导航技术发展概论---论文

定位与导航技术

定位与导航技术是涉及自动控制、计算机、微电子学、光学、力学以及数学等多学科的高技术，是实现飞行器特别是航天器飞行任务的关键技术，也是武器精确制导的核心技术，这对于提高航空器、航天器以及武器装备的机动性、反应速度和远程精确打击能力具有重要意义，在海、陆、空、天等现代高技术武器及武器平台中得到广泛的应用。

按照定位导航的方式可分成：卫星定位导航、自主式导航、组合导航以及无源导航。

1.1卫星导航

世界上现有卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲GALILEO卫星系统（建设中）和中国的北斗卫星导航（建设中）。

1.1.1 GPS卫星导航

GPS是美国国防部为军事目的建立的，旨在彻底解决海上、空中和陆地运载工具的导航和定位问题，全部24颗导航卫星（21颗工作卫星和3颗备用卫星）系统已经建成。GPS 采用码分多址（CDMA），定位精度通常15m左右，主要应用于单点导航定位与相对测地定位，具有全天候、定位迅速、精度高、可连续提供三维位置(纬度、经度和高度)、三维速度和时间信息等一系列优点，是实现全球导航定位的高新技术。通常GPS接收机接收到四颗卫星的信号就能够确定移动载体的方位，是当前移动目标导航定位的主流。1992年GPS正式向全世界开放，1994年在中国市场开始得到应用。GPS以精确位置与定时信息，已成为支持世界范围各种民用、科研和商业活动的一种资源。

1.1.2 GLONASS卫星导航系统

GLONASS是前苏联研制并为俄罗斯继续发展的全球卫星导航系统，其组成和功能与美国的GPS相类似，可用于陆、海、空等各类用户的定位、测速及精密定时等。目前已完成了24颗工作卫星加一颗备用卫星空间星座布局，每天24小时每时刻各地的用户可见5～8颗卫星。卫星识别采用频分多址（FDMA），24颗卫星各占一个频率，现已向全世界开放。

1.1.3 GALILEO卫星导航系统

欧洲为了满足本地区导航定位的需求，计划开发针对GPS和GLONASS的广域星基增强系统（EGNOS），包括地面设施和空间卫星，以提高GPS 和GLONASS系统的精度、完备性和可用性。同时，为了打破目前世界美、俄全球定位系统在这一领域的垄断，欧洲决定启伽利略计划，建立自主的民用全球卫定位系统（GALILEO）。EGNOS是欧洲GALILEO 计划的第一阶段，也是GALILEO计划的基础。GALILEO系统将建成全球性的定位和导航系统，它由星座部分、有效载荷、地面监控系统以及区域控制部分组成。GALILEO系统将成为独立性、全球性、欧洲人控制的，以卫星为基础的民用导航和定位系统。其总的战略意图是：（1）建立一个高效的民用导航及定位系统；（2）使之具备欧洲乃至世界运输业可以信赖的高度安全性，并确保任何未来系统安全置于欧洲人的控制之下；（3）该系统的实施将为欧洲工业进军正在兴起的卫星导航市场的各个方面提供一个良好的机会，使他们能够站在一个合理的基础上公平竞争。

1.1.4 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧洲“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

1.2 自主导航

随着武器性能的不断提高，军事战略思想也在不断地发展，武器系统对导航技术提出更高的技术要求，自主导航技术适应军事战略和武器系统的新要求发展起来的。自主导航技术是航行器或武器系统在不依赖于外部信息的条件下实现精确导航的关键技术，它大大提高了航行器或武器系统的机动性、隐蔽性、强干扰性和生存能力。自主式导航定位系统是利用导航的惯性原理，利用距离传感器、方向传感器等传感器测量运动载体的位移和航向信息，由此解算出移动载体的位置。主要包括惯性导航系统INS和航迹推算DR（Dead Reckoning）。

1.2.1 惯性导航系统INS（Inertial Navigation System）

INS主要是由惯性测量装置（加速度计和陀螺仪）、计算机和稳定平台（捷联式为"数学"平台）组成。由陀螺和加速度计测量运动载体相对于惯性空间的角速度和线加速度，通过计算机夹杂导航解算，从而获得运动载体相对某一基准的导航参数。INS具有在高速率下捕捉数据的能力，且精度很高，但是如果时间较长，精度则降低。为提高绝对精度，就需要增加别的传感器作为辅助。

1.2.2 航迹推算定位DR（Dead Reckoning）

DR包括罗盘仪、速率仪、里程仪、转速计。这些传感设备能够测量出正在行驶的车辆的旅行距离、速度和方位，在短时间内这些传感器的精度较高，但对于长时间得采取措施以避免累积误差。

1.3 组合导航

组合导航是近代导航理论和技术发展的结果。每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的单一系统组合在一起，就能利用多种信息源，互相补充，构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。大多数组合导航系统以惯导系统为主，其原因主要是由于惯性导航能够提供比较多的导航参数。还能够提供全姿态信息参数，这是其他导航系统所不能比拟的。此外，它不受外界干扰，隐蔽性好，这也是其独特的优点。惯导系统定位误差随时间积累的不足可以由其他导航系统补充。

1.4 无源导航

无源导航技术----地形匹配导航、重力场匹配导航以及磁场匹配导航是当代导航的一个重要发展方向。由于地形匹配、重力匹配、磁匹配辅助导航系统不依赖于目前仅由少数国家

掌握的卫星导航系统GNSS（GPS/GLONASS），并具有高度自主性、隐蔽性、抗干扰性和高精度等诸多优点，能满足军事各种导航定位要求，引起了导航界及军方的普遍关注和高度重视，已成隐蔽性运动载体无源导航的重要手段。现在国际上普遍采用是：INS/地形匹配、INS/重力匹配、INS/磁场匹配以及它们的组合导航定位。这种技术主要用于航海和航天领域。

在未来的世界里,无论做什么都需要很好地利用各种科学技术来为我们服务。而导航的技术必然会贯穿于我们生活的各个方面。未来的战争也必然不是人数的战争，而是科技的战争。所以谁很好地利用了导航技术，谁就可以取得最终战争的胜利。

参考文献：《GPS测量与数据处理》（武汉大学出版社）

《导航系统理论与应用》——刘建业等（西北工业大学出版社）

《惯性/天文组合导航系统研究》——廖凯——北京航空航天大学

《GLONASS系统研究》——刘晖——北京航空航天大学