GPS报告在航海航空导航中的应用

1、GPS在航海航空导航中的应用在航海航空导航中的应用GPS在航海导航中的应用在航海导航中的应用l 卫星技术用于海上导航可以追溯到卫星技术用于海上导航可以追溯到60年代的第一代卫星导航系统年代的第一代卫星导航系统TRANSIT，但，但这种卫星导航系统这种卫星导航系统 最初设计主要服务于极区，不能连续导航，其定位的时间间最初设计主要服务于极区，不能连续导航，其定位的时间间隔随纬度而变化。在南北纬度隔随纬度而变化。在南北纬度 70度以上，平均定位间隔时间不超过度以上，平均定位间隔时间不超过30分钟，但分钟，但在赤道附近则需要在赤道附近则需要90分钟；分钟；l 80年代发射的第年代发射的第 二代和第三代

2、二代和第三代TRANSIT卫星卫星NAVARS和和OSCARS弥补了这种不弥补了这种不足，但仍需足，但仍需10至至15分钟。此外分钟。此外 采用的多仆勒测速技术也难以提高定位精度（需采用的多仆勒测速技术也难以提高定位精度（需要准确知道船舶的速度），主要用于要准确知道船舶的速度），主要用于 2维导航。维导航。l GPS系统的出现克服了系统的出现克服了TRANSIT系统的局限性，不仅精度高、可连续导航、有系统的局限性，不仅精度高、可连续导航、有很强的抗干扰能力；很强的抗干扰能力； 而且能提供七维的时空位置速度信息。在最初的实验性导而且能提供七维的时空位置速度信息。在最初的实验性导航设备测试中，航设

3、备测试中，GPS就展示了其能代替就展示了其能代替 TRANSIT和路基无线电导航系统，在航和路基无线电导航系统，在航海导航中发挥划时代的作用。今天很难想象哪一条船舶海导航中发挥划时代的作用。今天很难想象哪一条船舶 不装备不装备GPS导航系统和导航系统和设备，航海应用已名副其实成为设备，航海应用已名副其实成为GPS导航应用的最大用户，这是其他导航应用的最大用户，这是其他 任何领域任何领域的用户都难以比拟的。的用户都难以比拟的。天津市智能信号与图像处理重点实验室天津市智能信号与图像处理重点实验室GPS航海导航用户繁多，其分类标准也各不相同，若按照航航海导航用户繁多，其分类标准也各不相同，若按照航路

4、类型划分、路类型划分、GPS航海导航可以分为五大类：航海导航可以分为五大类：l 远洋导航远洋导航l 海岸导航海岸导航l 港口导航港口导航l 内河导航内河导航l 湖泊导航湖泊导航天津市智能信号与图像处理重点实验室天津市智能信号与图像处理重点实验室GPS在航海导航中的应用在航海导航中的应用天津市智能信号与图像处理重点实验室天津市智能信号与图像处理重点实验室 按照导航系统的功能划分大致有按照导航系统的功能划分大致有以下几类以下几类：l自主导航：自主导航：向用户提供向用户提供位置、航速、航向和时间信息位置、航速、航向和时间信息，也可包括海图航，也可包括海图航迹显示，迹显示，不需通信系统不需通信系统。

5、适应于任何海面、湖面和内河上航行的船舶，适应于任何海面、湖面和内河上航行的船舶，从大型远洋货轮到私人游艇。从大型远洋货轮到私人游艇。l港口管理和进港引导：港口管理和进港引导：该系统需要该系统需要双向数据双向数据/话音通信话音通信，对导航系统，对导航系统的精度要求高，的精度要求高， 要采用差分要采用差分GPS和其他增强技术。和其他增强技术。l航路交通管理系统：航路交通管理系统：这类系统与这类系统与2类似，但主要用于近海和内陆河航类似，但主要用于近海和内陆河航路上的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯路上的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯 系统支持。系统支持。l跟踪监视系统：跟踪监视系统：有些系统需要

6、给出导航参量和双向数据有些系统需要给出导航参量和双向数据/话音通讯，如话音通讯，如缉私艇。而有时则不需要给出缉私艇。而有时则不需要给出 导航参量，如用于私人游艇防盗，仅需要导航参量，如用于私人游艇防盗，仅需要单向数据通讯。单向数据通讯。l紧急救援系统：紧急救援系统：需要双向数据需要双向数据/话音通信，要求话音通信，要求 响应时间快、定位精度响应时间快、定位精度高。高。lGPS/声纳组合用于水下机器人导航：声纳组合用于水下机器人导航：如可用于远洋捕捞，如可用于远洋捕捞， 渔船作渔船作业引导。业引导。天津市智能信号与图像处理重点实验室天津市智能信号与图像处理重点实验室所采用的导航技术主要有：所采用

7、的导航技术主要有： lGPS（GNSS）l声纳技术声纳技术lINSl航海图航海图l无线电导航技术无线电导航技术l图象匹配技术图象匹配技术 所采用通信技术主要有：所采用通信技术主要有：lFM和和TV副载波单向数据副载波单向数据/话音通信话音通信l信标台网双向数据通信信标台网双向数据通信l集群通信集群通信l蜂窝通信蜂窝通信l陆基移动数字通信陆基移动数字通信l卫星移动通信卫星移动通信l流量余迹通信等流量余迹通信等 GPS航空导航应用航空导航应用l 尽管从纯技术革新和进步的意义上讲，第一代尽管从纯技术革新和进步的意义上讲，第一代TRANSIT卫星导航系统开创了卫星导航系统开创了 导航技术的新纪元。导航

8、技术的新纪元。但但TRANSIT并未在航空导航领域得到应用，卫星导并未在航空导航领域得到应用，卫星导航技术航技术 真正用于航空导航可以说是始于真正用于航空导航可以说是始于GPS系统。系统。70年代初期，当年代初期，当GPS计划计划 正在酝酿和方案论证阶段，有正在酝酿和方案论证阶段，有人就提出用有限的人就提出用有限的GPS卫星和高度表组合实现飞机导卫星和高度表组合实现飞机导航、航、 进场和起飞，并进行了大量的仿真研究。进场和起飞，并进行了大量的仿真研究。l GPS和一种接收机自主完善性监测（和一种接收机自主完善性监测（RAIM）的技术以）的技术以及广域增强系统能满足洋区航路对及广域增强系统能满足

9、洋区航路对GPS的导航精度、完的导航精度、完善性善性 和可用性的要求，而且精度也能满足大陆空域航和可用性的要求，而且精度也能满足大陆空域航路的要求。路的要求。航路导航：航路导航：进场进场/着陆着陆包括非精密进场包括非精密进场/着陆、着陆、CAT-1、2、3类精密进场类精密进场/着陆。着陆。GPS及及其广域增强系统完全其广域增强系统完全 满足非精密进场满足非精密进场/着陆对清度、完善性和可着陆对清度、完善性和可用性的要求；再用局域伪距差分技术用性的要求；再用局域伪距差分技术/系统增强，系统增强， 能满足能满足CAT-1、2类精密进场的要求。目前实验表明，采用载波相位差分技术，类精密进场的要求。目

10、前实验表明，采用载波相位差分技术，精度可达到精度可达到 CAI-3b类的要求。可以肯定，各种增强和组合系统类的要求。可以肯定，各种增强和组合系统（如（如LAAS、WAAS、INS等）与等）与GPS将成为进场将成为进场/ 着陆的主要手着陆的主要手段，仪表着陆将最终被取代。由于段，仪表着陆将最终被取代。由于GPS着陆系统设备简单、无着陆系统设备简单、无需复杂的地面支持需复杂的地面支持 系统，它将适合于任何机场，包括私人机场系统，它将适合于任何机场，包括私人机场和山区机场。理论上，和山区机场。理论上，GPS着陆系统可以引导着陆系统可以引导 飞机沿着任意一飞机沿着任意一条飞行剖面和进场路径着陆，这就增

11、强了各种机场着陆的灵活条飞行剖面和进场路径着陆，这就增强了各种机场着陆的灵活性和盲降能力。性和盲降能力。场面监视和管理场面监视和管理l包括终端飞行管理和机场场面监视包括终端飞行管理和机场场面监视/管理。管理。场面监视和管理的目的就是场面监视和管理的目的就是 要减少起飞和要减少起飞和进场滞留时间，监视和调度机场的飞机、进场滞留时间，监视和调度机场的飞机、车辆和人员，最大效率地利用终端车辆和人员，最大效率地利用终端 空间和空间和机场，以保证飞行安全。机场，以保证飞行安全。GPS、数字地图、数字地图和数字通信链为开发先进的场面导航、通和数字通信链为开发先进的场面导航、通信和信和 监视系统提供了全新的

12、技术，可以确监视系统提供了全新的技术，可以确信基于信基于GPS/数字地图的场面监视和管理将数字地图的场面监视和管理将为机场带来很大为机场带来很大 效益。效益。航路监视航路监视l目前的监视是一种非相关监视系统，主要是目前的监视是一种非相关监视系统，主要是利用各种雷达系统，可以和机载利用各种雷达系统，可以和机载 导航系统导航系统互成备份。互成备份。GPS和航空移动卫星系统的出现和航空移动卫星系统的出现 ，将改变这种传统的监视方法，机载，将改变这种传统的监视方法，机载GPS导导航系统通过通信自动报告自己的位置这种航系统通过通信自动报告自己的位置这种“自动自动 相关监视系统相关监视系统ADS” 飞行试

13、验与测试飞行试验与测试l在新机型、新机载设备、机载武器系统在新机型、新机载设备、机载武器系统或地面服务系统设计、定型、测试中，或地面服务系统设计、定型、测试中， 基于基于GPS的飞行状态参数测量系统或可的飞行状态参数测量系统或可作为基准，可比较的辅助设备将使飞行作为基准，可比较的辅助设备将使飞行试验及数据试验及数据 处理和飞行测试变的简单和处理和飞行测试变的简单和节省开支。节省开支。 特种飞机的应用特种飞机的应用l航空母舰上飞机着舰航空母舰上飞机着舰/起飞导引系统，直升机起飞导引系统，直升机临时起降导引、军用飞机的编队、临时起降导引、军用飞机的编队、 突防、空突防、空中加油、空中搜索与救援等。

14、中加油、空中搜索与救援等。 航测航测l除了一般飞机要求的导航、起降功能外，用于除了一般飞机要求的导航、起降功能外，用于航测的飞机还需要提供记载测量航测的飞机还需要提供记载测量 或摄影设备或摄影设备的位置及时信息交联、数据记录及事后处理。的位置及时信息交联、数据记录及事后处理。其他应用其他应用l 如飞行训练、校验如飞行训练、校验ILS系统等。尽管在目前的系统等。尽管在目前的DGPS进场进场/着陆演示飞行中，大都用着陆演示飞行中，大都用 ITS作为基准系统来作为基准系统来评估评估DGPS着陆系统的能力，但事实上，着陆系统的能力，但事实上，DGPS的精的精度要优于度要优于ILS系统。在系统。在 ILS没有关闭之前，用没有关闭之前，用DGPS