导航技术基础小作业

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1、导航技术的发展简述摘要：针对定位导航技术发展的复杂性和多样性，本文将以时间为基准轴简述各种定位导航技术的发展历史，研究意义和特点等，其中包括惯性导航系统，天文导航系统，无线电导航系统等。并简要介绍一下常用组合导航的的组合形式和使用背景，同时，介绍了3种组合导航的应用实例。关键词：时间基准；定位导航；发展历史；组合导航引言我国古代，很早就将天文定位技术应用在航海中。东晋僧人法显在访问印度乘船回国时曾记述：“大海弥漫无边，不识东西，唯望日、月、星宿而进”。宋、元时期，天文定位技术有很大发展，使用量天尺；到了明代，采用观测恒星高度来确定地理纬度的方法，叫做“牵星术”，所用的测

2、量工具，叫做牵星板。根据牵星板测定的垂向高度和牵绳的长度，即可换算出北极星高度角，它近似等于该地的地理纬度。在航海历史上以明朝初期郑和最为知晓，就是有利用到“牵星术”进行了多次远程航海。以婆罗（Borneo）/文莱为界，以东称为东洋，以西称为西洋，故过去所称南海、西南海之处，明朝称为东洋、西洋，且暹罗湾之海，称为涨海。随着人们对地球和科学知识的不断认识和探索，相继经历了天体导航，磁针（罗盘仪）导航，惯性导航，无线电导航等。其中这主要的几种导航系统是相互发展，互相推进。目前主要的导航技术是将几种导航技术相互融合，避短求长使定位精度和实时性达到所需要求，为人类各项活动所服务

3、。1.1.天文导航在中国古籍中大量记载了对天文导航应用于航海的历史事迹，从西汉的《淮南子》到晋代的《抱朴子外篇·嘉逐》，直至北宋时期才出现一句“在阴天看指南针”。大约在元明朝时期，我国的天文航海技术得到了很大的发展，可根据星宿位置来大致确定地理纬度，这是我国古代航海天文学的先驱。这种方法当时叫”牵星术”。在明代时古代航海知识积累和应用达到了鼎盛。郑和七下西洋创造了世界航海史上的奇迹，完成了极其艰难复杂而又史无前例的航行。郑和七下西洋形成的一套行之有效的“过洋牵星”的航海技术。所谓“过洋牵星”，是指用牵星板测量所在地的星辰高度，然后计算出该处的地理纬度，以此测定船只的具体

4、航向。这种航海技术是郑和船队在继承中国古代天体测量方面所取得的成就的基础上，创造性地应用于航海，从而形成了一种自成体系的先进航海技术，从而使中国当时天文航海技术达到了相当高的水平，这个水平代表了15世纪初天文导航的世界水平。欧洲在15世纪以前仅能白昼顺风沿岸航行。15世纪出现了用北极星高度或太阳中天高度求纬度的方法，当时只能先南北向驶到目的地的纬度，再东西向驶抵目的地。16世纪虽然已有观测月距（月星之间角距）求经度法，但不够准确，而且解算繁冗。18世纪的六分仪和天文钟的问世，前者用于观测天体高度，大大提高了准确性；后者可以在海上用时间法求经度。1837年美国船长T.H.

5、萨姆纳发现天文船位线，从此可以在海上同时测定船位的经度和纬度，奠定了近代天文定位的基础。1875年法国海军军官圣伊芙尔发明截距法，简化了天文定位线测定作业，至今仍在应用。天文导航是根据天体来测定飞行器位置和航向的导航技术即以天体为参考点，确定飞行器在空中的真航向。天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，利用天体敏感器测量天体相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角就可以计算出飞行器的位置和航向。天文导航系统不需要其他地面设备的支持，是自主式导航系统。不受人工或自然形成的电磁场的干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，定位、定向的精度比较高，定位误差与定位时刻无关。在低空飞行时因受

6、能见度的限制较少采用天文导航，但对于高空远程轰炸机、运输机和侦察机作跨越海洋、通过极地、沙漠上空的飞行，天文导航则很适用。自主天文定位原理包括基于几何法的定位原理与基于轨道动力学方程的定位原理。其中几何法定位有基于等高圆的定位与基于纯天文几何解析法的定位方法。等高圆定位方法主要应用于航海和航空中对舰船、飞机的定位。以地球球心为顶点，以90°-h为锥心角，画圆锥；则定义改圆锥与半径为R+H的球面的交线形成的圆为等高圆。这两个圆一般可有两个交点，且该两点一般相距较远，可用先验知识进行排除，亦可再观测一个星体的高度角进行排除。由于天体在惯性空间中的任意时刻的位置可以通过查太阳

7、历、星历等信息获得，因此基于几何定位方法，通过航天器中天体敏感器（恒星敏感器、行星敏感器）观测到的天体方位信息，就可以确定航天器在该时刻的姿态信息。但是要确定航天器在空间中的位置，则还需要获得已知的近天体的观测数据。1.1.磁针导航众所周知，指南针是我国古代四大发明之一，以磁针导航亦创始于我国，但长期以来，史学界、科技界均未谈到以磁针导航始于何时，而只是说它最晚不迟于公元11世纪初年(北宋时)。磁体指向装置(早期为勺形的司南)从发明到应用于船上的时间，竟然相距达一千年至一千三四百年之久，这不能不令人产生疑问。直到北宋时期才有诸于如下记载：