无线电导航与卫星导航

无线电导航与卫星导航现代导航20世纪中叶至今卫星导航多手段集成近代导航20世纪40年~20世纪60年代前后无线电导航原始导航19世纪中叶以前指南车指南针天文导航普通导航19世纪中叶~二十世纪30年代末惯性导航技术导航发展阶段发展阶段民用与军用（隐蔽性和抗干扰能力）应用场合水下，陆地，海上，航空，航天，星际成本，大小，能耗自主与非自主有源与无源昼夜与天气精度更新频率完好性覆盖范围影响导航技术发展的因素常用的几种导航技术地标目视导航航位推算导航天文导航无线电导航惯性导航特征匹配导航卫星导航组合导航主要内容无线电导航无线电导航的基本概念（重点）无线电导航定位的基本原理（难点）陆基无线电导航系统卫星导航卫星导航的基本概念（重点）卫星导航定位的基本原理卫星导航定位的数学模型（难点）卫星导航定位应用1、无线电导航1.1定义利用运动体上的电子设备接收和处理无线电波来获得导航参数，确定航行体的位置，引导运动体沿规划航线、在规定时间到达目的地的航行技术现代航空中，最基本、核心的导航手段是无线电导航。没有无线电导航，就没有现代航空！无线电导航的任务1）引导航行体飞离航线起点，进入并沿预定航线航行；2）引导航行体在夜间和各种复杂气象条件下安全着陆或进港；3）为航行体准确、安全完成航行任务提供所需的其他导引及情报咨询服务；4）确定航行体当前所处的位置及其航行参数（速度、加速度等）。1、无线电导航1、无线电导航1.2无线电导航发展历史20世纪20～30年代，无线电测向是航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。二战期间，无线电导航技术迅速发展，出现了各种导航系统。雷达开始在舰船和飞机上用作导航手段。飞机着陆开始使用雷达和仪表着陆系统。60年代出现子午仪卫星导航系统。70年代微波着陆引导系统研制成功。80年代，全球定位系统研制成功。1、无线电导航1.3无线电导航原理无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性电磁波在均匀理想介质中，沿直线（或最短路径）传播电磁波在自由空间的传播速度是恒定的电磁波在传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发生反射1、无线电导航1.3无线电导航原理通过无线电波的发射、接收和处理，导航设备通过测量无线电导航台发射信号(电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，进而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。1、无线电导航1.3无线电导航原理无线电导航的基本观测量：方位(角度)，距离(距离差)测角方法：振幅法、相位法测距方法：相位法、频率法、脉冲法角度测量距离测量1、无线电导航定位

定位1.3无线电导航原理可以组成测角-测角、测距-测距、测角-测距、测距差（双曲线）等多种形式的导航定位方式1、无线电导航1.3无线电导航原理可以组成测角-测角、测距-测距、测角-测距、测距差（双曲线）等多种形式的导航定位方式

定位

距离差定位1、无线电导航1.4无线电导航优缺点优点不受时间、天气限制精度高作用距离远定位时间短设备简单可靠缺点需发射和接收无线电波，容易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，对应的导航设备无法使用1、无线电导航1.5无线电导航分类按导航台所处位置分类陆基无线电导航系统星基无线电导航系统按有效作用距离划分近程导航系统远程导航系统全球导航系统1、无线电导航1.6陆基无线电导航系统概念导航台安置在地面上的无线电导航系统系统组成一般由地面发射装置和载体信号接收设备两部分组成系统优缺点优点：系统体积较小，质量轻，可靠性高缺点：系统覆盖区域受限制、定位精度低应用领域航海、航空、陆地车辆导航1、无线电导航1.6陆基无线电导航系统典型系统仪表着陆系统（ILS）康索尔（CONSOL）伏尔（VOR）+测距机（DME）罗兰C（Loran-C）奥米伽（OMEGA）塔康（TACAN）TACANVOR天线ILS1、无线电导航Loran-C简介LongRangNavigation(远程导航系统)系统参数和特点工作频率:90KHz~110KHz地波定位的作用距离为2000km左右，天波为4000km地波定位精度为460m，重复测量和相对定位精度为18~90m有定时功能缺陷罗兰C台链覆盖地区有限，定位精度也较低应用航海、航空、陆上、交通、授时、军事等1、无线电导航Loran-C工作原理系统构成：一个主站，若干辅站，接收设备工作方式：测定主、副台发射的两个脉冲信号的时间差和两个脉冲信号中载频的相位差，即可运动载体到主、副台的距离差定位方法：双曲定位Loran-C信号发射机1、无线电导航1.7室内无线电定位技术人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息1、无线电导航1.7室内无线电定位技术随着智能手机的普及，以及移动互联网的发展，室内导航的需求将越来越大1、无线电导航1.7室内无线电定位技术射频识别（RFID）无线网络（WLAN）超宽带（UWB）紫蜂（ZigBee）蓝牙（Bluetooth）室内GPS（A-GPS）伪卫星（PL）雷达（Radar）RFIDtagRFIDReaderZigBee模块UWB芯片A-GPS1、无线电导航ABZXY5Km5.3Km6KmCell-IDTOA(timeofarrival)/signalstrength232、卫星导航2.1卫星导航系统具有全球导航定位能力的卫星导航定位系统称为全球卫星导航系统，英文全称为GlobalNavigationSatelliteSystem，简称为GNSS。

现有全球卫星导航定位系统GPSGLONASSGALILEO中国北斗(BDS)中国2012亚太地区2015全球覆盖2.1卫星导航系统2、卫星导航北斗卫星导航系统北斗系统总体计划:三个建设阶段从主动定位到被动定位从区域服务到全球服务2020从主动定位到被动定位从区域到全球2、卫星导航2.2卫星导航系统特点高精度全天候高效率三维定位多用途自动化全球导航2、卫星导航2.3卫星导航系统组成地面控制部分主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成

空间部分卫星组用户部分接收机和信号接收天线监测站主控站观测值注入站卫星轨道和钟差参数计算导航电文2、卫星导航GPS用户2、卫星导航2、卫星导航一个站星距离测站位于以卫星为球心，站星距离为半径的球面上2.4卫星导航定位的几何原理2、卫星导航两个站星距离作两个球面两个球面相交为圆测站位于圆圈上2.4卫星导航定位的几何原理2、卫星导航三个站星距离作三个球面三个球面两两相交于两点测站位于其中一点2.4卫星导航定位的几何原理2.4卫星导航定位的几何原理GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会一个站星距离=球面两个站星距离=圆三个站星距离=两点三个站星距离+地球=一点2、卫星导航

2、卫星导航2.4卫星导航定位的几何原理卫星信号于“T”时刻发射GPS接收机于“T+

Δt”收到信号站星距离=信号传播时间x光速XllVlXllllllllVVVllVlllXlX

2、卫星导航2.5数学模型S1S2S3S4(X,Y,Z)2、卫星导航2.6卫星导航定位应用基本应用PNT服务定位导航授时飞机导航GPS已成为航空交通管理系统的支撑技术之一GPS能无缝提供飞机三维运动状态（位置和速度）为飞机的起飞，航行，着陆和机场滑行提供安全高效的导航服务车载导航车载导航系统移动目标监控以数字移动通信网络（GSM）为基础，GPS为车辆提供定位信息监控中心获得并检测移动目标的位置信息，并显示在精确的电子地图（GIS）上能够监控和掌握移动用户实时动态的信息，为移动用户提供监控报警、区域看车、事故拯救、医疗救护、交通支援等功能服务车辆跟踪系统防盗在一些小偷偏爱的“海王星”等一些品牌的摩托车上隐蔽地装上GPS，数据信号能直接传到警方平台，一举一动均在警方监控之下精确打击测绘领域中的应用国家高精度GPS网时间传递和时间同步利用GPS进行时间传递和时间同步已在科学研究、金融和电力及通信中得到了广泛应用地学应用地球动力学GPS/METGPS电离层探测GPS/R（土壤湿度，测雪，海面高，海面地形）地球动力学中国及周边地壳运动图大气探测GPS气象水汽