用无线电测向仪无线电测向仪定位时，船上必须备有各定位时，船上必须备有各导航台的资导航台的资料料，资料上必须注明导航台的，资料上必须注明导航台的地理位置座标地理位

15、置座标及各自发及各自发射射信号的特征信号的特征等。等。 2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统4、无线电导航仪器、无线电导航仪器 双曲线定位仪双曲线定位仪具有定位精度高，作用距离远等优点，具有定位精度高，作用距离远等优点，所以应用更广。这类定位仪有劳兰、台卡和奥米加系所以应用更广。这类定位仪有劳兰、台卡和奥米加系统，它们只是在导航台发射电波的方式、频率及接收统，它们只是在导航台发射电波的方式、频率及接收方式上各不相同而已。方式上各不相同而已。 2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航及通信系统5、惯性导航系统惯性导航系统 惯性导航系统是利用物体的

16、惯性导航系统是利用物体的惯惯性性，制成，制成加速度计加速度计，测出船舶，测出船舶的运动加速度值，并用电子计的运动加速度值，并用电子计算机对加速度和时间进行运算，算机对加速度和时间进行运算，由此可由此可得到得到船舶的船舶的运动速度、运动速度、航向以及航程航向以及航程。 惯性导航系统在船舶惯性导航系统在船舶启航前启航前应根据船舶所应根据船舶所在港口的地理位置座在港口的地理位置座标对系统进行标对系统进行校准校准。启航后启航后则根据求得的则根据求得的航速、航向和航程航速、航向和航程，可以随时求得船舶的可以随时求得船舶的地理位置座标地理位置座标。2-1 2-1 概述概述二、船舶导航及通信系统二、船舶导航

17、及通信系统6、雷达雷达 雷达是利用雷达是利用无线电波无线电波来测量来测量目标的距离和方位，并可进目标的距离和方位，并可进一步识别目标的性质和形状一步识别目标的性质和形状的仪器。的仪器。 不受任何天气的影响不受任何天气的影响，可以，可以在雷达作用的范围内识别来在雷达作用的范围内识别来往和停泊的船只、海岸及岸往和停泊的船只、海岸及岸上建筑物、水道内的浮筒和上建筑物、水道内的浮筒和露出水面的礁石等。露出水面的礁石等。 这这在大在大雾、暴风、黑夜里航行时更雾、暴风、黑夜里航行时更显得重要，它是船舶的眼睛显得重要，它是船舶的眼睛。 一、一、工作原理及系统组成工作原理及系统组成q工作原理工作原理 卫星定位

18、系统是利用在空间飞行的卫星定位系统是利用在空间飞行的卫卫星星不断向地面广播不断向地面广播发送某种频率发送某种频率并加并加载了某些特殊载了某些特殊定位信息定位信息的无线电信号的无线电信号来实现定位测量的定位系统。来实现定位测量的定位系统。 q系统组成系统组成 空间运行的卫星空间运行的卫星：发送某种时间信号、：发送某种时间信号、测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。 地面控制部分地面控制部分：精确测定卫星的轨道：精确测定卫星的轨道坐标、时钟差异，确定系统运行状态，坐标、时钟差异，确定系统运行状态，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的

19、卫星轨道纠正等。行必要的卫星轨道纠正等。 用户部分用户部分：接收卫星广播发送的多种：接收卫星广播发送的多种信号并进行处理计算确定用户的最终信号并进行处理计算确定用户的最终位置。位置。2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统卫卫星星定定位位系系统统的的三三大大部部分分 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统q定义定义 具有全球导航定位能力的卫星定位导航系具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球卫星导航系统，英文全称为统称为全球卫星导航系统，英文全称为Global Navigation Satellite System，简称，简称为为GNSS。 q实际系统实际系统 美国的全球卫星定

20、位系统（美国的全球卫星定位系统（GPS） 俄罗斯的全球卫星导航系统俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS 因经济问题，星座中卫星缺失太多，暂时因经济问题，星座中卫星缺失太多，暂时不能连续实时定位。不能连续实时定位。 正在发展研究的有欧盟的正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统系统 中国北斗卫星导航广域增强系统中国北斗卫星导航广域增强系统 实现中国及其周边海域的区域定位导航系实现中国及其周边海域的区域定位导航系统。统。2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统1、 GPS全球定位系统全球定位系统q拥有者拥有者 美国美国 q发展简史发展简史 全球卫

21、星定位系统（全球卫星定位系统（GPS）计划自）计划自1973年起步，年起步，1978年首次发射卫星，年首次发射卫星，1994年完成年完成24颗中高度圆轨道颗中高度圆轨道（MEO）卫星组网，共历时）卫星组网，共历时16年、年、耗资耗资120亿美元。至今，已先后发展亿美元。至今，已先后发展了三代卫星。了三代卫星。 q系统组成系统组成 空间部分空间部分 控制部分控制部分 用户部分用户部分 2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统各种类型的各种类型的 GPS 用户接收机用户接收机 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统1、 GPS全球定位系统全球定位系统 工作原理工作原理由于卫星的位置精确可

22、知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统1、 GPS全球定位系统全球定位系统 应用应用2-2 2-2

23、 卫星导航定位系统卫星导航定位系统1991年海湾战争期间开始显露出的年海湾战争期间开始显露出的巨大战术价值也令其他国家感到吃惊巨大战术价值也令其他国家感到吃惊美军在伊拉克战场上所使用的GPS12 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统1、 GPS全球定位系统全球定位系统 应用应用2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2、 GLONASS全球定位系统全球定位系统q拥有者拥有者 俄罗斯俄罗斯 q发展简史发展简史 由前苏联从由前苏联从80年代初开始建设的与美国年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，现在系统相类似的卫星定位系统，现在

24、由俄罗斯空间局管理。由俄罗斯空间局管理。GLONASS的整的整体结构类似于体结构类似于GPS系统，其主要不同之系统，其主要不同之处在于星座设计和信号载波频率和卫星处在于星座设计和信号载波频率和卫星识别方法的设计不同。识别方法的设计不同。 q系统组成系统组成 卫星星座卫星星座 地面监测控制站地面监测控制站 用户设备用户设备2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统用于发射“格洛纳斯”系统卫星的俄“质子”火箭被运往发射点 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2 2、 GLONASS全球定位系统全球定位系统 已经于已经于2011年年1月月1日在全球正式运行。根日在全球正式运行。根据俄罗斯联

25、邦太空署信息中心提供的数据据俄罗斯联邦太空署信息中心提供的数据（2012年年10月月10日），目前有日），目前有24颗卫星正颗卫星正常工作、常工作、3颗维修中、颗维修中、3颗备用、颗备用、1颗测试颗测试中。中。 2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2 2、 GLONASS全球定位系统全球定位系统 该系统由该系统由24颗卫星组成，首颗卫星于颗卫星组成，首颗卫星于1984年发射，苏联解体后曾一度处于停顿状态。年发射，苏联解体后曾一度处于停顿状态。直至直至1998年，俄再度开始对年，俄再度开始对“格洛纳斯格洛纳斯”进行更新升级。定位精度最高将可以

26、达到进行更新升级。定位精度最高将可以达到1米，能让现役武器在不用花大价钱的情米，能让现役武器在不用花大价钱的情况下把威力提高一个等级。况下把威力提高一个等级。 最让美方担心的是，最让美方担心的是，“格洛纳斯格洛纳斯”能提高能提高战略导弹的打击精度。在导弹飞行过程中，战略导弹的打击精度。在导弹飞行过程中，“格洛纳斯格洛纳斯”系统可不间断地进行路线精系统可不间断地进行路线精确测算和数据修正，将导弹的命中误差大确测算和数据修正，将导弹的命中误差大大缩小。俄罗斯军事专家亚历山大大缩小。俄罗斯军事专家亚历山大戈尔戈尔茨因此把茨因此把“格洛纳斯格洛纳斯”系统称为系统称为“除核武除核武器之外，前苏联留给俄罗

27、斯最珍贵的遗器之外，前苏联留给俄罗斯最珍贵的遗产产”。2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2、 GLONASS全球定位系统全球定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统在俄罗斯首都莫斯科，俄总理普京的爱犬“科尼”被佩戴上装有全球卫星导航装置的项圈。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2、 GLONASS全球定位系统全球定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统GLONASS 既可以提供独立的导航服务，又可与既可以提供独立的导航服务，又可与 GPS 结合。结合。将将 GLONASS 组合到组合到 GPS 中构

28、成中构成 GNSS，主要有三方面的，主要有三方面的优势优势： 有效性有效性 GPS 需要捕获至少需要捕获至少 4 颗卫星才能提供纬度、经度和高度定位数颗卫星才能提供纬度、经度和高度定位数据。但如果在靠近高山、建筑物、树木和其它遮挡物时，据。但如果在靠近高山、建筑物、树木和其它遮挡物时，GPS 可见星的数目可见星的数目可能低于可能低于 4颗或者颗或者 3 颗甚至更少，导致颗甚至更少，导致 GPS 接收机不能给出用户位置。将接收机不能给出用户位置。将 GLONASS 与与 GPS 组合，则有组合，则有48 颗卫星提供给用户，从而大大提高导航系统颗卫星提供给用户，从而大大提高导航系统的有效性。的有效

29、性。 完整性完整性 完整性即导航系统在定位数据出错时给用户提供报警信息。更高完整性即导航系统在定位数据出错时给用户提供报警信息。更高的要求是能够隔离故障，提供修正后的定位结果。普通的完整性算法要求可见的要求是能够隔离故障，提供修正后的定位结果。普通的完整性算法要求可见性数目至少为性数目至少为 5 颗，如若需要隔离故障则需要颗，如若需要隔离故障则需要 6 颗以上的可见星。在颗以上的可见星。在 GNSS 中，用户能得到比单独中，用户能得到比单独 GPS 高出一倍的概率来实现完整性算法。高出一倍的概率来实现完整性算法。 精度精度 GNSS 的定位精度比单独的的定位精度比单独的 GPS 高出高出 51

30、0倍。倍。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统3、 伽利略（伽利略（GALILEO）全球定位系统）全球定位系统q拥有者拥有者 欧盟欧盟 q发展简史发展简史 GALILEO系统是欧洲自主的、独立的全球多模式系统是欧洲自主的、独立的全球多模式卫星定位导航系统，提供高精度、高可靠性的定卫星定位导航系统，提供高精度、高可靠性的定位服务，同时它实现完全非军方控制、管理，计位服务，同时它实现完全非军方控制、管理，计划将于划将于2008年完成。可与美国的年完成。可与美国的GPS和俄罗斯的和俄罗斯的GLONASS兼容，但比后两者更安全、更准确。兼容，但比后两者更安全、更准确。 2012年年10月，伽利略

31、全球卫星导航系统第二批两月，伽利略全球卫星导航系统第二批两颗卫星成功发射升空，太空中已有的颗卫星成功发射升空，太空中已有的4颗正式的伽颗正式的伽利略系统工作卫星。利略系统工作卫星。 q系统组成系统组成 GALILEO系统由系统由30颗卫星组成，其中颗卫星组成，其中27颗工作星，颗工作星，3颗备份星。卫星分布在颗备份星。卫星分布在3个中地球轨道（个中地球轨道（MEO）上，轨道高度为上，轨道高度为23616千米，轨道倾角千米，轨道倾角56度。每个度。每个轨道上部署轨道上部署9颗工作星和颗工作星和1颗备份星颗备份星。2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统Galileo 系统星座系统星座 二

32、、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统3、 伽利略（伽利略（GALILEO）全球定位系统）全球定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统从设计目标来看，从设计目标来看，“伽利略伽利略”的定位的定位精度优于精度优于GPS。如果说。如果说GPS只能找到街只能找到街道，道，“伽利略伽利略”则可找到车库门。则可找到车库门。“伽利略伽利略”为地面用户提供为地面用户提供3种信号：种信号：免费使用的信号、加密且需交费使用的免费使用的信号、加密且需交费使用的信号、加密且需满足更高要求的信号。信号、加密且需满足更高要求的信号。其精度依次提高，最高精度比其精度依次提高，最高精度比GPS高高10倍，即

33、使是免费使用的信号精度也达到倍，即使是免费使用的信号精度也达到6米米。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统3、 伽利略（伽利略（GALILEO）全球定位系统）全球定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统国家遥感中心主任张国成与伽利略卫星导航有限公司董事长孟波，2005年03月09日在京签署了伽利略计划总承包协议。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统4、 “北斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统北斗卫星导航定位系统是我国北斗卫星导航定位系统是我国自主建立的全天候、全天时提供卫自主建立的全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航

34、系统。计划星导航信息的区域导航系统。计划由由30颗卫星组成，目前已成功发射颗卫星组成，目前已成功发射16颗。该系统具有星间链路和自主颗。该系统具有星间链路和自主导航功能，预计于导航功能，预计于2020年完成全球年完成全球系统组建任务。系统组建任务。该系统主要由空间卫星、地面中该系统主要由空间卫星、地面中心站和用户终端三部分组成。具有心站和用户终端三部分组成。具有快速定位、双向通信和精密授时快速定位、双向通信和精密授时三三大功能。覆盖范围为北纬大功能。覆盖范围为北纬555,东经东经70145(中国全境中国全境及亚洲大部分地区及亚洲大部分地区)。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统4、 “北

35、斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统2011年年12月月27日起，开始向中国及日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服周边地区提供连续的导航定位和授时服务。北斗已经宣布在务。北斗已经宣布在2012年底前向亚太年底前向亚太地区正式提供服务，民用服务与地区正式提供服务，民用服务与GPS一一样免费。样免费。优势优势短信服务短信服务和导航结合，增加了通讯和导航结合，增加了通讯功能；功能； 精度与精度与GPS相当，而在增强区域也就相当，而在增强区域也就是亚太地区，甚至会超过是亚太地区，甚至会超过GPS；向全世界提供的服务都是免费的，在向全世界提供的

36、服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与户数量没有限制，且与GPS兼容兼容 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统4、 “北斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统2012年11月14日，北斗全球卫星导航系统规划模型亮相第九届中国国际航空航天博览会，引起业内人士极大关注。外媒:解放军东风-21D若联手北斗将成航母终结者 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统4、 “北斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统我国自主研制的我国自主研制的“北斗一号北

37、斗一号”抗震救灾中显威抗震救灾中显威 。我国自主研制的我国自主研制的“北斗一号北斗一号”系统在通信中断的情况下发挥重系统在通信中断的情况下发挥重要作用，抗震救灾部队携带的北斗系统陆续发回各种灾情和救要作用，抗震救灾部队携带的北斗系统陆续发回各种灾情和救援信息，给中央指挥系统提供了及时准确的信息。援信息，给中央指挥系统提供了及时准确的信息。 二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统4、 “北斗北斗”卫星定位系统卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统应用应用二、全球卫星定位系统二、全球卫星定位系统2-2 2-2 卫星导航定位系统卫星导航定位系统声学定位系统声学定位系统组成组成

38、: 船台设备船台设备：发射、接收设备：发射、接收设备 水下设备水下设备：声学应答器基阵：声学应答器基阵 基阵基阵固设于海底的位置已准确测定的一组固设于海底的位置已准确测定的一组 应答器阵列应答器阵列一、声学定位系统组成一、声学定位系统组成2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统根据声学定位系统定位基线的长度，传统上我们将定位根据声学定位系统定位基线的长度，传统上我们将定位系统分为系统分为3种类型种类型:1.长基线定位系统长基线定位系统(Long Base Line)、2.短基线定位系统短基线定位系统(Short Base Line)、3.超短基线定位系统超短基线定位系统(Ultra S

39、hort Base Line)，定位系统的划分依据见表。定位系统的划分依据见表。二、声学定位系统的二、声学定位系统的分类分类2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统1.1.长基线定位系统长基线定位系统 长基线定位系统长基线定位系统(LBL)需要需要在海底布设在海底布设3个以上的基点个以上的基点，以一定，以一定的几何图形组成海底定位基线阵，工作船的几何图形组成海底定位基线阵，工作船(或被测目标或被测目标)一般位一般位于基线阵之内，通过测量应答器与基点之间的相对位置来确于基线阵之内，通过测量应答器与基点之间的相对位置来确定应答器的坐标。定应答器的坐标。工作方式有工作方式有声学应答式、电触发

40、式声学应答式、电触发式两种。两种。优点优点是定位精度与水深无关，在较大的范围上可以达到较高的相是定位精度与水深无关，在较大的范围上可以达到较高的相对定位精度，定位数据更新率高对定位精度，定位数据更新率高2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统1.1.长基线定位系统长基线定位系统 缺点缺点是系统构成复杂，基线阵布设需要消耗是系统构成复杂，基线阵布设需要消耗高昂的费用高昂的费用，并且需要做大量，并且需要做大量的校正工作，耗费大量的时间。的校正工作，耗费大量的时间。 再者，虽然长基线定位系统的再者，虽然长基线定位系统的定位精度定位精度是独立于水深的，但是却是独立于水深的，但是却与工作频与工作

41、频率密切相关率密切相关，若要获得更高的定位精度，目前典型的做法是发展高频，若要获得更高的定位精度，目前典型的做法是发展高频(High Frequency)或超高频或超高频(Extra High Frequency)的长基线定位系统，但的长基线定位系统，但是由于高频信号在水中衰减很快，因此是由于高频信号在水中衰减很快，因此作用范围很有限作用范围很有限，一般很难超过，一般很难超过1000m。 另外对水声定位系统来说另外对水声定位系统来说长距离的信号传输长距离的信号传输也是一个很难回避的问题，传也是一个很难回避的问题，传统的水声数据传输方式有多频键控统的水声数据传输方式有多频键控(MFSK)和多相键

42、控和多相键控(MPSK)两种，两种，MFSK调制方法性能适中，具有一定的抗多途能力，调制方法性能适中，具有一定的抗多途能力，MFSK方式可以提高方式可以提高信息传输速率，但在传输距离和环境适应性方而性能不足，近来利用水声信息传输速率，但在传输距离和环境适应性方而性能不足，近来利用水声扩频技术传输受到国内外的广泛重视，己经出现了扩频技术的水声扩频技术传输受到国内外的广泛重视，己经出现了扩频技术的水声MODEM产品，其性能有较明显的提高，表现在传输距离增加、误码率降产品，其性能有较明显的提高，表现在传输距离增加、误码率降低，且对使用环境具有较好的宽容性。低，且对使用环境具有较好的宽容性。2-3 2

43、-3 水下声学定位系统水下声学定位系统1.1.长基线定位系统长基线定位系统美国Sonardvne公司Fusion系列，中频段7807型工作水深4000m，定位精度0.15-1.0m；高频段7808型工作水深2500m，定位精度0.02-0.15m。挪威Simrad公司的HYR408S型长基线定位系统在超过3000m的作用范围内可以达到几厘米的定位精度。广泛应用于水下机器人、深拖系统等水下设备的导航定位。2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统2.2.短基线定位系统短基线定位系统 短基线定位系统短基线定位系统(SBL)与长基线定位系统所不同与长基线定位系统所不同的是定位的是定位基点是布置

44、在船底基点是布置在船底的，的，3个以上的基点在个以上的基点在船底构成基线阵，通过测量声波在应答器与基点船底构成基线阵，通过测量声波在应答器与基点(接收器接收器)之间的传播时间来确定斜距，通过测相之间的传播时间来确定斜距，通过测相技术来确定方位，进而推算出应答器的坐标。技术来确定方位，进而推算出应答器的坐标。2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统2.2.短基线定位系统短基线定位系统优点优点是系统组成简单，便于操作，不需要组建水下是系统组成简单，便于操作，不需要组建水下基线阵，测距精度高基线阵，测距精度高缺点缺点是需要在船底布置是需要在船底布置3个以上的发射接收器，要求个以上的发射接收器

45、，要求具有良好的几何图形，这就对船只提出了更高的具有良好的几何图形，这就对船只提出了更高的要求，在深水区为了达到更好的定位精度需要加要求，在深水区为了达到更好的定位精度需要加大船底基线的长度，整个系统需要做大量的校准大船底基线的长度，整个系统需要做大量的校准工作，绝对定位精度主要依赖于工作，绝对定位精度主要依赖于VRU，Gyro，DGPS等外围传感器。等外围传感器。2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统2.2.短基线定位系统短基线定位系统 澳大利亚澳大利亚Nautrouix公司生产的公司生产的NASDrill RS925型型短基线定位系统抗干扰能力特别强，在传输距离短基线定位系统抗干

46、扰能力特别强，在传输距离和测量精度方而具有更优的性能，该产品己经与和测量精度方而具有更优的性能，该产品己经与多套动力定位系统组成联合系统应用于深海测量多套动力定位系统组成联合系统应用于深海测量和生产项目。和生产项目。NASDrill RS925系统能够在全海深范围工作，在工系统能够在全海深范围工作，在工作范围作范围3500m以内可以达到优于以内可以达到优于2.5m的定位精度。的定位精度。2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统3.3.超短基线定位系统超短基线定位系统超短基线定位系统超短基线定位系统(USBL)与短基线定位系统一样，定位基线与短基线定位系统一样，定位基线是是布置在船底布置

47、在船底的，只是它的的，只是它的基线长度更短基线长度更短些，基点是集中些，基点是集中做在一个阵列上的，同样是通过测时、测相技术来确定应做在一个阵列上的，同样是通过测时、测相技术来确定应答器的空间位置，工作方式有答器的空间位置，工作方式有3种种:声学应答式、电触发式、声学应答式、电触发式、pinger模式模式(应答器与接收器通过同步钟方式控制进行工应答器与接收器通过同步钟方式控制进行工作作)。系统也需配有。系统也需配有VRU，Gyro，参考定位系统。整个系，参考定位系统。整个系统的构成简单，操作方便，不需要组建水下基线阵，测距统的构成简单，操作方便，不需要组建水下基线阵，测距精度高精度高系统的主要系统的主要缺点缺点同样是需要做大量的校准工作，绝对定位精同样是需要做大量的校准工作，绝对定位精度主要依赖于外围传感器度主要依赖于外围传感器VRU，Gyro，DGPS等。等。2-3 2-3 水下声学定位系统水下声学定位系统3.3.超短基线定位系统超短基线定位系统法国法国