第二章 海洋導(dǎo)航定位

1、第二章第二章 海洋導(dǎo)航定位海洋導(dǎo)航定位 本章講授內(nèi)容本章講授內(nèi)容 p概述概述 p衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) p水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) n現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別 n水下聲學(xué)定位的原理與方式水下聲學(xué)定位的原理與方式 2-1 2-1 概述概述 一、定位與導(dǎo)航的概念 q定位定位 從測(cè)繪的意義上從測(cè)繪的意義上說(shuō)，定位就是測(cè)量和表達(dá)某一地表特征、事件或目標(biāo)發(fā)說(shuō)，定位就是測(cè)量和表達(dá)某一地表特征、事件或目標(biāo)發(fā) 生在什么生在什么空間位置空間位置的理論和技術(shù)。的理論和技術(shù)。 從廣義和現(xiàn)代意義上從廣義和現(xiàn)代意義上來(lái)說(shuō)，定位就是測(cè)量和表達(dá)信息、事件或目標(biāo)發(fā)生

2、來(lái)說(shuō)，定位就是測(cè)量和表達(dá)信息、事件或目標(biāo)發(fā)生 在什么在什么時(shí)間時(shí)間、什么相關(guān)的、什么相關(guān)的空間空間位置的理論方法與技術(shù)。位置的理論方法與技術(shù)。 q導(dǎo)航導(dǎo)航 指指運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，通常是指運(yùn)載工具如飛船、飛機(jī)、船舶、汽車(chē)、運(yùn)載武器，通常是指運(yùn)載工具如飛船、飛機(jī)、船舶、汽車(chē)、運(yùn)載武器 等的等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位即三維定位即三維位置位置、速度速度和包括航向偏轉(zhuǎn)、縱向搖擺、橫向和包括航向偏轉(zhuǎn)、縱向搖擺、橫向 搖擺三個(gè)角度的搖擺三個(gè)角度的姿態(tài)姿態(tài)的確定。的確定。 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)是保證船舶在大海中準(zhǔn)確和安全航行的重要船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)是保證船舶在大海中準(zhǔn)確和安全航行的重要 部

3、分。部分。 船舶導(dǎo)航與通訊設(shè)備主要包括：船舶導(dǎo)航與通訊設(shè)備主要包括：羅經(jīng)、羅經(jīng)、GPSGPS定位儀、計(jì)程儀、測(cè)深定位儀、計(jì)程儀、測(cè)深 儀、測(cè)向儀、雷達(dá)、聲納儀、測(cè)向儀、雷達(dá)、聲納以及以及無(wú)線電通訊設(shè)備無(wú)線電通訊設(shè)備等。等。 海洋環(huán)境與航海交通以及任何開(kāi)展作業(yè)有關(guān)，要求全天侯進(jìn)行監(jiān)海洋環(huán)境與航海交通以及任何開(kāi)展作業(yè)有關(guān)，要求全天侯進(jìn)行監(jiān) 測(cè)。測(cè)。 航海的導(dǎo)航定位經(jīng)歷了航海的導(dǎo)航定位經(jīng)歷了指南針、磁羅經(jīng)與電羅經(jīng)、子午儀衛(wèi)星系指南針、磁羅經(jīng)與電羅經(jīng)、子午儀衛(wèi)星系 統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)統(tǒng)及全球定位系統(tǒng) 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 1 1、羅經(jīng)羅經(jīng) 羅經(jīng)是船上用來(lái)

4、指示航向的重要儀器。羅經(jīng)是船上用來(lái)指示航向的重要儀器。 它按工作原理不同分為它按工作原理不同分為磁羅經(jīng)磁羅經(jīng)和和電羅經(jīng)電羅經(jīng)兩類(lèi)。兩類(lèi)。 （1 1）磁羅經(jīng)磁羅經(jīng) 其其基本原理基本原理是磁棒是磁棒( (磁針磁針) )受地磁場(chǎng)的作用而指向地球磁極的方受地磁場(chǎng)的作用而指向地球磁極的方 向。由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能可靠、使用方便、又不需要供電，所以向。由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能可靠、使用方便、又不需要供電，所以 盡管船上裝了許多高精度的導(dǎo)航儀器，磁羅經(jīng)仍是船上不可缺少盡管船上裝了許多高精度的導(dǎo)航儀器，磁羅經(jīng)仍是船上不可缺少 的儀器。的儀器。 由于磁羅經(jīng)的指向是受所在地點(diǎn)的外界磁場(chǎng)的影響。故由于磁羅經(jīng)的指向是受所在地

5、點(diǎn)的外界磁場(chǎng)的影響。故 其指向的其指向的精確度不高精確度不高。 （2 2）電羅經(jīng)電羅經(jīng)（陀螺羅經(jīng)）（陀螺羅經(jīng)） 電羅經(jīng)是電羅經(jīng)是陀螺儀特性陀螺儀特性在導(dǎo)航方面的具體應(yīng)用。電羅經(jīng)的指向準(zhǔn)在導(dǎo)航方面的具體應(yīng)用。電羅經(jīng)的指向準(zhǔn) 確性比磁羅經(jīng)高，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密，制造成本高，必須確性比磁羅經(jīng)高，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密，制造成本高，必須有電有電 才能工作，而且啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。所以船上往往同時(shí)裝有電羅經(jīng)和磁才能工作，而且啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。所以船上往往同時(shí)裝有電羅經(jīng)和磁 羅經(jīng)，以便配合使用。羅經(jīng)，以便配合使用。 2-1 2-1 概述概述 磁羅經(jīng)磁羅經(jīng) 型號(hào):CPL-190 材料:鋁質(zhì)外座,純銅羅盆,進(jìn)口磁性材料,特制高

6、級(jí)羅 經(jīng)液. 優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,指向穩(wěn)定,性能可靠,液體長(zhǎng)期不乳 化、不變色，配備可調(diào)式校正裝置，具備良好 的防磁功能，配備照明裝置，夜間作業(yè)方便。 照明電壓：12V/24V刻度盤(pán)直徑：190MM外形尺 寸：高50CM，直徑35CM。 產(chǎn)品性能：完全符合ISO-449A級(jí)和GB3896-83A級(jí) 技術(shù)要求。 使用環(huán)境溫度：-20C+60C指向誤差：不大 于1.5 適用范圍:適用于大中型民用船舶和軍輔船作標(biāo)準(zhǔn) 磁羅經(jīng),用于顯示方位,指導(dǎo)航向. n1、型號(hào)CPT-75MD n2、該羅盤(pán)設(shè)置自動(dòng)沖液,排氣泡裝置,此產(chǎn)品成功 解決了歷史以來(lái)羅盤(pán)出現(xiàn)漏氣產(chǎn)生汽泡和補(bǔ)充液 困難兩大缺陷。 n3、獲取國(guó)家實(shí)用

7、新型專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào):032259832) n4、材料:優(yōu)質(zhì)原木盒,純銅羅盆,進(jìn)口永久磁性材料, 特制高級(jí)羅經(jīng)液. n5、優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,指向穩(wěn)定,性能可靠,刻度清晰, 液體長(zhǎng)期不乳化,不變色.配備照明裝置,夜間作業(yè)方 便. n6、照明電壓:12V/24V n7、刻度盤(pán)徑:75MM n8、外形木盒尺寸：長(zhǎng)16CM寬16CM高11CM n9、產(chǎn)品性能:完全符合1SO-499A級(jí)和GB3896-83A 級(jí)技術(shù)要求。 n10、使用環(huán)境溫度：-20C+60C n11、指向誤差：不大于1.5 n12、適用范圍：適用于中小型民用船舶游艇作標(biāo) 準(zhǔn)磁羅經(jīng)，用于顯示方位指導(dǎo)航向。 電羅經(jīng)電羅經(jīng) 二、船舶導(dǎo)航及通信系

8、統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 計(jì)程儀計(jì)程儀用于指示船舶的用于指示船舶的航速和航程航速和航程。它和電羅經(jīng)配合使用可以。它和電羅經(jīng)配合使用可以 確定船位。確定船位。 按其測(cè)量參考坐標(biāo)系的不同可以分為按其測(cè)量參考坐標(biāo)系的不同可以分為相對(duì)計(jì)程儀和絕對(duì)計(jì)程儀相對(duì)計(jì)程儀和絕對(duì)計(jì)程儀 兩類(lèi)。兩類(lèi)。 相對(duì)相對(duì)計(jì)程儀只能測(cè)量船舶計(jì)程儀只能測(cè)量船舶相對(duì)于水相對(duì)于水的速度并累計(jì)其航程，如水的速度并累計(jì)其航程，如水 壓式、電磁式等計(jì)程儀。壓式、電磁式等計(jì)程儀。 絕對(duì)絕對(duì)計(jì)程儀可以測(cè)量船舶計(jì)程儀可以測(cè)量船舶對(duì)地對(duì)地的速度并累計(jì)其航程，如多普勒的速度并累計(jì)其航程，如多普勒 計(jì)程儀和聲相關(guān)計(jì)程儀。計(jì)程儀和聲

9、相關(guān)計(jì)程儀。 但是當(dāng)測(cè)量水深超過(guò)其跟蹤深度范圍時(shí)，絕對(duì)計(jì)程儀便轉(zhuǎn)換成但是當(dāng)測(cè)量水深超過(guò)其跟蹤深度范圍時(shí)，絕對(duì)計(jì)程儀便轉(zhuǎn)換成 為跟蹤水層的相對(duì)計(jì)程儀。為跟蹤水層的相對(duì)計(jì)程儀。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 水壓式計(jì)程儀水壓式計(jì)程儀 這種計(jì)程儀是利用這種計(jì)程儀是利用船舶航行時(shí)水對(duì)船體的動(dòng)壓力會(huì)隨船舶航行時(shí)水對(duì)船體的動(dòng)壓力會(huì)隨 船速的增加而增加船速的增加而增加這一原理制成的。這一原理制成的。 由實(shí)踐得出由實(shí)踐得出動(dòng)壓力是與船速的平方成正比動(dòng)壓力是與船速的平方成正比的。水壓式的。水壓式 計(jì)程儀就是利用壓力傳感器測(cè)出動(dòng)壓力，并指示出瞬計(jì)程儀就

10、是利用壓力傳感器測(cè)出動(dòng)壓力，并指示出瞬 時(shí)航速，再由計(jì)算機(jī)計(jì)算出航程。時(shí)航速，再由計(jì)算機(jī)計(jì)算出航程。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 電磁式計(jì)程儀電磁式計(jì)程儀 電磁式計(jì)程儀根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，與水電磁式計(jì)程儀根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，與水 壓式相比航速靈敏度較高，能測(cè)壓式相比航速靈敏度較高，能測(cè)低航速低航速。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 多普勒聲納計(jì)程儀多普勒聲納計(jì)程儀 多普勒聲納計(jì)程儀是利用在水中多普勒聲納計(jì)程儀是利用在水中聲波傳播的多普勒效聲波傳播的多普勒效 應(yīng)應(yīng)來(lái)測(cè)量

11、船舶相對(duì)于岸壁或海底運(yùn)動(dòng)速度，并累計(jì)航來(lái)測(cè)量船舶相對(duì)于岸壁或海底運(yùn)動(dòng)速度，并累計(jì)航 程的儀器。程的儀器。 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：聲源和接受者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受：聲源和接受者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受 者收到的頻率與聲源發(fā)射頻率不同的現(xiàn)象者收到的頻率與聲源發(fā)射頻率不同的現(xiàn)象 2-1 2-1 概述概述 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 聲相關(guān)計(jì)程儀聲相關(guān)計(jì)程儀 聲相關(guān)計(jì)程儀是一種采用聲相關(guān)計(jì)程儀是一種采用相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)處理水聲信處理水聲信 息、測(cè)量船速并累計(jì)航程的計(jì)程儀。息、測(cè)量船速并累計(jì)航程的計(jì)程儀。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 其一，采用垂向發(fā)射和

12、接收超聲波信號(hào)，并對(duì)被接收的回波信號(hào)其一，采用垂向發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，并對(duì)被接收的回波信號(hào) 的幅值包絡(luò)進(jìn)行相關(guān)處理來(lái)測(cè)速；的幅值包絡(luò)進(jìn)行相關(guān)處理來(lái)測(cè)速； 其二，可工作于海底跟蹤和水層跟蹤兩種方式，即可測(cè)對(duì)地的速其二，可工作于海底跟蹤和水層跟蹤兩種方式，即可測(cè)對(duì)地的速 度，又可測(cè)對(duì)水的速度；度，又可測(cè)對(duì)水的速度； 其三，測(cè)量精度不受聲速變化的影響；其三，測(cè)量精度不受聲速變化的影響； 其四，它同時(shí)可測(cè)量水深，兼作測(cè)深儀使用。其四，它同時(shí)可測(cè)量水深，兼作測(cè)深儀使用。 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 聲相關(guān)計(jì)程儀聲相關(guān)計(jì)程儀 測(cè)速原理測(cè)速原理 ： 2-1 2-1 概

13、述概述 沿船底縱向等間距安裝有前向接收換能器Rf、發(fā)射換能器Bt、 及后向接收換能器Ra，前后兩接收換能器的間距為S。 發(fā)射換能器Bt以一定的時(shí)間間隔向海底發(fā)射超聲波脈沖，假 設(shè)在t=t1時(shí)刻，經(jīng)海底反射回來(lái)的回波被前向換能器Rf所接收， 如圖（a）； 經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔，即t=t2時(shí)刻，回波被后向換能器Ra所接收， 船航行的位移為S/2，如圖（b）。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 2、計(jì)程儀、計(jì)程儀 聲相關(guān)計(jì)程儀聲相關(guān)計(jì)程儀 測(cè)速原理測(cè)速原理 ： 由于兩換能器接收的超聲波所走過(guò)的路徑完全一致，因此可認(rèn)為由于兩換能器接收的超聲波所走過(guò)的路徑完全一致，因此可認(rèn)

14、為 這兩個(gè)回波信號(hào)的包絡(luò)幅值這兩個(gè)回波信號(hào)的包絡(luò)幅值f1（t）和）和f2（t）形狀完全相同，只是）形狀完全相同，只是 在時(shí)間上相差了一時(shí)間間隔在時(shí)間上相差了一時(shí)間間隔。 S為兩接收換能器之間距，為 定值；延時(shí)可以用相關(guān)接收 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，所以船速V便 可求得。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 3、測(cè)深儀測(cè)深儀 船舶航行時(shí)，需要知道船舶所在位置海水深度，船舶航行時(shí)，需要知道船舶所在位置海水深度， 以保證船的安全航行。一般采用以保證船的安全航行。一般采用回聲測(cè)深儀回聲測(cè)深儀來(lái)來(lái) 解決。解決。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信

15、系統(tǒng) 4、無(wú)線電導(dǎo)航儀器、無(wú)線電導(dǎo)航儀器 無(wú)線電測(cè)向儀，雙曲線定位儀無(wú)線電測(cè)向儀，雙曲線定位儀 用用無(wú)線電測(cè)向儀無(wú)線電測(cè)向儀定位時(shí)，船上必須備有各定位時(shí)，船上必須備有各導(dǎo)航臺(tái)的資導(dǎo)航臺(tái)的資 料料，資料上必須注明導(dǎo)航臺(tái)的，資料上必須注明導(dǎo)航臺(tái)的地理位置座標(biāo)地理位置座標(biāo)及各自發(fā)及各自發(fā) 射射信號(hào)的特征信號(hào)的特征等。等。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 4、無(wú)線電導(dǎo)航儀器、無(wú)線電導(dǎo)航儀器 雙曲線定位儀雙曲線定位儀具有定位精度高，作用距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，具有定位精度高，作用距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)， 所以應(yīng)用更廣。這類(lèi)定位儀有勞蘭、臺(tái)卡和奧米加系所以應(yīng)用更廣。這類(lèi)定位儀有勞蘭、臺(tái)

16、卡和奧米加系 統(tǒng)，它們只是在導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射電波的方式、頻率及接收統(tǒng)，它們只是在導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射電波的方式、頻率及接收 方式上各不相同而已。方式上各不相同而已。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 5、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用物體的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用物體的慣慣 性性，制成，制成加速度計(jì)加速度計(jì)，測(cè)出船舶，測(cè)出船舶 的運(yùn)動(dòng)加速度值，并用電子計(jì)的運(yùn)動(dòng)加速度值，并用電子計(jì) 算機(jī)對(duì)加速度和時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算，算機(jī)對(duì)加速度和時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算， 由此可由此可得到得到船舶的船舶的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)速度、 航向以及航程航向以及航程。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶 啟航前啟

17、航前應(yīng)根據(jù)船舶所應(yīng)根據(jù)船舶所 在港口的地理位置座在港口的地理位置座 標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)校準(zhǔn)。 啟航后啟航后則根據(jù)求得的則根據(jù)求得的 航速、航向和航程航速、航向和航程， 可以隨時(shí)求得船舶的可以隨時(shí)求得船舶的 地理位置座標(biāo)地理位置座標(biāo)。 2-1 2-1 概述概述 二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng)二、船舶導(dǎo)航及通信系統(tǒng) 6、雷達(dá)雷達(dá) 雷達(dá)是利用雷達(dá)是利用無(wú)線電波無(wú)線電波來(lái)測(cè)量來(lái)測(cè)量 目標(biāo)的距離和方位，并可進(jìn)目標(biāo)的距離和方位，并可進(jìn) 一步識(shí)別目標(biāo)的性質(zhì)和形狀一步識(shí)別目標(biāo)的性質(zhì)和形狀 的儀器。的儀器。 不受任何天氣的影響不受任何天氣的影響，可以，可以 在雷達(dá)作用的范圍內(nèi)識(shí)別來(lái)在雷達(dá)作用的范圍內(nèi)識(shí)別來(lái) 往

18、和停泊的船只、海岸及岸往和停泊的船只、海岸及岸 上建筑物、水道內(nèi)的浮筒和上建筑物、水道內(nèi)的浮筒和 露出水面的礁石等。露出水面的礁石等。 這這在大在大 霧、暴風(fēng)、黑夜里航行時(shí)更霧、暴風(fēng)、黑夜里航行時(shí)更 顯得重要，它是船舶的眼睛顯得重要，它是船舶的眼睛。 一、一、工作原理及系統(tǒng)組成工作原理及系統(tǒng)組成 q工作原理工作原理 衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用在空間飛行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用在空間飛行的衛(wèi)衛(wèi) 星星不斷向地面廣播不斷向地面廣播發(fā)送某種頻率發(fā)送某種頻率并加并加 載了某些特殊載了某些特殊定位信息定位信息的無(wú)線電信號(hào)的無(wú)線電信號(hào) 來(lái)實(shí)現(xiàn)定位測(cè)量的定位系統(tǒng)。來(lái)實(shí)現(xiàn)定位測(cè)量的定位系統(tǒng)。 q系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 空間運(yùn)行的

19、衛(wèi)星空間運(yùn)行的衛(wèi)星：發(fā)送某種時(shí)間信號(hào)、：發(fā)送某種時(shí)間信號(hào)、 測(cè)距信號(hào)和衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo)位置信號(hào)。測(cè)距信號(hào)和衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo)位置信號(hào)。 地面控制部分地面控制部分：精確測(cè)定衛(wèi)星的軌道：精確測(cè)定衛(wèi)星的軌道 坐標(biāo)、時(shí)鐘差異，確定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，坐標(biāo)、時(shí)鐘差異，確定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)， 并向衛(wèi)星注入新的衛(wèi)星軌道坐標(biāo)，進(jìn)并向衛(wèi)星注入新的衛(wèi)星軌道坐標(biāo)，進(jìn) 行必要的衛(wèi)星軌道糾正等。行必要的衛(wèi)星軌道糾正等。 用戶(hù)部分用戶(hù)部分：接收衛(wèi)星廣播發(fā)送的多種：接收衛(wèi)星廣播發(fā)送的多種 信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算確定用戶(hù)的最終信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算確定用戶(hù)的最終 位置。位置。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 衛(wèi)衛(wèi)星星定定位位系系統(tǒng)

20、統(tǒng)的的三三大大部部分分 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) q定義定義 具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星定位導(dǎo)航系具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星定位導(dǎo)航系 統(tǒng)稱(chēng)為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱(chēng)為統(tǒng)稱(chēng)為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱(chēng)為 Global Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng) 為為GNSS。 q實(shí)際系統(tǒng)實(shí)際系統(tǒng) 美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS） 俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS 因經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，星座中衛(wèi)星缺失太多，暫時(shí)因經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，星座中衛(wèi)星缺失太多，暫時(shí) 不能連續(xù)實(shí)時(shí)定位。不能連續(xù)實(shí)時(shí)定位。 正在發(fā)展研究的有歐盟的正在

21、發(fā)展研究的有歐盟的GALILEO系統(tǒng)系統(tǒng) 中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)中國(guó)及其周邊海域的區(qū)域定位導(dǎo)航系實(shí)現(xiàn)中國(guó)及其周邊海域的區(qū)域定位導(dǎo)航系 統(tǒng)。統(tǒng)。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 1、 GPS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) q擁有者擁有者 美國(guó)美國(guó) q發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)展簡(jiǎn)史 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）計(jì)劃自）計(jì)劃自 1973年起步，年起步，1978年首次發(fā)射衛(wèi)星，年首次發(fā)射衛(wèi)星， 1994年完成年完成24顆中高度圓軌道顆中高度圓軌道 （MEO）衛(wèi)星組網(wǎng)，共歷時(shí)）衛(wèi)星組網(wǎng)，共歷時(shí)16年、年、 耗

22、資耗資120億美元。至今，已先后發(fā)展億美元。至今，已先后發(fā)展 了三代衛(wèi)星。了三代衛(wèi)星。 q系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 空間部分空間部分 控制部分控制部分 用戶(hù)部分用戶(hù)部分 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 各種類(lèi)型的各種類(lèi)型的 GPS 用戶(hù)接收機(jī)用戶(hù)接收機(jī) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 1、 GPS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 工作原理工作原理 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī) 的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè) 方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。 考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、 Y

23、、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從 而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。 事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi) 星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小 的一組用作定位，從而提高精度。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 1、 GPS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 應(yīng)用應(yīng)用 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間開(kāi)始顯露出的年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間開(kāi)始顯露出的 巨大戰(zhàn)術(shù)價(jià)值也令其他國(guó)家感到吃驚巨大戰(zhàn)術(shù)價(jià)值也令其他國(guó)家感到吃驚 美軍在伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)上所使用的GPS

24、12 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 1、 GPS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 應(yīng)用應(yīng)用 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2、 GLONASS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) q擁有者擁有者 俄羅斯俄羅斯 q發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)展簡(jiǎn)史 由前蘇聯(lián)從由前蘇聯(lián)從80年代初開(kāi)始建設(shè)的與美國(guó)年代初開(kāi)始建設(shè)的與美國(guó) GPS系統(tǒng)相類(lèi)似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在系統(tǒng)相類(lèi)似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在 由俄羅斯空間局管理。由俄羅斯空間局管理。GLONASS的整的整 體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于GPS系統(tǒng)，其主要不同之系統(tǒng)，其主要不同之 處在于星座設(shè)計(jì)和信號(hào)載波頻率和衛(wèi)星處在于星座設(shè)

25、計(jì)和信號(hào)載波頻率和衛(wèi)星 識(shí)別方法的設(shè)計(jì)不同。識(shí)別方法的設(shè)計(jì)不同。 q系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 衛(wèi)星星座衛(wèi)星星座 地面監(jiān)測(cè)控制站地面監(jiān)測(cè)控制站 用戶(hù)設(shè)備用戶(hù)設(shè)備 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 用于發(fā)射“格洛納斯”系統(tǒng)衛(wèi)星的俄“質(zhì)子”火箭被運(yùn)往 發(fā)射點(diǎn) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2 2、 GLONASS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 已經(jīng)于已經(jīng)于2011年年1月月1日在全球正式運(yùn)行。根日在全球正式運(yùn)行。根 據(jù)俄羅斯聯(lián)邦太空署信息中心提供的數(shù)據(jù)據(jù)俄羅斯聯(lián)邦太空署信息中心提供的數(shù)據(jù) （2012年年10月月10日），目前有日），目前有24顆衛(wèi)星正顆衛(wèi)星正 常工作、常工作、3顆維修中

26、、顆維修中、3顆備用、顆備用、1顆測(cè)試顆測(cè)試 中。中。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2 2、 GLONASS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 該系統(tǒng)由該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，首顆衛(wèi)星于顆衛(wèi)星組成，首顆衛(wèi)星于1984 年發(fā)射，蘇聯(lián)解體后曾一度處于停頓狀態(tài)。年發(fā)射，蘇聯(lián)解體后曾一度處于停頓狀態(tài)。 直至直至1998年，俄再度開(kāi)始對(duì)年，俄再度開(kāi)始對(duì)“格洛納斯格洛納斯” 進(jìn)行更新升級(jí)。定位精度最高將可以達(dá)到進(jìn)行更新升級(jí)。定位精度最高將可以達(dá)到 1米，能讓現(xiàn)役武器在不用花大價(jià)錢(qián)的情米，能讓現(xiàn)役武器在不用花大價(jià)錢(qián)的情 況下把威力提高一個(gè)等級(jí)。況下把威力

27、提高一個(gè)等級(jí)。 最讓美方擔(dān)心的是，最讓美方擔(dān)心的是，“格洛納斯格洛納斯”能提高能提高 戰(zhàn)略導(dǎo)彈的打擊精度。在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中，戰(zhàn)略導(dǎo)彈的打擊精度。在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中， “格洛納斯格洛納斯”系統(tǒng)可不間斷地進(jìn)行路線精系統(tǒng)可不間斷地進(jìn)行路線精 確測(cè)算和數(shù)據(jù)修正，將導(dǎo)彈的命中誤差大確測(cè)算和數(shù)據(jù)修正，將導(dǎo)彈的命中誤差大 大縮小。俄羅斯軍事專(zhuān)家亞歷山大大縮小。俄羅斯軍事專(zhuān)家亞歷山大戈?duì)柛隊(duì)?茨因此把茨因此把“格洛納斯格洛納斯”系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)稱(chēng)為“除核武除核武 器之外，前蘇聯(lián)留給俄羅斯最珍貴的遺器之外，前蘇聯(lián)留給俄羅斯最珍貴的遺 產(chǎn)產(chǎn)”。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、

28、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2、 GLONASS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 在俄羅斯首都莫 斯科，俄總理普 京的愛(ài)犬“科尼” 被佩戴上裝有全 球衛(wèi)星導(dǎo)航裝置 的項(xiàng)圈。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2、 GLONASS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) GLONASS 既可以提供獨(dú)立的導(dǎo)航服務(wù)，又可與既可以提供獨(dú)立的導(dǎo)航服務(wù)，又可與 GPS 結(jié)合。結(jié)合。將將 GLONASS 組合到組合到 GPS 中構(gòu)成中構(gòu)成 GNSS，主要有三方面的，主要有三方面的優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)： 有效性有效性 GPS 需要捕獲至少需要捕獲至

29、少 4 顆衛(wèi)星才能提供緯度、經(jīng)度和高度定位數(shù)顆衛(wèi)星才能提供緯度、經(jīng)度和高度定位數(shù) 據(jù)。但如果在靠近高山、建筑物、樹(shù)木和其它遮擋物時(shí)，據(jù)。但如果在靠近高山、建筑物、樹(shù)木和其它遮擋物時(shí)，GPS 可見(jiàn)星的數(shù)目可見(jiàn)星的數(shù)目 可能低于可能低于 4顆或者顆或者 3 顆甚至更少，導(dǎo)致顆甚至更少，導(dǎo)致 GPS 接收機(jī)不能給出用戶(hù)位置。將接收機(jī)不能給出用戶(hù)位置。將 GLONASS 與與 GPS 組合，則有組合，則有48 顆衛(wèi)星提供給用戶(hù)，從而大大提高導(dǎo)航系統(tǒng)顆衛(wèi)星提供給用戶(hù)，從而大大提高導(dǎo)航系統(tǒng) 的有效性。的有效性。 完整性完整性 完整性即導(dǎo)航系統(tǒng)在定位數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)給用戶(hù)提供報(bào)警信息。更高完整性即導(dǎo)航系統(tǒng)在定位數(shù)

30、據(jù)出錯(cuò)時(shí)給用戶(hù)提供報(bào)警信息。更高 的要求是能夠隔離故障，提供修正后的定位結(jié)果。普通的完整性算法要求可見(jiàn)的要求是能夠隔離故障，提供修正后的定位結(jié)果。普通的完整性算法要求可見(jiàn) 性數(shù)目至少為性數(shù)目至少為 5 顆，如若需要隔離故障則需要顆，如若需要隔離故障則需要 6 顆以上的可見(jiàn)星。在顆以上的可見(jiàn)星。在 GNSS 中，用戶(hù)能得到比單獨(dú)中，用戶(hù)能得到比單獨(dú) GPS 高出一倍的概率來(lái)實(shí)現(xiàn)完整性算法。高出一倍的概率來(lái)實(shí)現(xiàn)完整性算法。 精度精度 GNSS 的定位精度比單獨(dú)的的定位精度比單獨(dú)的 GPS 高出高出 510倍。倍。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 3、 伽利略（伽利略（GALILEO）全球

31、定位系統(tǒng)）全球定位系統(tǒng) q擁有者擁有者 歐盟歐盟 q發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)展簡(jiǎn)史 GALILEO系統(tǒng)是歐洲自主的、獨(dú)立的全球多模式系統(tǒng)是歐洲自主的、獨(dú)立的全球多模式 衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定 位服務(wù)，同時(shí)它實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理，計(jì)位服務(wù)，同時(shí)它實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理，計(jì) 劃將于劃將于2008年完成?？膳c美國(guó)的年完成。可與美國(guó)的GPS和俄羅斯的和俄羅斯的 GLONASS兼容，但比后兩者更安全、更準(zhǔn)確。兼容，但比后兩者更安全、更準(zhǔn)確。 2012年年10月，伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二批兩月，伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二批兩 顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空，太空

32、中已有的顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空，太空中已有的4顆正式的伽顆正式的伽 利略系統(tǒng)工作衛(wèi)星。利略系統(tǒng)工作衛(wèi)星。 q系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 GALILEO系統(tǒng)由系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，顆工作星， 3顆備份星。衛(wèi)星分布在顆備份星。衛(wèi)星分布在3個(gè)中地球軌道（個(gè)中地球軌道（MEO） 上，軌道高度為上，軌道高度為23616千米，軌道傾角千米，軌道傾角56度。每個(gè)度。每個(gè) 軌道上部署軌道上部署9顆工作星和顆工作星和1顆備份星顆備份星。 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) Galileo 系系統(tǒng)統(tǒng)星星座座 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 3、 伽利略（伽利略（GALI

33、LEO）全球定位系統(tǒng)）全球定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 從設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)看，從設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)看，“伽利略伽利略”的定位的定位 精度優(yōu)于精度優(yōu)于GPS。如果說(shuō)。如果說(shuō)GPS只能找到街只能找到街 道，道，“伽利略伽利略”則可找到車(chē)庫(kù)門(mén)。則可找到車(chē)庫(kù)門(mén)。 “伽利略伽利略”為地面用戶(hù)提供為地面用戶(hù)提供3種信號(hào)：種信號(hào)： 免費(fèi)使用的信號(hào)、加密且需交費(fèi)使用的免費(fèi)使用的信號(hào)、加密且需交費(fèi)使用的 信號(hào)、加密且需滿足更高要求的信號(hào)。信號(hào)、加密且需滿足更高要求的信號(hào)。 其精度依次提高，最高精度比其精度依次提高，最高精度比GPS高高10 倍，即使是免費(fèi)使用的信號(hào)精度也達(dá)到倍，即使是免費(fèi)使用的信

34、號(hào)精度也達(dá)到 6米米。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 3、 伽利略（伽利略（GALILEO）全球定位系統(tǒng)）全球定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 國(guó)家遙感中心主任張國(guó)成與伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航有限公司董事長(zhǎng)孟 波，2005年03月09日在京簽署了伽利略計(jì)劃總承包協(xié)議。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 4、 “北斗北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó) 自主建立的全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)自主建立的全天候、全天時(shí)提供衛(wèi) 星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。計(jì)劃星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш?/p>

35、系統(tǒng)。計(jì)劃 由由30顆衛(wèi)星組成，目前已成功發(fā)射顆衛(wèi)星組成，目前已成功發(fā)射 16顆。該系統(tǒng)具有星間鏈路和自主顆。該系統(tǒng)具有星間鏈路和自主 導(dǎo)航功能，預(yù)計(jì)于導(dǎo)航功能，預(yù)計(jì)于2020年完成全球年完成全球 系統(tǒng)組建任務(wù)。系統(tǒng)組建任務(wù)。 該系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面中該系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面中 心站和用戶(hù)終端三部分組成。具有心站和用戶(hù)終端三部分組成。具有 快速定位、雙向通信和精密授時(shí)快速定位、雙向通信和精密授時(shí)三三 大功能。覆蓋范圍為北緯大功能。覆蓋范圍為北緯5 55,東經(jīng)東經(jīng)70145(中國(guó)全境中國(guó)全境 及亞洲大部分地區(qū)及亞洲大部分地區(qū))。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 4、 “北斗北斗”

36、衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 2011年年12月月27日起，開(kāi)始向中國(guó)及日起，開(kāi)始向中國(guó)及 周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服 務(wù)。北斗已經(jīng)宣布在務(wù)。北斗已經(jīng)宣布在2012年底前向亞太年底前向亞太 地區(qū)正式提供服務(wù)，民用服務(wù)與地區(qū)正式提供服務(wù)，民用服務(wù)與GPS一一 樣免費(fèi)。樣免費(fèi)。 優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì) 短信服務(wù)短信服務(wù)和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊 功能；功能； 精度與精度與GPS相當(dāng)，而在增強(qiáng)區(qū)域也就相當(dāng)，而在增強(qiáng)區(qū)域也就 是亞太地區(qū)，甚至?xí)^(guò)是亞太地區(qū)，甚至?xí)^(guò)GPS； 向全世界提供的服務(wù)都是免費(fèi)的，在

37、向全世界提供的服務(wù)都是免費(fèi)的，在 提供無(wú)源定位導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)時(shí)，用提供無(wú)源定位導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)時(shí)，用 戶(hù)數(shù)量沒(méi)有限制，且與戶(hù)數(shù)量沒(méi)有限制，且與GPS兼容兼容 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 4、 “北斗北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 2012年11月14日，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃模型亮相第 九屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)，引起業(yè)內(nèi)人士極大關(guān)注。 外媒:解放軍東風(fēng)-21D 若聯(lián)手北斗將成航母終 結(jié)者 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 4、 “北斗北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 我

38、國(guó)自主研制的我國(guó)自主研制的“北斗一號(hào)北斗一號(hào)”抗震救災(zāi)中顯威抗震救災(zāi)中顯威 。 我國(guó)自主研制的我國(guó)自主研制的“北斗一號(hào)北斗一號(hào)”系統(tǒng)在通信中斷的情況下發(fā)揮重系統(tǒng)在通信中斷的情況下發(fā)揮重 要作用，抗震救災(zāi)部隊(duì)攜帶的北斗系統(tǒng)陸續(xù)發(fā)回各種災(zāi)情和救要作用，抗震救災(zāi)部隊(duì)攜帶的北斗系統(tǒng)陸續(xù)發(fā)回各種災(zāi)情和救 援信息，給中央指揮系統(tǒng)提供了及時(shí)準(zhǔn)確的信息。援信息，給中央指揮系統(tǒng)提供了及時(shí)準(zhǔn)確的信息。 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 4、 “北斗北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 應(yīng)用應(yīng)用 二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2-2 2-2 衛(wèi)星導(dǎo)航定

39、位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 聲學(xué)定位系統(tǒng)聲學(xué)定位系統(tǒng)組成組成: 船臺(tái)設(shè)備船臺(tái)設(shè)備：發(fā)射、接收設(shè)備：發(fā)射、接收設(shè)備 水下設(shè)備水下設(shè)備：聲學(xué)應(yīng)答器基陣：聲學(xué)應(yīng)答器基陣 基陣基陣固設(shè)于海底的位置已準(zhǔn)確測(cè)定的一組固設(shè)于海底的位置已準(zhǔn)確測(cè)定的一組 應(yīng)答器陣列應(yīng)答器陣列 一、聲學(xué)定位系統(tǒng)組成一、聲學(xué)定位系統(tǒng)組成 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 根據(jù)聲學(xué)定位系統(tǒng)定位基線的長(zhǎng)度，傳統(tǒng)上我們將定位根據(jù)聲學(xué)定位系統(tǒng)定位基線的長(zhǎng)度，傳統(tǒng)上我們將定位 系統(tǒng)分為系統(tǒng)分為3種類(lèi)型種類(lèi)型: 1.長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)(Long Base Line)、 2.短基線定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng)(Short Bas

40、e Line)、 3.超短基線定位系統(tǒng)超短基線定位系統(tǒng)(Ultra Short Base Line)， 定位系統(tǒng)的劃分依據(jù)見(jiàn)表。定位系統(tǒng)的劃分依據(jù)見(jiàn)表。 二、聲學(xué)定位系統(tǒng)的二、聲學(xué)定位系統(tǒng)的分類(lèi)分類(lèi) 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 1.1.長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng) 長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)(LBL)需要需要在海底布設(shè)在海底布設(shè)3個(gè)以上的基點(diǎn)個(gè)以上的基點(diǎn)，以一定，以一定 的幾何圖形組成海底定位基線陣，工作船的幾何圖形組成海底定位基線陣，工作船(或被測(cè)目標(biāo)或被測(cè)目標(biāo))一般位一般位 于基線陣之內(nèi)，通過(guò)測(cè)量應(yīng)答器與基點(diǎn)之間的相對(duì)位置來(lái)確于基線陣之內(nèi)，通過(guò)測(cè)量應(yīng)答器與基點(diǎn)之間的

41、相對(duì)位置來(lái)確 定應(yīng)答器的坐標(biāo)。定應(yīng)答器的坐標(biāo)。 工作方式有工作方式有聲學(xué)應(yīng)答式、電觸發(fā)式聲學(xué)應(yīng)答式、電觸發(fā)式兩種。兩種。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是定位精度與水深無(wú)關(guān)，在較大的范圍上可以達(dá)到較高的相是定位精度與水深無(wú)關(guān)，在較大的范圍上可以達(dá)到較高的相 對(duì)定位精度，定位數(shù)據(jù)更新率高對(duì)定位精度，定位數(shù)據(jù)更新率高 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 1.1.長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng) 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，基線陣布設(shè)需要消耗是系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，基線陣布設(shè)需要消耗高昂的費(fèi)用高昂的費(fèi)用，并且需要做大量，并且需要做大量 的校正工作，耗費(fèi)大量的時(shí)間。的校正工作，耗費(fèi)大量的時(shí)間。 再者，雖然長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)的再者

42、，雖然長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)的定位精度定位精度是獨(dú)立于水深的，但是卻是獨(dú)立于水深的，但是卻與工作頻與工作頻 率密切相關(guān)率密切相關(guān)，若要獲得更高的定位精度，目前典型的做法是發(fā)展高頻，若要獲得更高的定位精度，目前典型的做法是發(fā)展高頻 (High Frequency)或超高頻或超高頻(Extra High Frequency)的長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，但的長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，但 是由于高頻信號(hào)在水中衰減很快，因此是由于高頻信號(hào)在水中衰減很快，因此作用范圍很有限作用范圍很有限，一般很難超過(guò)，一般很難超過(guò) 1000m。 另外對(duì)水聲定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)另外對(duì)水聲定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸也是一個(gè)很難回避的問(wèn)題，傳也

43、是一個(gè)很難回避的問(wèn)題，傳 統(tǒng)的水聲數(shù)據(jù)傳輸方式有多頻鍵控統(tǒng)的水聲數(shù)據(jù)傳輸方式有多頻鍵控(MFSK)和多相鍵控和多相鍵控(MPSK)兩種，兩種， MFSK調(diào)制方法性能適中，具有一定的抗多途能力，調(diào)制方法性能適中，具有一定的抗多途能力，MFSK方式可以提高方式可以提高 信息傳輸速率，但在傳輸距離和環(huán)境適應(yīng)性方而性能不足，近來(lái)利用水聲信息傳輸速率，但在傳輸距離和環(huán)境適應(yīng)性方而性能不足，近來(lái)利用水聲 擴(kuò)頻技術(shù)傳輸受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視，己經(jīng)出現(xiàn)了擴(kuò)頻技術(shù)的水聲擴(kuò)頻技術(shù)傳輸受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視，己經(jīng)出現(xiàn)了擴(kuò)頻技術(shù)的水聲 MODEM產(chǎn)品，其性能有較明顯的提高，表現(xiàn)在傳輸距離增加、誤碼率降產(chǎn)品，其性能有較明顯

44、的提高，表現(xiàn)在傳輸距離增加、誤碼率降 低，且對(duì)使用環(huán)境具有較好的寬容性。低，且對(duì)使用環(huán)境具有較好的寬容性。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 1.1.長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng) 美國(guó)Sonardvne公司Fusion系列，中頻段7807型工作 水深4000m，定位精度0.15-1.0m；高頻段7808型 工作水深2500m，定位精度0.02-0.15m。 挪威Simrad公司的HYR408S型長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)在超 過(guò)3000m的作用范圍內(nèi)可以達(dá)到幾厘米的定位精 度。廣泛應(yīng)用于水下機(jī)器人、深拖系統(tǒng)等水下設(shè) 備的導(dǎo)航定位。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 2.2.

45、短基線定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng) 短基線定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng)(SBL)與長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)所不同與長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)所不同 的是定位的是定位基點(diǎn)是布置在船底基點(diǎn)是布置在船底的，的，3個(gè)以上的基點(diǎn)在個(gè)以上的基點(diǎn)在 船底構(gòu)成基線陣，通過(guò)測(cè)量聲波在應(yīng)答器與基點(diǎn)船底構(gòu)成基線陣，通過(guò)測(cè)量聲波在應(yīng)答器與基點(diǎn) (接收器接收器)之間的傳播時(shí)間來(lái)確定斜距，通過(guò)測(cè)相之間的傳播時(shí)間來(lái)確定斜距，通過(guò)測(cè)相 技術(shù)來(lái)確定方位，進(jìn)而推算出應(yīng)答器的坐標(biāo)。技術(shù)來(lái)確定方位，進(jìn)而推算出應(yīng)答器的坐標(biāo)。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 2.2.短基線定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，便于操作，不需要組建水下是系統(tǒng)組

46、成簡(jiǎn)單，便于操作，不需要組建水下 基線陣，測(cè)距精度高基線陣，測(cè)距精度高 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是需要在船底布置是需要在船底布置3個(gè)以上的發(fā)射接收器，要求個(gè)以上的發(fā)射接收器，要求 具有良好的幾何圖形，這就對(duì)船只提出了更高的具有良好的幾何圖形，這就對(duì)船只提出了更高的 要求，在深水區(qū)為了達(dá)到更好的定位精度需要加要求，在深水區(qū)為了達(dá)到更好的定位精度需要加 大船底基線的長(zhǎng)度，整個(gè)系統(tǒng)需要做大量的校準(zhǔn)大船底基線的長(zhǎng)度，整個(gè)系統(tǒng)需要做大量的校準(zhǔn) 工作，絕對(duì)定位精度主要依賴(lài)于工作，絕對(duì)定位精度主要依賴(lài)于VRU，Gyro， DGPS等外圍傳感器。等外圍傳感器。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 2.2.短基線

47、定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng) 澳大利亞澳大利亞Nautrouix公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的NASDrill RS925型型 短基線定位系統(tǒng)抗干擾能力特別強(qiáng)，在傳輸距離短基線定位系統(tǒng)抗干擾能力特別強(qiáng)，在傳輸距離 和測(cè)量精度方而具有更優(yōu)的性能，該產(chǎn)品己經(jīng)與和測(cè)量精度方而具有更優(yōu)的性能，該產(chǎn)品己經(jīng)與 多套動(dòng)力定位系統(tǒng)組成聯(lián)合系統(tǒng)應(yīng)用于深海測(cè)量多套動(dòng)力定位系統(tǒng)組成聯(lián)合系統(tǒng)應(yīng)用于深海測(cè)量 和生產(chǎn)項(xiàng)目。和生產(chǎn)項(xiàng)目。 NASDrill RS925系統(tǒng)能夠在全海深范圍工作，在工系統(tǒng)能夠在全海深范圍工作，在工 作范圍作范圍3500m以?xún)?nèi)可以達(dá)到優(yōu)于以?xún)?nèi)可以達(dá)到優(yōu)于2.5m的定位精度。的定位精度。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定

48、位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 3.3.超短基線定位系統(tǒng)超短基線定位系統(tǒng) 超短基線定位系統(tǒng)超短基線定位系統(tǒng)(USBL)與短基線定位系統(tǒng)一樣，定位基線與短基線定位系統(tǒng)一樣，定位基線 是是布置在船底布置在船底的，只是它的的，只是它的基線長(zhǎng)度更短基線長(zhǎng)度更短些，基點(diǎn)是集中些，基點(diǎn)是集中 做在一個(gè)陣列上的，同樣是通過(guò)測(cè)時(shí)、測(cè)相技術(shù)來(lái)確定應(yīng)做在一個(gè)陣列上的，同樣是通過(guò)測(cè)時(shí)、測(cè)相技術(shù)來(lái)確定應(yīng) 答器的空間位置，工作方式有答器的空間位置，工作方式有3種種:聲學(xué)應(yīng)答式、電觸發(fā)式、聲學(xué)應(yīng)答式、電觸發(fā)式、 pinger模式模式(應(yīng)答器與接收器通過(guò)同步鐘方式控制進(jìn)行工應(yīng)答器與接收器通過(guò)同步鐘方式控制進(jìn)行工 作作)。系統(tǒng)也需配有。系統(tǒng)也需配有VRU，Gyro，參考定位系統(tǒng)。整個(gè)系，參考定位系統(tǒng)。整個(gè)系 統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單，操作方便，不需要組建水下基線陣，測(cè)距統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單，操作方便，不需要組建水下基線陣，測(cè)距 精度高精度高 系統(tǒng)的主要系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)同樣是需要做大量的校準(zhǔn)工作，絕對(duì)定位精同樣是需要做大量的校準(zhǔn)工作，絕對(duì)定位精 度主要依賴(lài)于外圍傳感器度主要依賴(lài)于外圍傳感器VRU，Gyro，DGPS等。等。 2-3 2-3 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)水下聲學(xué)定位系統(tǒng) 3.3.超短基線定位系統(tǒng)超短基線定位系統(tǒng)