2.导航基础理论
卫星导航程序实训报告范文
一、引言随着科技的不断发展，卫星导航技术在我国得到了广泛应用。
为了提高我国卫星导航技术的研发水平，培养具有实际操作能力的高素质人才，我们进行了为期一个月的卫星导航程序实训。
本文将详细描述实训过程，总结实训成果，并对实训过程中遇到的问题进行反思。
二、实训目的1. 掌握卫星导航程序的基本原理和开发方法；2. 熟悉卫星导航系统的组成和功能；3. 提高实际操作能力，为今后的工作打下基础。
三、实训内容1. 理论学习（1）卫星导航系统基本原理：包括GPS、GLONASS、Galileo和北斗等卫星导航系统的基本原理、工作方式和技术特点。
（2）卫星导航程序开发方法：学习卫星导航程序的开发流程、编程语言、开发工具和调试方法。
（3）卫星导航系统应用：了解卫星导航技术在测绘、交通、农业、地质勘探等领域的应用。
2. 实践操作（1）卫星导航程序设计：根据实际需求，设计并实现一个卫星导航程序。
（2）卫星导航数据采集与处理：使用卫星导航设备采集数据，并进行数据处理和分析。
（3）卫星导航系统性能测试：对开发的卫星导航程序进行性能测试，包括定位精度、定位速度和抗干扰能力等。
四、实训过程1. 理论学习阶段（1）通过查阅资料、课堂讲解和自主学习，掌握了卫星导航系统基本原理和开发方法。
（2）了解了卫星导航技术在各个领域的应用，为后续实践操作奠定了基础。
2. 实践操作阶段（1）根据实际需求，设计并实现了一个卫星导航程序，实现了定位、导航和路径规划等功能。
（2）使用卫星导航设备采集数据，对采集到的数据进行预处理、滤波和匹配等处理，提高了定位精度。
（3）对开发的卫星导航程序进行性能测试，发现并解决了部分问题，提高了程序稳定性。
五、实训成果1. 成功设计并实现了一个卫星导航程序，实现了定位、导航和路径规划等功能。
2. 提高了卫星导航数据的采集和处理能力，为后续研究提供了有力支持。
3. 了解了卫星导航系统在各个领域的应用，为今后的工作打下了基础。
导航工程技术专业学习教程掌握导航原理和技术的关键步骤
导航工程技术专业学习教程掌握导航原理和技术的关键步骤一、引言导航工程技术是一门涉及航海、航空、导弹、卫星等领域的重要学科，它关乎着航行安全和导航精度。
本教程将介绍导航工程技术的学习路径和关键步骤，帮助读者全面理解和掌握导航原理和技术。
二、导航原理1. 惯性导航惯性导航是一种基于力学原理的导航方式，它通过测量物体在空间中的运动状态和加速度来确定位置和速度。
了解物体的运动特性和相关的力学原理是学习惯性导航的关键。
2. 卫星导航系统卫星导航系统是一种基于卫星信号的导航方式，目前广泛应用的系统包括GPS、GLONASS、Galileo等。
了解卫星导航系统的组成和工作原理，以及如何使用卫星信号进行导航定位是学习卫星导航系统的关键。
三、学习步骤1. 基础知识学习在学习导航工程技术之前，需要掌握一些基础知识，如数学、物理、电子学等。
这些基础知识为后续的学习打下坚实的基础。
2. 系统学习导航原理学习导航原理是理解导航工程技术的核心。
可以通过学习教材、参加相关课程或者进行自主学习来全面了解惯性导航和卫星导航系统的原理。
3. 实践操作理论学习之后，需要进行实践操作来加深对导航技术的理解和掌握。
实践操作可以包括使用导航设备进行定位导航、参与导航工程项目等。
4. 深入研究与学术交流在掌握基本导航原理和技术之后，可以进行深入研究和学术交流。
可以阅读相关领域的学术论文、参加学术会议或者进行科研项目，以提升自己在导航工程技术领域的专业水平。
四、学习资源推荐1. 书籍推荐- 《惯性导航原理与技术》- 《卫星导航原理与应用》- 《导航工程实践指南》2. 在线课程推荐- Coursera平台上的《导航工程导论》课程- edX平台上的《卫星导航系统原理与应用》课程3. 学术期刊推荐-《Navigation》-《IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems》-《Journal of Navigation》五、结论通过学习以上步骤和资源，可以全面掌握导航原理和技术。
导航工程技术专业学习教程全面了解导航工程技术的学习指南
导航工程技术专业学习教程全面了解导航工程技术的学习指南导航工程技术是一门涵盖航海、航空、地理信息、导航系统等多个领域的学科，它研究的是一种基于导航仪器和卫星系统的星际定位和导航技术。
学习导航工程技术需要掌握一系列的基础理论知识和实践技能，本文将为您提供一份全面了解导航工程技术的学习指南。
一、学科概述导航工程技术是以航海、航空为基础，结合了地理信息系统和导航卫星系统的学科。
它的研究对象是确定、测量和监控地球上某一特定位置的方法和技术。
二、学习内容1. 基础理论知识学习导航工程技术首先需要掌握基础理论知识，包括地球形状和大地测量、地球坐标系统、地球引力场、航行航路规划等方面的知识。
2. 导航系统了解不同类型的导航系统是导航工程技术学习的重点之一。
包括全球卫星导航系统（如GPS、GLONASS、Galileo系统等）、局地卫星导航系统和惯性导航系统等。
3. 海洋导航海洋导航是导航工程技术的重要应用领域，学习海洋导航需要了解海洋航行规则、航海图、电子海图、雷达航迹绘制等技术。
4. 航空导航航空导航是导航工程技术的另一个重要应用领域，学习航空导航需要了解飞行导航系统、着陆导航、飞行计划和飞行控制等内容。
5. 地理信息系统导航工程技术与地理信息系统（GIS）有着密切的联系。
学习地理信息系统可涉及地理数据的获取、处理、存储和分析，以及空间数据的可视化等方面。
三、学习方法1. 建立坚实的数学基础导航工程技术需要运用大量的数学知识，尤其是空间几何和三角计算。
建议学生在学习导航工程技术之前，先打好数学基础。
2. 加强实践能力学习导航工程技术不能仅停留在理论知识层面，更需要通过实践来加强自己的技能。
可以参加实验室实训、参观导航设备或参与导航系统的设计等实践活动。
3. 多方面资源的利用除了课程学习，还可以通过阅读相关教材和论文、参加学术讲座等途径，获取更多深入的导航工程技术知识。
四、就业前景导航工程技术专业毕业生通常可在航空航天、海洋测绘、地理信息、卫星通信等相关领域找到就业机会。
导航工程技术专业学习教程系统学习导航工程技术的有效途径
导航工程技术专业学习教程系统学习导航工程技术的有效途径导航工程技术专业学习教程系统学习导航工程技术的有效途径导航工程技术是一门综合性较强的学科，涉及测量学、地理信息系统、航空航天技术等多个领域。
对于想要学习导航工程技术的人来说，建立系统化的学习路径至关重要。
本教程将为您介绍学习导航工程技术的有效途径，助您在这一领域取得优秀的成绩。
一、基础知识的学习要学好导航工程技术，首先需要打好基础。
学习导航工程技术前，建议先学习数学、物理等基础知识，同时了解相关领域的基础概念。
在学习过程中，可以选择参考教科书、学术论文以及相关的教学视频，确保对基础知识的理解准确。
二、实践操作的训练理论知识的学习只是导航工程技术学习的第一步，深入实践才能让我们真正掌握这门技术。
在学习导航工程技术过程中，应该注重实践操作的训练。
可以利用实验室设备、仿真软件等进行各种实际操作，提高自己的动手能力和技术操作水平。
三、参与项目的实践除了日常的实践训练，还可以积极参与导航工程技术相关的项目实践。
通过参与项目，可以接触到真实的工程案例，了解实际应用中遇到的问题以及解决方法。
同时，还能与行业内的专业人士进行交流，拓宽自己的视野，提高解决问题的能力。
四、学术研究的深入导航工程技术作为一门学科，有着广阔的发展空间。
为了更好地学习和应用导航工程技术，可以积极参与学术研究。
关注学术期刊、学术会议等，了解最新的研究成果和学术动态，参与学术交流、发表论文，提高自己在该领域的学术造诣。
五、持续学习的态度导航工程技术是一个不断发展的领域，要想在这个领域有所建树，必须保持持续学习的态度。
要经常关注行业发展的动态，参加相关的培训班、研讨会等，不断提升自己的专业能力。
同时，持续学习还包括积累项目经验、跟踪技术前沿等方面，努力与时俱进。
六、交流合作的机会导航工程技术是一个团队合作的学科，交流合作是提高自己技术水平的重要途径。
在学习过程中，可以积极寻求与其他专业人士的合作机会，参与学术团队、技术团队等，共同探讨问题、分享经验，共同提高。
《导航电子地图》课程标准(含课程思政)
《导航电子地图》课程标准1 课程概述1.1 课程名称课程名称∶《导航电子地图》1.2 学时与适用对象课程共计理论课时48学时。
本标准适用于测绘地理信息技术相关专业。
1.3 课程定位导航电子地图是测绘工程技术专业群的专业课。
课程引入《地理信息技术基本术语》、《电子地图制作规程》、《地理信息兴趣点分类与编码》、《导航电子地图图形符号》、《导航电子地图框架数据交换格式》、《手机地图产品数据规范》、《车载导航电子地图数据质量规范》、《导航电子地图安全处理技术基本要求》、《地理信息公共服务平台电子地图数据规范》等标准。
通过本课程的学习，使学生能够进行电子地图制作与分析、三维建模与分析、导航电子地图设计与开发等等工作。
本课程预修课程为《地形测量》、《数字测图》、《计算机制图（CAD）》、《地理信息系统应用》、《控制测量与GNSS》等，修完本门课程后，学生科进行电子地图制作与分析、三维建模与分析、导航电子地图设计与开发等生产方面的工作。
2 工作任务与课程目标2.1工作任务与职业能力本课程是以工作过程为导向，以能力为目标，以学生为主体，以素质为基础，以项目为载体，以任务驱动的理论和实践一体化的课程。
通过不同项目工作任务的训练，培养掌握电子地图制作、分析，导航电子地图相关理论知识，具备地理信息数据采集、电子地图制作、电子地图分析能力，能够进行外业导航地理数据采集、内业导航地理信息制作，从事组织管理、项目实施、内外作业等工作的高素质技术技能人才。
2.2 课程目标通过学习本课程，可以加深对导航电子地图基础知识的理解，电子地图制作与分析、导航电子地图制作的生产流程、工序及过程，从基础到应用，从理论到实践组织课程教学。
按照岗位职业能力要求，筛选知识点和技能点，突出培养学生的职业岗位能力，预计达到以下具体目标：知识目标：1.掌握电子地图的基本概念；2.掌握电子地图的空间数据模型；3.掌握电子地图的可视化处理；4.掌握三维电子的基本知识；5.掌握电子地图的分析方法；6.掌握导航电子地图的基本知识，导航原理宇导航系统的构成；7.掌握导航电子地图数据及数据结构。
《惯性导航简介》
惯性导航简介——《导航概论》课程论文专业：测绘工程A组姓名：师嘉奇学号：2015301610091一.摘要与关键字1.本文摘要：本文主要对导航工程的基本内涵，方法与原理进行简单介绍，主要介绍有关惯性导航的相关内容，并且根据在本学期《导航概论》这门课程上所学习的内容谈一谈自己对导航应用的设想以及对本课程教学的建议。
2.关键字：惯性导航，定位技术，应用与服务，发展与前景二.导航工程基本内涵导航定位的历史与人类自身发展的历史一样久远。
人类的导航定位活动源自于其生活和生产的需要。
陆地上的导航定位最早发生在人类祖先外出寻找食物或狩猎的过程中，那时，他们通常在沿途设置一些特殊的“标记”来解决回家迷路的问题。
随着探索遥远地域的愿望与行动的出现，他们则通过观察和利用自然地标（如山峰、河流、树木、岩石等)以及自然天体（恒星)来解决导航定位问题这也使得他们能够翻越高山、跨越河流。
谈到导航，很多人会认为这是一个在近现代才提出的词汇，但是，导航的历史已经非常久远了。
从古代黄帝作战使用的指南车，到战国时期的司南，从近代航海使用的指南针，再到当今社会人手一部的智能手机，导航已经有了很悠久的历史。
那么，导航工程的基本内涵到底是什么呢？首先，我们可以通过两个英文的句子来大概了解一下到底什么是导航“when am I？”和“How and when to get there?”，这两个问题问的是我现在在哪？我要怎么到那里去？它们也指出了导航的内涵，那就是在哪，怎样去，多久到达。
因此，通过科学的定义，将航行载体从起始点引导到目的地的过程称为导航，导航系统给出的基本参数是载体在空间的即时位置、速度和姿态、航向等，导航参数的确定由导航仪或导航系统完成。
通过这种技术引导载体方向的过程即为导航。
导航是解决人，事件，目标相互位置动态关系随时间变化的科学，技术，工程问题。
在室外或者自然环境中的导航，按照载体运动的范围，可分为海陆空天(海洋、陆地、空中、空间)导航四类；按照所采用的技术，常用的导航方法有，天文导航、惯性导航、陆基无线电导航、卫星导航、特征匹配辅助导航（如地形匹配、地磁匹配、重力匹配)等，以及上述导航方法之间的不同组合（组合导航）。
导航原理-组合导航PPT课件
上式说明，组合导航系统的导航参数的误差就 是惯导系统导航参数误差估值的估计误差。
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2、反馈校正
采用反馈校正的间接法估计是将导航参数误差 的估值反馈到各导航系统内，对误差状态进行 校正。反馈校正的滤波示意图如图6.5所示
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输出校正和反馈校正的分析
从形式看，输出校正只是校正系统的输出量，而 反馈校正则校正系统内部状态，但可以证明，如 果滤波器是最优滤波器，则两种校正方式的结果 是一样的。然而，真正意义上的“最优滤波器” 工程上是不存在的。未校正系统导航参数的误差 会随时间而增大，因而输出校正方式下的滤波器 状态值会越来越大。这使得方程线性化等近似计 算误差不断增大，从而滤波效果变差。
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间接法估计的状态都是误差状态，即滤波 方程中的状态矢量是导航参数误差状态和 其它误差状态的集合（用 正和反馈校正。
1、输出校正
以惯导系统和其它某一导航系统组合为
例，间接法的组合导航卡尔曼滤波器将惯
导系统和其它导航系统各自计算的某些导
组合导航
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2. 最优综合导航系统
采用卡尔曼滤波器的组合方法
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计，它 用“状态”表征系统的各个物理量，而以“状 态方程”和“观测方程”描述系统的动力学特 性。它要求应用对象是线性系统，且已知系统 的某些先验知识，如系统噪声和测量噪声的统 计特性。综合导航系统基本满足这些条件，因 而适合采用卡尔曼滤波。
(ie
cos L
VE RN
N
、)
hU
E
VN RM
h N
N
式中角注E、N、U 代表东、北、天；
RM Re (1 2 f 3 f sin 2 L)
导航原理(绪论)
惯性导航系统的优点
（1）由于它是不依赖于任何外部信息．也不 向外部辐射能量的自主式系统．故隐蔽性好 也不受外界电磁干扰的影响； （2）可全天候全球、全时间地工作于空中、 地球表面乃至水下． （3）能提供位置、速度、航向和姿态角数据， 所产生的导航信息连续性好而且噪声低． （4）数据更新率高、短期精度和稳定性好．
非自主导航的缺点：1，需要地面站；2， 实时性差；3，安全性差。 美国学者lemay提出用下列四个特点来代表 航天器自主导航的概念：（1）自给或者独 立；（2）实时；（3）无发射；（4）不依 靠地面站。
本课的主要内容是研究航天器的自主导航 原理
自主导航的方法主要有：惯性导航、 天文导航、地（陆）标导航和卫星导 航等。
定义：以已知准确空间位置的自然天体为基 准，通过天体测量仪器被动探测天体位置， 经解算确定测量点所在载体的导航信息。 天文导航的重要性：天文导航是一种古老的 导航手段，随着科技的发展，世界各军事强 国对，美国数十位导航专家 耗时13个月提出了一整套导航战理论，对 未来战场上GPS的可用性表示担忧，进而 指出两种导航体制并存的必要性，并特别 强调天文惯性导航的重要性。
惯性导航（inertial navigation）： 通过测量运动体的加速度(惯性)， 并进行积分运算，获得飞行器瞬 时速度和瞬时位置数据的技术。
惯性导航的原理
惯性导航系统属于一种推算导航方式．即 从一已知点的位置根据连续测得的运载体 航向角和速度推算出其下一点的位置．因 而可连续测出运动体的当前位置。惯性导 航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标 系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中 并给出航向和姿态角；加速度计用来测量 运动体的加速度，经过对时间的一次积分 得到速度，速度再经过对时间的一次积分 即可得到距离。
导航技术概论
导航技术概论
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本课程所涉及的主要内容
第一部分：组合导航系统理论基础
➢ 组合导航的基本概念 ➢ 典型的导航系统的工作原理及特点 ➢ 导航系统误差分析及建模方法
第二部分：状态估计部分
➢ 组合导航系统状态估计方法：卡尔曼滤波，扩展卡 尔曼，无迹卡尔曼滤波，粒子滤波，联邦滤波
组合导航理论基础
导航技术概论
主要内容
1、导航技术的定义与分类 2、组合导航系统 3、各导航系统基本原理 4、导航定位基础知识
导航技术概论
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1、导航技术的定义与分类
导航
目的：在哪里？到哪里去？怎么去？ 定义：以某种手段或方式引导航行体安全、准
确、经济、便捷地在既定的时间内，按照既定 的航行路线，准时地到达目的地。
导航技术概论
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3.2 地文导航（Terrestrial Navigation System ）
➢ 地文导航是利用某种观测仪器（含肉眼）对所熟悉的地物 或导航设施（航标等）进行经常的或连续的观测，以确定 舰船的位置和运动方向，从而达到导航的目的。
➢ 在航海中地文导航也叫观测导航，它是利用罗经、测距仪 和六分仪等观测仪器，观测岸上目标的方位、距离和水平 角，按一定法则确定船位，称为地文导航法或陆标测位。
第三部分：组合导航系统中的其他问题
➢ 组合导航的工作模式，降阶处理，信息同步
导航技术概论
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考核方式
考试：80%，闭卷考试 平时：20%
参考教材：《组合导航系统》，孙枫 《惯性导航系统》，黄德鸣 《卡尔曼滤波与组合导航原理》，秦永元
导航技术概论
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第1章 概述 惯性导航
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3.现代发展 7）1920年前后，出现了供飞机使用的转弯速率 指示器、人工水平仪和方位陀螺； 8）二战期间，德国的V2火箭用两个二自由度陀 螺和一个加速度计构成惯性制导系统，这是惯性 技术在导弹制导上的首次应用。但由于惯性器件 精度低，设计粗糙，无法实现舒拉调谐要求，因 此在轰炸伦敦的过程中，1/4的V2 火箭提前掉入 大海。
电子信息工程学院
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3）1852年法国科学家傅科根据上述理论发现了 陀螺效应，观察到了地球自转，并首先使用 “Gyro”(Gyroscope－转动＋观察)这个名词， 开 创了人们对工程实用陀螺的研究和开发； 4）1923年，舒勒发表了论文《运载工具的加速 度对于摆和陀螺仪的干扰》，提出了84.4分的 无干扰理论，为惯性技术的发展起到了关键的 理论指导作用，陀螺仪的设计开始完善；
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3 103 3 105
电子信息工程学院
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4.惯导系统的精度 第一代：40年代前，只有惯性仪表，如地平仪、罗经等 ，谈不上精度； 第二代：40年代至70年代，惯性仪表从Ｖ-2火箭开始出 现，并广泛使用。定位精度0.3-2nm／h，陀螺 精度为0.3度/ｈ； 第三代：正在研制并开始投入使用，希望定位精度比第 二代提高二个数量级，陀螺精度为 3 5 3 10 3 10 度／ｈ； 第四代：从80 年代开始研制，应用最新现代科学技 术，预计定位精度小于１米。
电子信息工程学院
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惯性导航系统：利用惯性敏感元件(陀螺仪、加 速度计)测量载体相对惯性空间的线运动和角运 动参数，在给定的初始条件下，输出载体的姿态 参数和导航定位参数。 优点：（1）依靠自身测量的载体运动加速度信 息来连续推算载体速度和位臵，不需要接收外部 信息，不受外界干扰，是一种自主式导航系统； 工作时不向外辐射能量，隐蔽性好；确定载体位 臵同时还能测量载体姿态角。
复杂条件下飞行器进近可视导航的基础理论研究
项目名称：复杂条件下飞行器进近可视导航的基础理论研究首席科学家：戴琼海清华大学起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：国家自然科学基金委员会教育部一、研究内容科学问题之一：多维动态复杂空地环境统一表示在复杂地形、气象、电磁和多类威胁目标等特殊环境下，针对飞行器所呈现的位置和姿态变化的复杂运动，重点研究各种环境因素的几何、物理和行为模型的数字表达，各因素间空间关系的数字表达，以及它们在数据库中的表达；威胁目标对飞行器周边态势的影响与实时获取、跟踪与识别方法。
在高动态、多干扰条件下，探索多谱段窄带环境下的自适应高效传输机理，研究多优先级的空地、空空数据链协同传输方法。
主要研究内容如下：(1)终端区复杂环境变化因素精确获取方法；(2)终端区空地环境的多维动态表示模型；(3)空地移动网络的自适应协同传输方法。
科学问题之二：多源多尺度景象鲁棒匹配及合成视觉时空映射关系终端区能见度的变化以及飞行器位置、姿态变化引起的视点、视角变化是飞行器实现可视自主进近的难题。
为此，需要进行多源误差形成机理分析，多源多尺度景象鲁棒匹配与融合方法、多视角多光照条件下图像增强与真实场景的反演算法以及飞行器动态运动下物理空间和合成视觉空间的时空映射关系等研究。
主要内容如下：(1)导航定位、地理模型等多源数据误差及作用机理；(2)进近景象匹配误差补偿理论与鲁棒熵融合方法；(3)不同能见度增强的真实场景反演与多视点交互行为导航控制；(4)进近可分级导航视场精准重建理论。
科学问题之三：可信导航视场下的自主进近优化各种异类、异质传感器误差分布及误差传播特性是影响航空导航精度的关键因素，建立综合导航定位完好性风险模型，研究空地协同的完好性监测方法。
揭示可视化导航的各种误差（定位误差、飞行误差和显示误差）耦合作用的机理，探索各种误差置信度提高的方法，建立可信的可视化进近导航；揭示飞行器间交通态势的变化规律，提出飞行器与威胁目标的实时预警与冲突解脱方法，研究适应可视导航模式的空地协同的自主进近队列优化、引导技术与实现方法。
(整理)第三章无线电导航理论基础
第三章无线电导航理论基础3．1 空间坐标系无线电导航的基本任务就是确定被引导的航行体在运动过程中的状态参数，包括位置、速度、加速度、姿态等，从而完成对航行体的引导功能。
而这些参数是在一定的空间坐标系内定义的，因此要进行导航首先必须建立适当的参考坐标系。
参考坐标系的建立或选择应主要考虑以下两方面的因素：（1）能否直观且完整全面的描述航行体的运动状态；（2）是否便于导航参量的数学描述和导航解算。
由于地球是人类的活动中心，在选择导航空间坐标系的时候，总是以地球为考虑的出发点。
因此在给出导航常用空间坐标系之前，本文首先介绍一下地球的几何形状及其参数, 以便于认识和理解下面介绍的各种空间坐标系。
3．1．1 地球的几何形状及其参数人们对地球形状和大小的认识经历了一个相当长的历史过程。
由于地球围绕太阳公转的同时也在绕其本身的地轴自转，按照自旋的物理特性，地球应该是一个旋转椭球；但是地球又不是一个理想的旋转椭球体，其表面起伏不平，很不规则，有高山、陆地、大海等。
地球的形状通常可由物理表面和数学表面来表示。
物理表面指的是客观存在的地球与外层大气之间的分界面；数学表面则是地球表面重力的等位面，也叫大地水准面（Geoids）。
大地水准面能更好地描述地球几何特性，并且可以通过大地测量来确定。
但是，由于地球形状的不规则和质量分布的不均匀，地球重力场的变化并不规则，造成真实的大地水准面是一个不规则的球面，无法用一个简单的数学方程来表达。
为了描述的方便，通常将大地水准面假想成理想海面，这种海面无潮汐、无温差、无盐分，密度均匀，并且延伸形成闭合曲面。
在实际应用中，人们采用一个旋转椭球面按照一定的期望指标（如椭球面和真实大地水准面之间的高度差的平方和为最小）来近似大地水准面，并称之为参考椭球面。
参考椭球面的大小和形状可以用两个几何参数来描述，即长半轴a和扁率f，其具体数值由大地测量确定。
由于测量方法和手段的不断改进与完善，其几何参数的精度也在不断提高，目前应用中两个比较重要的参考椭球系是克拉索夫斯基椭球和WGS-84椭球，其参考椭球参数如表3.1-1所示。
卫星导航的基本原理
卫星导航的基本原理《卫星导航的基本原理》1. 引言嘿，你有没有想过，当你在一个陌生的城市里使用手机地图导航，它怎么就能那么精确地知道你的位置，还能给你规划出最佳路线呢？这可都多亏了卫星导航系统呀。
今天呢，咱们就来好好扒一扒卫星导航的基本原理，从它的基础概念到实际应用，从常见的误解到未来的发展，让你彻彻底底搞明白这个超厉害的技术。
在这篇文章里，我们会先了解卫星导航的基本概念和理论背景，再详细说说它的运行机制，接着看看它在生活和高级领域的应用，也会聊聊它面临的挑战和发展方向，还有那些常见的误解也会一一澄清哦。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景卫星导航系统啊，说白了就是利用人造卫星来确定地球上某个位置的系统。
这个概念的起源可以追溯到很早以前呢。
最初，人们为了能在茫茫大海上确定船只的位置，就想了各种办法。
后来随着航天技术的发展，把卫星送上天之后，科学家们就琢磨着怎么利用卫星来做导航。
从最初的简单构想，到如今发展成非常复杂且精确的系统，这一路走来可不容易。
卫星导航的核心理论基础是基于无线电波的测距和定位原理。
卫星就像天空中的灯塔，不停地向外发送包含自身位置信息以及时间信息的信号。
地球上的接收器收到这些信号后，根据信号传播的时间来计算出卫星到接收器的距离。
这就好比你在山谷里大喊一声，过一会儿听到回声，根据声音传播的时间就能大致算出你到山谷对面的距离一样。
2.2运行机制与过程分析卫星导航系统的运行机制其实是一个很精妙的过程。
首先，卫星星座中的每颗卫星都有一个非常精确的原子钟，这个原子钟能保证卫星发送信号的时间准确性。
卫星会不断地向地球发送信号，信号里包含了卫星的星历（也就是卫星自己的位置信息）和时间戳。
然后呢，我们地面上的导航设备，像手机或者车载导航仪，就会接收到这些信号。
设备接收到信号的时间和卫星发送信号的时间有个差值，这个差值乘以无线电波的传播速度（光速，这是个常量哦），就能算出卫星到设备的距离。
但是只知道一颗卫星到设备的距离还不够确定设备的位置，因为在空间中，到一个点距离相同的点是在一个球面上。
卫星导航系统的基础理论与技术
卫星导航系统的基础理论与技术卫星导航系统是一种基于人造卫星向地球发送信号进行定位、导航和时间同步的技术。
目前，全球主要的卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo以及中国的北斗卫星导航系统。
这些系统利用卫星间的时差测量方法，对用户的位置、速度、时间等信息进行精确测量和计算，为航空、航海、陆地交通等领域的应用提供了极其重要的技术支持。
一、卫星导航系统的基础理论卫星导航系统的基础理论包括同步卫星轨道、信号发射与接收、卫星干扰等方面。
同步卫星轨道是指卫星运行的轨迹必须与地球自转同步，在北斗卫星导航系统中使用的轨道为倾角55°的地球静止轨道。
信号发射与接收是卫星导航系统的核心技术，其关键在于精确地计算发射和接收时刻，以及信号的传输速度。
卫星导航系统最重要的技术难点是根据信号传送的时间差精确地确定用户的位置，这需要利用多颗卫星进行三角定位或者四角定位。
卫星干扰是指卫星导航系统在使用过程中可能会受到扰动或者干扰，为了满足高精度、高信用度的定位要求，卫星导航系统需要采用多种干扰抑制技术。
二、卫星导航系统的技术特点卫星导航系统具有全球性、连续性、实时性和准确性等技术特点。
由于卫星导航系统利用无线电信号进行传输，因此用户无需携带任何外部设备，只需在开启GPS或者北斗导航系统后即可获得相关的定位信息。
同时，卫星导航系统支持随时随地的位置服务，用户无需发送任何请求，系统会自动针对当前位置启用相关服务。
由于卫星导航系统使用的是全球共同协议，因此所有具有相同协议的设备可以实现相互通信，实现无缝对接和互操作。
三、卫星导航系统的应用情况卫星导航系统目前主要应用于航空、航海、陆地交通、地质勘探、养殖业、气象预报等多个领域。
在航空领域，卫星导航系统可用于实现自主起降和着陆、自动导航和飞行控制等，大大提高了飞行安全性和效率。
在航海领域，卫星导航系统可以实现自主导航、测量水深等，为航行安全保障提供重要支持。
导航工程专业考研方向
导航工程专业考研方向一、导言导航工程作为一门专业，致力于研究和应用多种导航技术。
考研方向是导航工程专业学习和研究的一个重要方向。
本文将简要介绍导航工程专业考研方向，并分析其研究内容和就业前景。
二、导航工程专业考研方向的研究内容导航工程专业考研方向主要涵盖以下几个方面的研究内容：1. 导航基础理论导航工程的基础理论是导航学、导航工程学和导航系统理论等。
考研方向着重研究导航系统的建模与仿真、导航算法优化与设计、导航误差与精度评定等基础理论内容。
2. 卫星导航系统卫星导航系统是导航工程的核心内容，包括全球定位系统（GPS）、伽利略导航系统（Galileo）、北斗导航系统（BeiDou）等。
考研方向研究卫星导航系统的原理、信号处理、跟踪与定位等相关技术。
3. 碰撞避免技术碰撞避免技术是航空、航海等领域的关键技术之一。
考研方向研究碰撞避免技术的建模与仿真、数据融合与处理、预警与控制等方面。
4. 室内导航室内导航是近年来导航工程的新兴领域，研究内容包括室内定位、路径规划、导航显示等。
考研方向研究室内导航的算法与技术，为室内环境下的导航定位提供解决方案。
三、导航工程专业考研方向的就业前景导航工程专业考研方向具有广阔的就业前景，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域航空航天领域是导航工程专业的重要就业领域之一，毕业生可以从事导航仪器、卫星导航系统、飞行控制系统等相关技术的研发和应用工作。
2. 船舶航海领域船舶航海领域也是导航工程专业就业的重要领域之一，毕业生可以从事导航设备、海上导航系统等相关技术的研发和应用工作。
3. 智能交通领域随着智能交通技术的发展，导航工程专业考研方向的毕业生在智能导航、智能交通系统等领域有很好的就业机会。
4. 科研与教育领域导航工程专业考研方向的毕业生还可以从事科研机构和高等院校的教学和科研工作，开展导航技术的研究和教育培训工作。
四、结论导航工程专业考研方向是导航工程专业学习和研究的重要方向之一。
导航工程技术专业实践课程介绍介绍导航工程技术专业的实践课程设置与内容
导航工程技术专业实践课程介绍介绍导航工程技术专业的实践课程设置与内容尊敬的读者：导航工程技术专业实践课程是培养导航工程技术人才的重要组成部分，旨在提升学生实践操作能力和解决实际问题的综合能力。
本文将为您介绍导航工程技术专业实践课程的设置与内容。
一、实践课程设置导航工程技术专业的实践课程通常分为理论实践和实践操作两个方面。
前者旨在培养学生的专业理论知识，后者则注重学生在实际环境中的操作能力的培养。
以下是导航工程技术专业常见的实践课程设置：1. 导航原理与应用实践：这是导航工程技术专业的基础实践课程，通过实际案例分析和模拟实验，让学生理解导航原理及其在实际导航系统中的应用。
2. 数字信号处理与导航实践：该课程侧重于数字信号的理论和导航系统中数字信号处理的应用，学生将学习到数字信号处理的基本原理和技术，并通过实践操作加深对数字信号在导航中的作用的理解。
3. 无线通信与导航实践：随着现代导航技术的不断发展，无线通信与导航紧密结合。
本门课程将帮助学生了解无线通信技术及其在导航系统中的应用，通过实践操作掌握无线通信与导航的关键技术。
4. 导航算法与编程实践：此实践课程旨在培养学生的算法设计和编程能力。
通过深入学习导航算法原理和编程语言，学生将能够编写实际导航系统所需的算法和程序。
二、实践课程内容导航工程技术专业实践课程的内容涵盖了广泛的导航技术知识和技能。
以下是一些常见的实践课程内容：1. 近景摄影测量实践：学生将学习摄影测量的基本原理和技术，并进行近景摄影测量实验。
通过实践操作，学生可以掌握数字相机的使用、图像处理软件的应用等技能，为日后的导航地图制作和位置测量打下基础。
2. GNSS定位与导航实践：学生将有机会学习全球导航卫星系统（GNSS）的原理和应用，进行GNSS定位与导航实验。
通过实践操作，学生能够了解不同GNSS系统的特点、配置接收机及其使用、误差源分析等内容。
3. 惯性导航与组合导航实践：该课程将介绍惯性导航和组合导航的基本原理和技术，学生将学习惯性传感器的原理、误差特性以及组合导航算法的实现方法。
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区域导航，就是指那些能够在一个广阔的 区城内(而非限制在定点之间)提供导航能 力的导航系统。 现代民用飞机已普通使用以VOR／DME为基 础的RNAV系统，即VOR／DME.RNAV系统。它 是一种利用VOR的方位角、DME的斜距以及 气压高度作为基本输入信号，来计算飞机 到某个航路点的航向和距离的导航和引导 系统。
• 控制飞机轴线加速度是为了遵守进程中的时间表； • 控制飞机横向加速度是为了改变飞机的航向; • 控制垂直面内加速度是为了爬高、或下降。
基本的导航环-导航过程
引导环
航向和航速环
控制环
“驾驶”指的就是飞机飞行加速度的控制。
基本的导航环
“引导环”（外环）是通过导航系统对飞机位臵 的测量，并根据所规定的航线来确定飞机进程中 的航向和航速。 “控制环”（内环）是得到所要求的航向和航速 的一个环节。 “航向和航速环”（中环）则是导航过程中的纽 带。
假定以磁北(N)方向作为角度关系的基准方向， 则RNAV三角形的各边与角度： 其中ρ1、θ1可通过VOR／DME地面信标测得， 为已知量； 且对某个特定的航路点来说，ρ2、θ2为确定 量，可由驾驶员输入导航计算机或从导航计算 机数据库中调用。
RNAV三角形的两边(ρ1、 ρ2)及其夹角(θ1、θ2) 为已知，故可求得ρ3和 θ3，即飞机到航路点的 距离和磁方位(航迹角)。
3、天体导航
天空中的星体(太阳、月亮、其他行星、恒星 等)相对于地球有一定的相对运动轨道和位臵。 通过观测两个以上星体的位臵参数(如仰角)， 来确定观测者在地球上的位臵，从而引导运动 体航行，就是天体导航。 它和推算航法一样，也不需要地面支撑设施。 具有保密性强的特点。由于它的定位精度高， 因而人们常用它来校正推算航法的累积误差。 很显然，天体导航的缺点是要受时间(白天与 黑夜)、气象条件的限制，而且定位时间较长， 操作计算也比较复杂。
2.1.3 导航系统的任务
定位：确定载体的位置
定向：调整载体的航行方向 速度：按照给定的时间和航线到达目的地
2.1.4 导航的分类
导航分成四大类：
• 观测导航、推算导航、天体导航和无线电导航。
1、观测导航 它是利用某种观测仪器(包括肉眼)经常地或连 续地对所熟悉的地物或导航设施进行观测，以 便确定运动体的位臵和运动方向的一种导航。 这种导航简单、可靠；但能见度低，或在海洋、 沙漠中无熟悉地标可供观测时，就无法导航了。 现代雷达导航就是居于这种导航。
无线电导航的一个先天性缺点是： • 它必须要辐射和接收无线电波，因而易被发现和干 扰，其地面设施也易道破坏。
导航系统的发展方向
导航系统的发展趋势是惯性/多传感器组合导航系统，它 具有高精度、高可靠性、高自主性、高动态性、高抗干扰 性等自身性能。 当然，惯性导航系统的地位是任何导航系统都无法替代的， 组合导航系统都是以惯性导航系统为主的。以惯性导航系 统为主的组合式导航系统的发展从比较简单的惯性/多普 勒、惯性/大气数据、惯性/天文、惯性/无线电导航等组 合方式开始，发展到惯性/无线电/GPS、惯性/地形匹配、 惯性/GPS/惯性图像匹配，以及多种系统和传感器组合的 惯性/地形加景象匹配/GPS则合式导航系统。
从导航的定义出发， 导航的过程一定是从目的地开始。 根据要飞往的目的地来选择航线、确定距离、 安排时间表，这就是飞机的进程； 为了使飞机遵照事先安排的时间表，沿着所选 定的航线飞行，必须要使飞机在某一方向上 (一般称为航向)、以一定的速度飞行，为了得 到所要求的速度和航向，要通过驾驶仪表来控 制飞机飞行的加速度。
全球覆盖 绝对准确度和相对准确 度都必须很高 准确度应不受环境影响 有效的实时反应 无多值解 容量无限 敌人不能使用 有抗电子战能力
没有频率分配问题 全体用户共用一个坐标 格网 高的平均无故障间隔 体积、重量、价格、平 均修复时间、部署时间 和电源消耗都要小 适当扩大用户 通信能力强
区域导航系统方框图
导航计算机是RNAV系统的核心，其基本任务是接收 导航传感器送来的导航信息，包括来自VOR接收机 的方位和DME询问器的斜距，以及来自中央大气数 据计算机的气压高度，并按预编的程序连续地求解 RNAV三角形，得到飞往某个航路点的航迹，包括距 离和磁方位。
RNAV计算机所能接 收到的飞机相对于 导航台位臵的有关 信息如右图所示。
2.2.2 采用无线电导航手段的可能性
1.无线电波在理想均匀介质中，按直线 （或最短路径）传播； 2.无线电波经电离层发射后，入射波和发 射波在同一铅垂面内； 3.无线电波在传播路径中，若遇不连续介 质时发生反射； 4.在理想均匀介质中，无线电波传播速度 为常数。
2.2.3 区域导航（RNAV）
目前民航上先进的导航系统就是惯导/大气数据/ 无线电导航/GPS/地形加景象匹配式的组合导航 系统。
2.2 无线电导航简介
无线电导航的基本原理
区域导航介绍 无线电导航的基本指标 无线电导航系统的分类 无线电导航系统简介
无线电导航系统与其他机载电子系统的关
系
2.2.1 对理想通用定位和导航系统的要求
4、无线电导航
无线电导航是借助于运动体上的电子设备接收和处理 无线电波来获得导航参量的一种导航。 无线电导航的特殊优点是：
• 不受时间、天候的限制； • 精度高，几米的定位精度也是可能达到的；定位时间短，甚 至可次连续地、适时地定位； • 设备简单、可靠； • 在复杂气象条件下或夜间飞机着陆中，无线电导航则是唯一 的导航手段。
第二章 无线电导航理论基础
导航系统介绍 无线电导航 无线电导航物理基础
2.1 导航系统
导航的概念 导航系统的发展 导航系统的任务 导航系统的分类
2.1.1 导航的基本概念
导航，即引导航行 的意思，也就是正 确的引导航行体沿 预定的航线，以要 求的精度，在指定 的时间内将航行体 引导至目的地。
2.2.4 无线电导航系统的基本指标
可靠性和可维修性 再现性和可预测性 准确度 作用距离 工作容量 隐蔽性和抗干扰性
2.2.5 导航系统的分类
按机载设备能否独立实现系统功能分类
• 自备式系统 • 他备式系统
按功能分类
• 导航定位 • 环境监测 • 着陆引导
按导航参量分类
• 测距 • 测向 • 测角
实际上飞机上的机载电子系统是相互独立又相互 协调工作，飞机无线电导航系统是飞机电子系统 的传感子系统，为飞行管理系统（FMS）提供导 航定位数据，同时也为飞机上其他的电子系统提 供相关数据，使各系统协调工作，完成飞机按照 计划从一地安全、经济的飞向另一地的目的。
2.3 无线电导航的物理基础
2.2.6 无线电导航系统简介
无线电导航测角系统
• 自动定向机 • 甚高频全向信标
着陆引导系统
• 仪表着陆系统 • 微波着陆系统
无线电测距系统
• 无线电高度表 • 测距机
空中交通管制与防撞系统
• 空中交通管制 • 空中交通提醒与防撞系统
彩色气象雷达系统 近地警告系统
2.2.7无线电导航系统与其他机载电子系统的关系
按测量电信号的不同参量分类
(1)振幅式无线电导航系统； (2)频率式无线电导航系统； (3)脉冲(时间)式无线电导航系统 (4)相位式无线电导航系统， (5)混合式(如脉冲／相位式)无线电导航系统，
按位臵线的几何形状分类
(1)直线位臵线系统(测向系统，或测角系统)； (2)圆位臵线系统(测距系统)； (3)双曲线位臵线系统(测距差系统)； (4)混合位臵续系统(圆一直线位臵线系统，
从根本上说，导航就是为了给领航员提供航 行中的位臵、方向、距离和速度这些导航参 量。
2.1.2 导航系统的发展
在古代，我们的祖先一直利用天上的星星进行导航，在古石器时代， 为了狩猎方便，人们利用简单的恒星导航方法，这就是最早的天文导 航方法。 从20世纪20年代开始飞机出现了仪表导航系统。 30年代出现了无线电导航系统，即依靠飞机上的信标接收机和无线电 罗盘来获得地面导航台的信息已进行导航。 40年代开始研制甚高频导航系统。 1954年，惯性导航系统在飞机上试飞成功，从而开创了惯导时代。 50年代出现了天文导航系统和多普勒导航系统。 1957年世界上第一颗卫星发射成功以后，利用卫星进行导航、定位 的研究工作被提上了议事日程，并着手建立海事卫星系统用于导航定 位。随着1967年海事卫星系统经美国政府批准对其广播星历解密并 提供民用，由此显示出卫星定位的巨大潜力。 60年代开始使用远程无线电罗兰-C导航系统，同时还有塔康导航系 统、远程奥米伽导航系统以及自动天文导航系统。 60年代后，无线电导航得到进一步发展，并与人造卫星导航相结合。 70年代以后，全球定位导航系统得到进一步发展和应用。 80年代以后，导航系统主要朝着以惯性导航系统为基础的组合导航系 统，可组合的传感器除了GPS外还有星光、地形和各种无线电导航装 置。
导航参量 位置线与导航定位方法
2.3.1 导航参量--大地坐标和经纬度
按作用距离分类
(1)近程导航系统(约为100km~500km)； (2)中程导航系统(约为500km~1000km) (3)远程导航系统(约为2000km~3000km) (4)超远程导航系统(大于10000km)。
按飞机的飞行阶段分类
(1)航路导航系统(保证飞机在预定航线上安全 飞行的导航系统) (2)终端区域导航系统(保证飞机进近引导和着 陆的导航系统)。