第一章 导航定位历史--讲义版本

第一章 导航定位历史
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不同纬度纬圈的弧长L为：
L = Le × cos ϕ
( km)
ϕ 式中Le为赤道圈的弧长，等于40074公里， 为当地纬度。
赤道圈上1◦对应的距离为111.3km。 中国唐代高僧一行，俗名张遂，测得子午线1◦ 对应的长 度为351里80步（132.08公里，比今天所测得的子午线长度
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1767年，根据格林尼治天文台提供的观测数据绘制的英 国航海历出版了。这时，英国已取代西班牙和荷兰等 国，成为头号海上强国。她出版的航海历自然也广为流 传，并为其他国家所仿效。这意味着格林尼治已开始成 为许多海图和地图的本初子午线。 1850年，美国政府决定在航海中，要采用格林尼治子 午线作为本初子午线。1853年，俄国海军大臣宣布，不 再使用专门为俄国制订的航海历，而代之以格林尼治为 本初子午线的航海历。这些决定为后来的决定打下了一 个基础。 Global Positioning System
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十五世纪以前，人们主要在沿海进行商品贸易活动。远洋 航行者往往只能沿海岸线航行，便于随时根据海岸线轮廓 估算自己的方位。 哥伦布发现美洲大陆以及达伽马发现印度以后，掀起西方 列强的殖民热潮。远洋航行逐渐增多，对海上定位 的要求 越来越高。如何在没有任何参照物的茫茫大海中准确定 位，对远洋航行至关重要。
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测定“标准时间”的关键在于准确计时 通过各天文台卓有成效的工作，编算出了准确的航 海历，再借助天文方法，可以精确地测出当地的地 方时。 确定“标准时间”需要准确的计时器，在钟表出现以 前无法解决。 有些国家采用悬赏来寻求解决办法。
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第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
社,2003 。
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考核方法：
第一节 古代导航定位发展历史
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Loran-c覆盖范围
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Eurofix覆盖范围
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问题直到1884年才得以最后解决。那年的10月1日，在美 国的发起下在华盛顿召开了国际子午会议。10月23日， 大会以22票赞成，1票（多米尼加）反对，2票（法国、 巴西）弃权，通过一项决议，向全世界各国政府正式建 议，采用经过格林尼治天文台子午仪中心的子午线，作 为计算经度的起点。 从此全世界有了统一的经度标准，人们说某一点的经度 是多少时，不需再特别注明经度从哪里起算。
确定纬度的方法：
古人是如何确定经纬度的？
北极星的高度角。纬度越高，高度角越大。
《鲁滨逊漂流记》(1719年出版)中 多次提到船只所处的经纬度。
正午太阳的高度角。纬度越高，角度越小； 但要考虑太阳不同季节高度角变化的因素。
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如何确定经度？ 因为地球的自转，地球在东西方向上是一个对称 的球体。与纬度的特性不一样的是，在不同经度的 地方，日月星辰的运行规律基本一致，如何确定经 度一直是一个难题。
确定经度的方法：
早在公元前二世纪，古希腊人已经认识到，如果 在两个不同的地方观测同一事件，并记下发生这一 事件的当地时间，那么，通过计算这两地记下的时 间差，就可以求得这两地之间的经度差。
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第二节
无线电导航
无线电测向装置发明后，人们意识到通过它可以 提高定位精度。无线电测向装置定位误差在1海里 之内，比天文方法的30海里的定位精度高许多，能 有效地为船舶和飞机进行导航。 无线电导航系统主要有loran-C，Eurofix系统等。
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定向的方法：
导航涉及两个问题：定向和定位。这两者对航海是 同样重要的。
2、定位
1、天文方法 太阳的方位 月亮的方位 北极星的方位 2、指南针。 它使定向变得容易，从此人们关注的是如 何定位。
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章节安排
第一章 第二章 第三章 导航定位历史 卫星定位系统简介 GPS的用途和意义 GPS系统的组成 伪距定位原理 GPS动态测量 GPS定位误差分析 GPS车辆导航和调度管理 GPS高程测量
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指定教材：
徐绍铨,GPS测量原理及应用,武汉大学出版 华中科技大学水电学院 主讲：付必涛
1883年，在罗马召开的第七届国际大地测量会议 考虑到，当时90％的航海家已根据格林尼治来计 算经度，因而建议各国政府应采用格林尼治子午 线作为本初子午线。 为了与法国妥协，会议还提出，将法国的米制作 为世界统一的公制单位。
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当时已经有了航海历，能够比较准确地预报 太阳、月亮和诸行星的位置。 水手只要用天文观测仪器测出日月星辰的精 确方位，再查航海历，就可以获得当地时间。
1757年，船用六分仪问世。这是一种手持 的轻便仪器，它可以测量天体的高度角和 水平角，将所得结果与天文台编制的星表 对照，就可以测定船舶所在地的当地时间。
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地球24小时（严格说应该为23小时56分）自转一圈 （360度），一个时区对应经度15度。所以只要确 定两地时差，就可以确定两地经度之差。 在古代没有统一的经度起算标准，一个地方的经度 值，实际上是这个地方与某个起点的经度之差。水 手要测定当地的地方时与起点的“标准时间”之差。 要同时知道地方时与 “标准时间”，才能测定经度。
长，并于第二天立即开始用台上的大六分仪进行 Global Positioning System 天文观测。
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1598年，西班牙国王菲利浦三世悬赏9千块旧金币 给能够"发现经度"的人。然而，始终没有人能够有 幸领取这笔为数不小的赏金。 荷兰国会为解决经度问题提供了一笔高达9千镑的 奖金。 此风盛行一时，直到十八世纪初，法国议会还在为 有关进一步研究经度测定的工作，提供各种单项赏 金。
第一章 导航定位发展历史
开卷考试。
人类对导航方法的探索，在人类文明出现后不久就 开始了。随着商品贸易的发展，一些沿海国家开始 航海贸易，而如何导航，对航海者是性命攸关的事 件。从那时开始，人类就开始探索各种导航方法。
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经纬度的概念：
Global Positioning System Global 30◦ 31′12″N，114◦ 16′12″E。 Positioning System
略大一些），是世界上第一个测量出地球子午线长度的人。
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经度起算标准的确定
经度起算点的位置决定时间标准 。
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1720年代，英国钟表匠约翰·哈里森花了将近40年 时间，设计出了高精度的机械钟，每天的误差不 超出3秒钟，能够在6星期航程结束时判定船舶所 在经度，误差不超过30海里。 从此以后，航海者可以根据钟表上的“标准时 间”，结合用星历表和船用六分仪观测到的地方 时间，随时确定自己所处的经纬度，远洋航行的 定位问题基本得到解决。
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确定经度的关键在于准确计时 实际上，测定经度的关键也在这里：一方面 需要有一架走得很准的钟，以记录起算点的 时间，另一方面必须用天文方法精确地测出 当地的地方时。然而，这两点在十六世纪时 都做不到。
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确定地方时的方法
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1657年，著名的荷兰百度文库文学家、物理学家惠更斯 发明了摆钟，提供了高精度的计时仪器。
但是摆钟在颠簸的船只上无法正确运行，当时航 海界最需要的，是一种不受船舶颠簸和天气影响 精密计时器。
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建立天文台
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测定“标准时间”
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各国天文台的相继建立，为编制高精度的天体位 置表铺平了道路。 十七世纪下半叶，法国国王路易十四在他的财政 大臣科尔伯特的怂恿下，决心使法国在科学上及 海上处于世界领先地位。1666年，成立了法国科 学院，1667年，建立了巴黎天文台。 1676年9月15日，英国皇家科学院建成了格林尼 治天文台。天文学家约翰·弗兰斯提德为第一任台
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第一章 导航定位历史
确定经度方法的本质
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利用两地时差来计算经差。 1530年，格玛·弗里西斯在他的著作《天文原理》 一书中指出，只要带上一只钟，使它从航海开始的 地方起一直保持准确的走动，那么，到一个新地方 后，只要一方面记下这只钟的时间，另一方面同时 用一台仪器测出当地的地方时，这两个时间之差也 就是两地的经度差。这就是所谓的"计时法"的原理。
Loran-c发射天线
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定位，就是确定人、船只等载体或其它目标 所在方位，方位的数学表达形式是经纬度或 其它大地坐标形式。
航海者必须及时确定自己的方位，以便及时调整航 向，这样才能避免迷失航向，少走弯路。
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伽利略用他制作的望远镜，发现了木星的卫星和 卫星食现象。而且木星卫星食的现象，平均每个 晚上可以发生一、二次，因此，只要能对木星的 卫星食现象作出准确预报，测定经度的问题也就 基本解决了。 1636年，荷兰议会有意要采纳他的建议。但是， 这时伽利略由于宣传哥白尼的日心说已经被天主 教会软禁，宗教裁判所拒绝让伽利略去接受荷兰 政府的奖赏。
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我们把经过格林尼治的子午线定为起始经线，叫本初子午 线或零子午线。 格林尼治标准时间 (Greenwich Mean Time, GMT)，它规定 太阳直照在零子午线上的时间为正午十二时。地球按经线 划分为24个时区，自零子午线往西，每隔15°其标准时间 提前一小时，往东则每15°推后一小时。
古希腊天文学家喜帕恰斯提出，可以用观测月食来 解决这一问题。 哥伦布就曾利用1494年9月14日的月食，测得了希 斯帕尼奥拉港的经度。 也有人曾用月掩火星的机会来测定经度。 然而，月食天文现象一年中也只有几次。而航海事 业的发展，却要求随时测定船舶位置的经度。
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