导航与定位技术课件(无线电导航)

1、课程内容(nirng)内容(nirng)一、概述（1）二、惯性导航（2）三、卫星导航（2-3）四、组合导航（1）五、其他导航（1-2） 本课程(kchng)共16学时，8次课1共四十八页三、卫星导航(dohng)技术3.1 无线电导航(dohng)3.2 卫星定位原理3.3 GPS卫星导航3.4 北斗卫星导航3.5 GLONASS卫星导航3.6 GALILEO卫星导航2共四十八页3.1.1 引言3.1.2 地基无线电导航(dohng)分类及技术指标3.1.3 地基无线电导航基本原理3.1.4 典型地基无线电导航系统简介三、卫星(wixng)导航技术3.1 无线电导航技术3共四十八页（1）地基(

2、dj)无线电导航的定义 装有无线电接收机的载体，接收并测量地面导航台发射的无线电信号，然后根据相应观测量（如信号振幅、相位、传播时间(shjin)等）的量测信息，通过计算获取载体的导航信息。4共四十八页 20世纪初至二战前夕 以定向为主的早期阶段； 二战至20世纪60年代 全面开展、日趋完善的发展阶段； 20世纪60年代至今(zhjn)： 成熟阶段。 （2）地基无线电导航(dohng)的发展 5共四十八页三、卫星导航(dohng)技术3.1.1 引言(ynyn)3.1.2 地基无线电导航分类及技术指标3.1.3 地基无线电导航基本原理3.1.4 典型地基无线电导航系统简介3.1 无线电导航技术

3、6共四十八页按有效作用距离分：近程/中程/远程/超远程系统；按所测电信号参量分：振幅/频率/相位(xingwi)/脉冲/混合系统；按所测几何参量分：测角/测距/测距差/测距和系统；按工作方式分：有源/无源系统。（1）地基(dj)无线电导航的分类 7共四十八页 导航精度：定位误差，用概率统计方法描述； 覆盖范围：与规定(gudng)的定位精度相对应； 系统容量：可同时提供定位服务的用户数量； 信息更新率：单位时间内可为用户提供定位服务的次数； 其它指标：连续性、可用性、可靠性、完好性等。（2）地基(dj)无线电导航的技术指标 8共四十八页三、卫星导航(dohng)技术3.1.1 引言3.1.2

4、地基无线电导航分类及技术指标3.1.3 地基无线电导航基本原理3.1.4 典型(dinxng)地基无线电导航系统简介3.1 无线电导航技术9共四十八页 载体接收和处理的电参量是无线电波的振幅或相位，进而获取载体相对地面(dmin)导航台站的方位角，并建立该测量量与导航参量（载体位置）间的对应关系，然后通过解方程或其它等效方法求得所需的导航参量。（1）地基无线电测角导航(dohng)原理 10共四十八页 最小值法、最大值法和等信号(xnho)法，测角精度为1 5 ,用于无线电罗盘、仪表着陆系统。振幅(zhnf)测角法11共四十八页相位(xingwi)测角法 天线(tinxin)方向性图 塔康信号

5、结构x12共四十八页 在水平面内一心形方向性图的天线向外辐射无线电信号，同时还在该平面内以一定角速度顺时针旋转，并在方向性图转到特定方位时全向天线发射基准脉冲信号，则在空间任意方位载体(zit)的接收信号是以旋转周期为周期的包络调制信号，且收到基准信号时，该信号的包络相位与载体的接收点方位一一对应。测出周期调制包络在基准时刻的相位即可确定载体方位。 相位(xingwi)测角法 测角精度高于振幅测角法，如塔康系统为2.5 (2) ，多普勒伏尔优于1 。13共四十八页测角定位(dngwi)原理14共四十八页测角定位(dngwi)原理 测角水平位置线是以导航台为顶点、方位角对应正切值为斜率的射线。用

6、户(yngh)分别测得载体相对导航台 A 和 B 的方位角，确定两条位置线，其交点为载体的位置。 测角定位法设备简单，但其位置线误差随与用户导航台间的距离成正比例增大，故常用于近程定位 。15共四十八页 载体接收和处理的电参量是无线电波的相位(xingwi)、频率或脉冲传播时间，进而获取载体相对地面导航台站的距离，并建立该测量量与导航参量（载体位置）间的对应关系，然后通过解方程或其它等效方法求得所需的导航参量。（2）地基无线电测距导航(dohng)原理 16共四十八页 设 A 和 B 点间的距离为 d，则往返于两点间的接收(jishu)/发射电磁波的相位差满足 可得两点间的距离为 相位(xin

7、gwi)测距法 相位测量存在多值性问题，需其它方法予以消除； 测量精度较高，测量方便 ，应用广泛。17共四十八页频率(pnl)测距法18共四十八页其中反射/发射信号的差频 ，电磁波往返(wngfn)时间 ， 为有效调频时间，发射信号的最高/最低频率之差 。 频率(pnl)测距法 无线电低高度表采用频率调制工作体制，最小测量高度达0.5m，多用于飞机的低空飞行导引。19共四十八页对于无源测距而言，但存在时间同步问题，用于罗兰C系统。脉冲(michng)测距法对于有源测距而言，但存在电磁暴露问题，用于测距器系统。询问应答信标飞机20共四十八页测距定位(dngwi)原理 测距水平位置线是以导航台为中

8、心、导航台与载体(zit)间距离为半径的圆。用户分别测得载体相对导航台 A 和 B 的距离，确定两条位置线，其交点为载体的位置。 21共四十八页 载体接收和处理的电参量是无线电波的脉冲传播时间或相位(xingwi)，进而获取载体相对2个地面导航台站的距离差，并建立该测量量与导航参量（载体位置）间的对应关系，然后通过解方程或其它等效方法求得所需的导航参量。（3）地基(dj)无线电测距差导航原理 22共四十八页BA MP测距差定位(dngwi)原理23共四十八页 依靠布设(b sh)于海岸上的一系列导航台，周期性地同步发射脉冲或载波信号。船载接收机接收到来自主台和副台 A 的信号后，测量脉冲（包络

9、）信号达到的时间差（相位差），然后计算得到船至两台的距离差。于是，可以确定一条以2个台为焦点的双曲线（位置线）。测量主台与副台B的脉冲信号，可以确定另外一条双曲线。这两条双曲线的交点即是船只所在的位置。测距差定位(dngwi)原理24共四十八页脉冲(michng)测距差法其中 和 分别为主台M、副台A的脉冲信号(xnho)传到载体的时间， 为载体所测主副台信号(xnho)时差， 为载体到主副台的距离差，c为光速。 该方法作用距离远。罗兰A采用脉冲测距差体制，白天定位精度为0.51nmile，夜间为13 nmile；我国的长河一号也采用该工作体制，建立了10个导航台。25共四十八页相位(xing

10、wi)测距差法其中(qzhng) 为载体所测主副台信号相位差， 和 分别为载波信号的波长和角速度。 该方法具有多值性，作用距离较近，精度较高。台卡定位精度为几十米几百米；欧米伽白天定位精度为1nmile，夜间为1.5nmile；我国的长河三号白天定位精度为50 200m，夜间为 100 500m 。26共四十八页脉冲(michng)-相位测距差法其中 为载体所测主台M、副台A的脉冲包络信号的相位差，小于 ，无多值性；NAM 为载体所测主副台脉冲包络信号前沿的时差(shch)与信号周期的比值取整。 该方法精度高，覆盖范围广。罗兰C采用相位-脉冲测距差体制，定位精度为0.251.2nmile；我国

11、的长河三号也采用该工作体制。27共四十八页P1342（4）地基无线电空中(kngzhng)测距定位原理 测量4个地面站至载体的无线电信号传播时间延迟，将时间延迟与光速相乘得相应伪距，然后由4个伪距及地面站已知坐标(zubio)求解载体坐标及钟差。 28共四十八页伪距观测方程为其中：伪距观测值；：载体位置矢量，未知；：地面站位置矢量，已知，i=1、2、3和4；：光速；：钟差，测量(cling)时刻接收机钟面时与标准时之差， 未知。29共四十八页所谓“伪距”，顾名思义指非真实的距离，实际中指用户接收信号时间和导航台站发出信号之间的时间差，代表了包含真实距离和两地(lin d)钟差在内的时间折合量。

12、其推广的含义还包括电波在传播和测量过程中得其他误差。30共四十八页三、卫星导航(dohng)技术3.1.1 引言(ynyn)3.1.2 地基无线电导航分类及技术指标3.1.3 地基无线电导航基本原理3.1.4 典型地基无线电导航系统简介3.1 无线电导航技术31共四十八页（1）塔康系统(xtng) （TACAN） 塔康是战术空中导航系统的简称，属于(shy)相位-时间复合的近程地基无线电导航系统，可测量载体相对导航台的方位和斜距。 32共四十八页 系统由塔康地面设备和机载设备组成。其导航台只需1个，而且可以安置(nzh)在地面固定点或移动载体上，适合军事应用的机动灵活性要求。 33共四十八页测

13、向测距原理(yunl)测向方法：15Hz正弦环路，产生(chnshng)基准脉冲N（粗测）；915Hz 正弦环路，产生辅助脉冲a（精测）。测距方法：有源脉冲测距。34共四十八页系统(xtng)技术指标 导航精度：方位(fngwi)精度优于2.5 (2)，距离精度不大于 400m (数字式)，不大于 (4000.25D) m (模拟式)。 系统工作区：固定台的覆盖半径大于350km (高度10 km)，机动台为185km，顶空存在90120 锥形信号盲区。 系统容量：方位测量可无限容量，距离测量已提高到110。35共四十八页系统(xtng)应用 TACAN最初为航空母舰舰载飞机的编队导航而设计；

14、 全世界1500多个TACAN地面设备在工作，仅美国14500 多架军机装备机载设备（如F-16）; TACAN还可用作空-空导航，测向误差5以内，工作容 量510个； 我国的TACAN70年代完成试飞和定型(dng xng)，并在空军和海军 的航空兵装备。36共四十八页（2）罗兰(lu ln)C系统（LoranC） 罗兰-C是美国开发的中远程精密地基无线电导航系统，采用低频、相位-时间复合的双曲线导航体制，可测量载体相对主副导航台的距离差。 该系统由罗兰-C地面设备和用户接收机组成。其地面设备包括(boku)形成台链的一组发射台、监测站和控制中心，而且双曲线定位体制的台链至少包括3个发射台。

15、 37共四十八页Loran-C 地面(dmin)设备Loran-C 接收机38共四十八页测距差定位(dngwi)原理BA MP39共四十八页系统(xtng)技术指标 导航精度：近区小于0.25 nmile（460m），远区方位1.2 nmile，近区相对定位精度达1890m。 系统工作区：地波白天海上(hi shn)达1200 nmile，夜间1000 nmile，陆地比海上小约200300 nmile；天 波达20003000 nmile 。 系统容量：用户无限容量。 定位速率：1020次/min。40共四十八页系统(xtng)应用 Loran-C为海上舰船的导航定位和航空导航而设计； 美国

16、建设10个台链，全世界到1991年至总计(zngj)25个台链； 我国的长河二号1979年开始建设，包括南海、东海和北 海3个台链，6个发射台，3个监测站和3个控制中心。41共四十八页美国(mi u)罗兰-C台链42共四十八页中国(zhn u)东海罗兰-C43共四十八页小结(xioji)利用无线电技术，在一个平面(pngmin)中：1测量角度（测向）：两条直线交叉点定位44共四十八页小结(xioji)利用(lyng)无线电技术，在一个平面中：2测量距离：两个圆的交叉点定位45共四十八页小结(xioji)利用(lyng)无线电技术，在一个平面中：3测量距离差：两个双曲线交叉点定位BA MP46共四十八页思考题1测角方法包括哪几种？2. 简述相位、频率和脉冲测距的机理(j l)。3. 简述脉冲有源和无源测距的机理与特点。4. 简述二维平面测距差定位基本原理。5试述地基无线电空中测距定位基本原理。47共四十八页内容摘要课程内容内容。其它指标：连续性、可用性、可靠性、完好性等。无线电低高度表采用频率调制工作体制，最小