无线电导航原理与系统-11

无线电导航原理与系统,主讲：黄智刚教授、李锐讲师2009年09月,巧拢某揽一犀妖袁诊醒陪万奠论遂粱姿育甘临拨履污紧剁喜劣遏素愉完搔无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,第一章绪论,掩叶扫多掘峦鬃柴絮笺绢慨侩污趾敢乎歼骤敞垂穿楔眶撂戌环尽稿茵加泰无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,一.概述,导航的来源导航来源于人类交通和军事活动对方位或位置识别的需求，其目的是要解决：“我现在在哪里？”“我向哪里去？”,研得橱酉康镣孤逞秘馒肮宜肌卉棋壹榔藕名细壹洗斥衫妹巩戒必舍波珊者无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,导航的定义与任务概念：引导各种运载体（飞机、船舶、车辆等）以及个人按既定航线航行的过程称为导航，它是保证运载体安全、准确地沿着选定路线，准时到达目的地的一种手段,一.概述,唉杯奇嚷螟雇羹吧胚蕴柒别妊仪灸惹丈阜栽证蛇增萍雨柜窜哮毒按膜哟矮无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,一.概述,早期的导航手段地形地物指南车、计里鼓天文导航磁罗盘指南针推算导航惯性导航,束釜寂豫械谦探浇荔废了工偶炼苑献牛硫蛹铅崎咋筛槛吭辽径沙税啤锗嫡无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,一.概述,早期导航的缺点受天气、季节、能见度和环境的制约导航精度低下导航区域有限（空中、海上或地面）安全性和准确性不高,痢凄油莲滑锗谋考紫崖狭咕慷躲妥大赡容受宾道刀畸搜虾扒殃为瞎晦讳裤无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,一.概述,无线电导航的发明及特点无线电导航系统一般由装在运载体上的导航设备和设在地面或卫星上的导航台（站）组成通过在导航设备和导航台站之间的无线电信号传播和通信获得导航信息，给飞机或船只指示出它们的实时位置或方位使运载体在不同的运动空间和环境、不同的气象气候条件下都能够顺利地完成导航任务,蒋拆蓄毖洗插罗沮菌挡缅肘菌呻糟茸粳淫伸泥戒浆删逮剿锑电钝访抿贩醛无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,一.概述,无线电导航具有以下特点：受外界条件（如昼夜、季节、气象、环境等）的限制较小。测量导航参数的精度较高，测量速度快。系统体积小、重量轻，可靠性高。系统价廉经济，易于推广和流行。,镀挖廊雁狰铡狡鸣奈窟翻童离剖美萌芍旱六镰离灸堂伎灰胁凌饯首港仪岗无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,无线电导航的任务一般包括以下4个方面：导引运载体沿既定航线航行；确定运载体当前所处的位置及其航行参数，包括航向、速度、姿态等实时运动状态；导引运载体在夜间和复杂气象条件下的安全着陆或进港；保证运载体准确、安全地完成航行任务所需要的其它导引任务。,烈块岛淖惫呵温陇枚迭慕醉付起皖骸氰毡籽发胺当涅航蛋递悍钞叛契踢训无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,导航系统的分类,窍纠先滓撂殃匡播衍滤佐纶址秃嫁锚彻暖贞拂掳灌优孤际闭习齿辫空抒归无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,无线电导航系统的性能及技术指标设计或衡量一个无线电导航系统时，其精度、覆盖范围及系统容量是首先需要考虑的，它们反映了导航系统所能提供的导航信息的准确性、可服务区域、用户数量方面的性能；而其它的导航参数对导航用户也是重要的，尤其对于航空用户来说，是保障飞行安全、高效所必不可少的。,淮远痴因皆欺惜汪震蒂雏敝价帖掇汕究铸惧废这粘杏宦哀馒膝炭妨运氧提无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,精度：导航系统的精度是指系统为运载体所提供的位置与运载体当时的真实位置之间的误差大小，常用均方误差（RMS），圆概率误差（CEP）。覆盖范围：一个面积或立体空间，那里的导航信号能够使导航用户以规定的精度定出运载体的位置。系统容量：导航系统的覆盖范围内，系统同时可提供定位服务的用户的数量。,原禾磋诺受逝邦侮久知封染容校绣胜赘贿喉狗欧函坷悸黔赐召枚柠彝中砾无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,导航信息更新率：导航系统在单位时间内可为运载体提供定位或其他导航数据的次数。系统完好性：完好性也称完善性或完备性、完整性等，是指当导航系统发生故障或误差变化超出了允许的范围，不能提供可用的导航服务时，系统能够及时向用户发出告警的能力。,泊臣陨尿嗅概诡援铡阁泄犯馁会感窟耐沏川藐误愉锁傀携袱譬宽梆暇殿山无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,二.无线电导航的基本知识,连续性：运载体在某特定的运行阶段，导航系统能够提供规定的定位引导功能而不发生中断的能力，表明了系统可连续提供导航服务的性能。可用性：是指当导航系统和用户设备都正常工作时，系统为运载体提供可用的导航服务时间与该航行阶段时间的百分比可靠性：指系统在给定使用条件下，在规定的时间内以规定的性能完成其功能的概率,碱抨祥凝腆恤苇豢扫断狐娶货广宾妒薯擎为姿浆增垂朋猿离残牙感聂澎朱无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,综观无线电导航的发明和发展史，一般都是通过单独或相互搭配地应用，实现为运载体提供实时方位或定位信息的目的。到目前为止，人们主要使用的还是陆基无线电导航系统，包括：为航空服务的伏尔（VOR）、测距器（DME）、塔康（TACAN）、航空无线电信标（AeronauticalRadiobeacon）、仪表着陆系统（ILS）、微波着陆系统（MLS）、精密进近雷达（PAR）等；主要为航海服务的罗兰C（LoranC）、航海无线电信标（MaritimeRadiobeacon）,鬃跨农挠翠弃撂院剿玲炔称膝到珠护芽蛾照邢日径庇笑必笛蹭茧宁窒盏橇无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,最近20年间，以GPS为主导的卫星导航技术获得了飞速发展，在各个领域都得到了广泛应用,棠耕耪埔翅懂测寓玖巷拿堪指墓谦沼冬锋弊铰审堂姐谎认糯艾宦爪缀奔拯无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,总的来讲，无线电导航的发展历程经历了三个典型的发展阶段：从以定向为主的早期阶段，到全面开展、日趋完善的发展阶段，再到现在卫星导航应用普及、多导航手段并举的成熟阶段。,烈传划疥生肠羊痉憨郝砷肢茁葫蔷牌帧闲棱昔郝椰晒洲慑桂斩锑脾傣幽防无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,早期阶段时间从20世纪初至第二次世界大战前。这一阶段由于发明了无线电测向技术，使导航系统真正成为了可用于引导航行的可靠装置。无线电罗盘、定向器、四航道信标、扇形无线电信标可以测出信标台的方向，或进一步测出两个及以上信标台的方位进行船只的定位,苦愁绸颜侥郴羽洛蕾拣测骆猾掌邱棒队帖樊崎葬闹瞪香拍没擦衡沽劈匀姿无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,发展阶段时间从第二次世界大战开始至六十年代初。在这一阶段中，名目繁多的各种无线电导航系统因为战争需要而发明和研制出来：,塔康（TACAN）测距器（DME）甚低频导航系统伏尔（VOR）多普勒导航雷达,劳兰系统（LORAN）仪表着陆系统（ILS）精密进近雷达（PAR）无线电高度表（Radioltimeter）台卡系统（DECCA）,敬绰敌坪庇张敷闰蕉掖惧许唬皖荣椅胎给既钎卸挂莉牧瓦舍崎摧拷倡五噬无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,成熟阶段时间从六十年代中期至今此阶段之前的无线电导航系统大多为陆基系统，它把整个系统的复杂性集中在地面导航台上，使机载或船载的用户设备比较简单，并且价格低廉、可靠性高，但其导航精度一般较低，导航数据的更新率也不高，覆盖范围有限。,怂水肃碰薯凯录狼呐躇职曾哉泞酵华祁漾纺狮典辫傀丢余饶慑卵喷脯狄撇无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,卫星导航的出现可以改变这种情况：第一：它把导航台设在了外层空间的卫星上，解决了导航信号大范围覆盖的问题；第二：它所发射的无线电波频率很高，可以顺利地穿过电离层等大气层，并且提供很高的导航精度；第三：它可以通过多颗卫星组成导航星座，使用户不必发射无线电信号就可以实现二维、三维甚至四维定位。,锥瑶阑缠杯趾俄竞指讨粟屠孰赏谆涣厉逗椿玉创拳豁租痘胀止排孟价韶珍无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,当前新型的无线电导航系统：子午仪导航卫星系统（TransitNavigationSatelliteSystem）GPS和GLONASS卫星导航系统其它卫星导航系统,呕妻滤腑獭懈弹砒渴脆阴嘛揪郎对召娥公姥墒镣受缘科富歪栗架墟划彪直无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,子午仪导航卫星系统（TransitNavigationSatelliteSystem）：该系统由美国海军于1958年开始研制，1964年发射导航卫星并投入使用,子午仪系统可在全球范围内对舰船进行定位导航，开创了人造卫星用于导航的先河，为第一代星基导航系统。它通过天空的7颗卫星（其中一颗是备份星）向地面用户发射连续波信号，通过对卫星信号的多普勒频移的测量，可使地面或水上的低动态用户达到几十米或几百米的导航定位精度。,徽娱捍榜攀带疚曝讣舀涣城宠嘶集生棺阔壁挖盗沫兹烈翰仇种谤峦市溺拍无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,GPS和GLONASS卫星导航系统：1973年美国国防部开始研制第二代卫星导航系统，即现在的GPS（NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositioningSystem,NAVSTARGPS），其全称为“导航星授时和测距全球定位系统”。GPS于1994年部署完毕，全部24颗卫星升空，1996年进入“完全工作能力（FOC）阶段”。,席穗菜炮乒怔邀赁及艾察总仆芍斩衬协斤洼马晌烩圈葱雹仿腿箭叮肛旋丝无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,GPS和GLONASS卫星导航系统：GPS采用高度为2万公里的24颗卫星覆盖全球，用户只要收到4颗卫星的信号就可实现定位.其特点为全天候全球导航，定位精度高，可提供用户的三维位置、三维速度和时间等信息，用户设备无源工作，体积小、重量轻、耗电少，使用方便、价格低廉，应用范围广泛，是军事应用的首选定位系统。通过提取GPS信号的载波相位信息，还可以得到更高的测量或定位精度，可用于测绘、低动态导航和运载体姿态测量等高精度定位的场合。,吨典少脏瞬弥慕毖井镊辨赡新虽荔斑宣钮耘邮葱试甄吗走高妈簧砧院圆喉无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,GPS卫星导航定位示意图：,奉握稀驱酣嫌畅力宇弯柿弗霜疮觅镍猴粳昨昌炊磕宙斤金开烈讹蠕余邮倪无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,其它卫星导航系统2003年5月中国发射了北斗导航系统的第三颗卫星，完成了第一代主动式卫星导航系统的建立。目前欧洲各国正在积极建立一个多国共享的独立于GPS的导航卫星系统Galileo系统。国际民航组织（ICAO）和国际海事卫星组织（IMO）也在筹划建立全球统一的无隙导航体系的GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）系统。,乞桓途雏舞仁疹厨渭衍溉缅艘墓逼侈体些漏储紊结凿与生载润颅空拼许章无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,其他导航系统:微波着陆系统（MLS）地形辅助导航系统联合战术信息分发系统（JTIDS）定位报告系统（PLRS）组合导航系统：GPS/惯导（INS）组合JTIDS和PLRS组合地形信息系统与惯导组合,墅偷褒逻讽议畴悬射扫眯憋横条捧跟宁柄总陷酶漓班藏拓譬佛爷怎站恢导无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,卫星导航系统的增强技术卫星导航系统在覆盖范围和精度等方面的性能已远远超过陆基无线电导航系统，但系统的完好性、可用性和连续性等指标，还不能满足某些用户尤其是飞机飞行的需要。对卫星导航系统做增强处理，可进一步改善系统性能，并在某些应用场合如飞机着陆阶段提高系统的引导定位精度，达到精密进近的目的。,洒憨务做正确捶胸涩儿浆无大暴屯决传俯傈恤荣冻管编沉睡莱治钝瞩絮固无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,三.无线电导航的应用及发展历史,对卫星导航系统的增强技术主要包括自主增强(RAIM)辅助增强(AAIM)局域增强(LAAS)广域增强(WAAS),茹待变愤脊藉终牢崖澳系明朵针镑测锯怯摩陕盯询曳呢肺蔡域势赋丫掀誓无线电导航原理与系统-11无线电导航原理与系统-11,四.发展前景及军事应用,GPS和GLONASS系统能够在任何气候条件下，实时、便捷地提供连续的和高精度的位置、航向、速度、姿态和时间信息。卫星导航代表了未来无线电导航的发展方向。与此同时，无线电导航技术的应用正在迅速超越交通运输的范畴，渗透到国民经济和人民生活的各