导航定位系统科技小论文.

1、导航定位系统科技小论文导航定位系统科技小论文通过对世界四大导航定位系统的初步了解和 对比，我们看到了我国自主研发的导航定位系统“北斗导航定位系统”的 优势和不足，当然，国内相关领域的科学家也正为使北斗导航定位系统顺利投 入各种实际应用，而做着各方面的努力。作为大学生，我们有热情和义务为这 项事业建言献策，所以，我们基于自己已有的科学知识，加上丰富的想象力， 为北斗导航系统的实用化、安全化做出了一系列设想，希望尽量能够给奋斗在 科学一线的工作者们提供一些思路来源。 背景资料： 众所周知，现 近全世界卫星导航四强并立，它们分别是美国的 GPS系统，俄罗斯的GLONASS 系统，欧盟的伽利略系统和中

2、国的北斗系统。以下是这四个导航系统的大致比 较： 卫星导航系统 卫星数量 定位精度 系统进展 北斗 系统35 颗10 米2007年发射两颗北斗导航卫星， 2008 年左右满足中国及周边地区用户需求。伽利略系统30颗小于 1米1999 年欧盟公布了“伽利略”计划，现在“伽利略”系统正在建设中。GLONASS统24颗 1015米目前GLONASS统已有17颗卫星在轨运行，计划2008年全部部署到位。GPSS统24颗 5米1994年，GPS卫星导航系统己布设完成。现在正研制第二代 GPSS统。图1北斗一代定位导航系统图2 GPS全球卫星定位系统提出问题：通过一些了解，我们会找到我国北斗卫星导航系统在

3、实用过程中的一些不足之 处：（1） 用户机包含发射机，因此在体积、重量、耗电量，甚至价格比GPS接收机来的大、重、耗电与贵；（2）信号经过两次上下行链路的传送以及中心控制系统的计算时间，导致定位存在误差；（3） 如何将成熟的红外检测技术移植于北斗卫星导航系统，并用于实际问题；（4） 利用高科技武器构建卫星防御体系；（5） 受用户可使用的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制， “北斗”卫星导航定位系统的用 户设备容量有限；而且地面控制中心扮演着系统关键角色，一旦地而控制中心 被毁，整个系统就不能运作了；问题的分析与解决：为了使北斗卫星导航定位系统更能适应实际中的应用，我们进行了

4、一系列的基于我国实际和 科学原理的假想，仅供参考：（所有设计小方案的一个基本原则是将民用系统与军用系统（国防应用）基本分开，主要原因是两者对于精度、保密性、 响应速率、安全系数的要求有较大差别）（1）由于北斗导航系统的用户终端（用户机）包含发射机，而发射机需要有较大天线 （直径达 20厘米）才能接 收信号，因此体积大重量大，耗电量高，价格也相应较高，对于普通民众用户 来说适用性较低，市场竞争力差。基于中国移动电话业务发展迅猛的状况，首先，我们考虑在全国范围内，像移动电话发射塔图 3 北斗手持机（上）与GPS手持机（下）一样建立覆盖度全面的北斗导航系统发射机，甚至可以直接在原有移动电话发射塔基础

5、上，“嫁接”北斗发射机，以节省建 设费用；然后，开发“新式客户终端机”，此终端机应具备以下几个性能：发出就近发射塔能接受的信号，此信号包含终端与就近发射塔之间的相 对位置信息（比如可用多普勒效应测距来实现）；接收来自地面中心站的测 得数据，也即定位或导航结果。整个体系在这种设想之下，运行机理将发生微小改变：原来由客户端直接发射位置信息，改为现在的，客户端先发出 “自己与就近发射塔的相对位置信息”， 再由发射塔发射经过简单位置转换后的客户位置信息。这之后卫星导航的其他运行过程将与原来相同。 在这种 改变之下，客户端由原来笨重、较为昂贵的用户机，变为现在的只用来发出、 接收数据信号的“微型用户机”

6、即我们所说的“新式客户终端机”，甚至 在可能的情况下，我们为某些精度要求较低的用户可以简单开发出一种基于手 机的，拥有此功能的应用程序，这样或可避免这些用户购买用户机的费用。 当然，在这种情况下，信息的中转过程增加了时间差，发射塔处数据转换过程 （将用户与就近发射塔的相对位置信息转换为用户的对地绝对位置信息）也加 大了这种误差，对定位精度有一些影响，但从另一个角度来看，在这种运行过 程中，地面上每个发射塔的位置已经确定，而我们对用户的定位测算是基于这 些固定的发射塔进行的相对测算，过程将会大大简化，与原来每次应答都需测 定发射机的绝对位置相比，或可节省一定的数据传输、处理时间。 更进一 步的说

7、，本方案的最初想法是基于民用，许多普通民众用户的精度要求得到满 足应该不成问题。（2）由于信号上下行传送的过程和地面控制中心的测算过程，是测算结果存在误差，导致定位结果一定程度的失真，尤其是对于高 速运动的物体，这种不可避免的时间差会使误差变得相当大。 因此，我们 设想可以开发一种“测算模拟程序”，来减小定位高速运动物体的过程中的误 差。那么基于这个想法，此程序应具有以下模拟功能：连续收集待定位目标 一段时间内的运动相关物理数据，当然这段时间一般为定位时刻之前的一段合 适时间段；能够根据上述物理数据建立运动模型，模拟待定位目标在系统误 差时间内的运动情况，确定一个该目标的“预计存在域”；为了提

8、供给用户 一个该“预计存在域”的准确度值，以帮助用户权衡做出相应行动的利弊，程 序最好能评估出一个“预测准确率”，该值应该是，同一目标先前多组定位准 确率值的“统计经验值”。整个程序运行过程可以一个例子来说明，比如一架高速运行的客机，需在 X时刻进行定位，贝U该程序预先记录此时刻之前 X （段合适时间）内的运动数据（如 v、a、r ），模拟 X时刻后 t （误差时间）内的运动状况，得到 X+A t时刻该客机的“预计存在域”，然后 运用统计学算法，将X时刻之前各时刻的实际准确率值做一统计，得出该“预 计存在域”的“预测准确率”。贝通过这种程序的模拟测算之后，该客机的定 位结果相对于不用此程序的定

9、位结果无疑将更为准确。（3）红外检测的技术在实践应用领域上已经相当成熟，所以将红外检测技术移植到卫星应用领 域，在资金和技术方面都较为现实。首先，只要物质本身具有高于绝对零度的温度，就无一例外的要辐射红外线。因为红外线传感器测量时不与物体接 触，所以不存在摩擦、灵敏度高且响应快。如果利用卫星测量物质通过热辐射而形成的热图像，就可以在高空大面积检测地表热源。比如可以将这种技 术用于反恐之中，由于恐怖分子多藏于地表崎岖、偏僻的地区，红外检测就可 以达到定位部分恐怖分子聚集组织的位置的目的，以便实施更精确的打击。除 此之外，在第一时间定位森林火灾火源的过程中，无论是定位精度还是反应速 度，红外检测技

10、术也将由于任何其他技术，而它的应用无疑将避免许多不必要 的损失。但以上这些仅是这项技术显而易见的一些应用，只需将此项技术与地学原理相结合，并加以拓展，其应用将更为广泛。众所周知，目前地球进 入了地壳板块相对活跃的时期，非常明显的，大家可以看到从 2000 年以来，世 界上发生了多起因板块活动而引起的自然灾害，给人类带来了极大危害 ，比如 印度海底地震引发的大海啸，海地大地震。我国更是经历了汶川大地震和玉树 大地震，这两次地震都给当地带来了严重的人员伤亡和财产损失。设想如果可 以利用红外检测技术长期对大陆板块活动或地下岩浆活动进行检测，通过评估 当地地壳活跃系数提前采取相应措施，一定可以很大程度

11、上减少人员伤亡和财 产损失。 当然，这里就有一个问题存在：红外技术很难检测到地表以下热 源状况，所以，我们 设想制造一种可以收集红外信息的遥感装置，将其置 于地震高发地区的地下，将收集到的信息提供给卫星，以解决上述问题。(4)不久前美国公布已开发出空天战机 X-37B,具有对别国卫星的摧毁和控制 作用，这无疑对我国北斗卫星体系构成了强大的威胁。所以卫星防御体系的建 立更显得与为重要。但仅依靠地对空防御导弹不仅被动性大,而且风险系数极 高。所以能在卫星本体上配置防御体系,不但提高安全性,关键时刻还可以对 敌国卫星实施军事打击,占领信息化战争的制高点。其中定向能武器表现的非 常突出。 定向能武器是

12、指与产生和发射能束集中的电磁能或原子 / 亚原子 粒有关的高新技术。其发出的能束,可对目标的结构或材料以及电子设备等特 殊分系统、系统进行硬破坏。主要包括激光武器、高功率微波武器和粒子束武 器等。这些武器在太空的环境中正能发挥其威力。其中激光武器主要包括激光干扰与致盲武器、战术激光武器、战区激光武器和战略激光武器,其中后 三者为高能激光武器。而且美国国防部多项试验都表明：激光武器对抗卫星不 仅是可行的,而且十分有效。所以激光武器是未来空间攻防作战武器系统的重 要发展方向。高功率微波武器可通过高功率微波摧毁敌人的电子装备或使其暂 时失效,从而瓦解敌方武器的作战能力,破坏敌方的通信、指挥与控制系统

13、, 并能造成人员的伤亡。分为单脉冲式微波弹和多脉冲重复发射装置两种类型。 而且经过人们不断地研发,威力更强大的高功率微波武器也即将诞生。粒子束 武器是用粒子加速器把粒子源产生的粒子加速到接近光速,并用磁场聚焦成密 集的束流,直接地或去掉电荷后射向远距离目标,在极短时间内把极多的能量 传给目标,以此摧毁目标或对目标造成软破坏。但此项技术相比其它定向能技 术发展缓慢。代表国是美国,而且是以破坏机理为主要探索方向。除了定向能武器还有电磁发射武器。此技术是一种全新原理的发射技术,主要包括电 热化学炮、电磁轨道炮、电磁线圈炮等技术,其中电热化学炮和电磁轨道炮技 术在最近十多年来取得了重大进展,而不得不提

14、一下,美国电磁发射技术的研 究已从演示验证阶段进入武器型号研制阶段,其中电磁轨道炮更是美研发的重 点。( 5)由于客户端既要接收来自地面控制中心的询问信号,也要发出应答信号,因此,整个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用的通 信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制,所以“北斗”卫 星导航定位系统的用户设备容量是有限的。所以我们设想在地面设置多个控制中心站,这些站最好分散于不同的服务区内(由于资金限制,服务区设置 不能过多)。其间需具有非常强的数据共享能力,因此,最理想的联系方式是 有线光纤通信的方式联系,并且使各中心站呈网状联系(即每一个中心站都与 其他多个中心站建立联系)在这种多控制中心站的模式之下,整个系统的同时服务容量将大大增加。而在每一次客户应答过程中,系统可根据客户应答 信号所在服务区,选择该服务区的中心站进行数据处理和结果反馈,以减小时 间误差；另一方面,对于某些数据处理量大的客户应答要求,或某些特定时刻 的特殊客户的应答要求,还可以联系多个控制中心站实现并行数据处理模式, 使响应速