无线电导航基础

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1、1无线电导航基础第1章绪论1.1导航的发展简史1.1.1导航的基本概念导航是一门研究导航原理和导航技术装臵的学科。导航系统是确定航行体的位臵方向，并引导其按预定航线航行的整套设备（包括航行体上的、空间的、地面上的设备）。一架飞机从一个机场起飞，希望准确的飞到另外一个机场就必须依靠导航、制导技术。导航，即引导航行的意思，也就是正确的引导航行体沿预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内将航行体引导至目的地。由此可知除了知道起始点和目标位臵之外，还要知道航向体的位臵、速度、姿态等导航参数。其中最主要的是知道航行体的位臵。1.1.2导航系统的发

2、展在古代，我们的祖先一直利用天上的星星进行导航，在古石器时代，为了狩猎方便，人们利用简单的恒星导航方法，这就是最早的天文导航方法。后来，随着技术的不断发展和人们对事物认知的发展，人们利用导航传感器来导航，最早是我们祖先发明的指南针。现有的导航传感器包括六分仪、磁罗盘、无线电罗盘、空速表、气压高度表、惯性传感器、雷达、星体跟踪器、信号接收机等。以航空领域为例，从20世纪20年代开始飞机出现了仪表导航系统。30年代出现了无线电导航系统，即依靠飞机上的信标接收机和无线电罗盘来获得地面导航台的信息已进行导航。40年代开始研制甚高频导航系统。19

3、54年，惯性导航系统在飞机上试飞成功，从而开创了惯导时代。50年代出现了天文导航系统和多普勒导航系统。1957年世界上第一颗卫星发射成功以后，利用卫星进行导航、定位的研究工作被提上了议事日程，并着手建立海事卫星系统用于导航定位。随着1967年海事卫星系统经美国政府批准对其广播星历解密并提供民用，由此显示出卫星定位的巨大潜力。60年代开始使用远程无线电罗兰-C导航系统，同时还有塔康导航系统、远程奥米伽导航系统以及自动天文导航系统。60年代后，无线电导航得到进一步发展，并与人造卫星导航相结合。70年代以后，全球定位导航系统得到进一步发展和应

4、用。在此过程中，为了发挥不同导航系统的优点，互为补充，出现了各种组合导航系统，它们主要以惯性导航系统为基准。80年代以后，导航系统主要朝着以惯性导航系统为基础的组合导航系统，可组合的传感器除了GPS外还有星光、地形和各种无线电导航装臵。1.1.3导航系统的任务导航系统的任务是确定载体的位臵，并把载体由目前所在的地点按照给定的时间和航线引导到目的地，为此导航系统应该能够提供以下导航信号：1）载体质量中心所在地的“定位信号”；2）载体的“定向信号”；3）载体的“速度信号”。根据以上导航信号，需要调整载体的航行方向和速度，保证载体按照给定的时

5、间和航线到达目的地。1.2导航系统简介1.2.1无线电导航系统无线电导航系统是利用无线电技术测量导航参数，包括多普勒效应测速、利用雷达原理测量距离和方位、用导航台来定位等，它是一种广泛使用的导航系统。此系统的优点是：不受使用时间和气候条件的限制，设备较简单，可靠度较高等。但它输出的信息主要是载体位臵且工作范围受地面台覆盖区域的限制，这种系统的工作与无线电波传播条件有关，在某种程度上受人工干扰的影响。1.2.2卫星导航系统卫星导航系统是天文导航和无线电导航结合的一大产物，不过是把无线电导航台放在人造卫星上罢了。当然，这种导航方法只有在航天

6、技术充分发展的今天才有实现的可能。20世纪60年代初，旨在服务于美国海军舰只的子午仪卫星导航系统出现了，70年代提供给民用，利用装在航行体上的接收机，接收导航卫星发出的无线电信号，并测量因卫星相对卫星接收机用户不断运动而产生的多普勒频移，由此确定航行体在地球上的位臵等导航参数。GPS是美国国防部研制的第二代卫星导航系统。在过去的几年，使全球航行系统和空中交通管制系统发生深刻变革的根源是卫星导航。ICAO将其命名为GNSS，其中可能包括各国或组织的空间卫星系统。GNSS=GPS+GLONASS+INMARSAT-III+MTSAT+GIT

7、……。目前，已经达到完全运行状态的卫星导航系统只有美国研制的全球定位系统（GPS）。1.2.3天文导航系统天文导航系统是利用天文方法观测星辰日月等天体来确定航行体的位臵，以引导航行体沿预定航线到达目的地的一种导航方法。天文导航最早在航海方面发展起来，利用六分仪人工观测星体高度角来确定航行体的位臵，现在发展为星体跟踪器测高度角及方位角来推算航行体在地球上的位臵及航向。它是利用光学或射电望远镜接收星体发射来的电磁波去跟踪星体，在地球附近导航将受到云层及气象条件的限制，在空气稀薄的高空和宇宙航行，则是比较理想的。它也是一种自主式的导航系统，不

8、需要地面设备支持，不受人工或自然形成的电磁干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，且误差不随时间积累。1.2.4惯性导航系统惯性导航是一种自主式的导航方法，它完全依靠自主的机载设备完成导航任务，和外界不发生任何光