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)生來(lái)說(shuō)，定位就是測(cè)量和

2、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、運(yùn)載武器，通常是指運(yùn)載工具如飛船、飛機(jī)、船舶、汽車、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分。部分。船舶導(dǎo)航與通訊設(shè)備主

3、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)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

4、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。兩類。（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。

5、 （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

6、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)用新型專利(專利號(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

7、. 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

8、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。兩類。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

9、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、

10、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

11、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

12、，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

13、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)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

14、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

15、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。這類定位儀有勞蘭、臺(tái)卡和奧米加系所以應(yīng)用更廣。這類定位儀有勞蘭、臺(tái)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

16、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

17、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

18、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

19、衛(wèi)星軌道糾正等。行必要的衛(wèi)星軌道糾正等。 用戶部分用戶部分：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)算確定用戶的最終信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算確定用戶的最終位置。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)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)稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱為統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱為Global Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱為為GNSS。 q實(shí)際系統(tǒng)實(shí)際系統(tǒng) 美國(guó)的全球衛(wèi)星定

20、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)

21、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 用戶部分用戶部分 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)各種類型的各種類型的 GPS 用戶接收機(jī)用戶接收機(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

22、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)?？紤]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、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

23、 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)期間開始顯露出的年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間開始顯露出的巨大戰(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GPS12 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年代初開始建設(shè)的與美國(guó)年代初開始建設(shè)的與美國(guó)GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在

24、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)類似于體結(jié)構(gòu)類似于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)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 用戶設(shè)備用戶設(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)

25、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、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，俄再度開始對(duì)年，俄再度開始對(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

26、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)錢的情米，能讓現(xiàn)役武器在不用花大價(jià)錢的情況下把威力提高一個(gè)等級(jí)。況下把威力提高一個(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。俄羅斯軍事專家亞歷山大大縮小。俄羅斯軍事專家亞歷山大戈?duì)柛隊(duì)柎囊虼税汛囊虼税选案衤寮{斯格洛納斯”系統(tǒng)稱為系統(tǒng)稱為“除核武除核武器之外，前蘇聯(lián)留給俄羅

27、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、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)

28、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、樹木和其它遮擋物時(shí)，據(jù)。但如果在靠近高山、建筑物、樹木和其它遮擋物時(shí)，GPS 可見星的數(shù)目可見星的數(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)不能給出用戶位置。將接收機(jī)不能給出用戶位置。將 GLONASS 與與 GPS 組合，則有組合，則有48 顆衛(wèi)星提供給用戶，從而大大提高導(dǎo)航系統(tǒng)顆衛(wèi)星提供給用戶，從而大大提高導(dǎo)航系統(tǒng)的有效性。的有效

29、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)給用戶提供報(bào)警信息。更高完整性即導(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 顆以上的可見星。在顆以上的可見星。在 GNSS 中，用戶能得到比單獨(dú)中，用戶能得到比單獨(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 51

30、0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?？膳c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

31、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 系統(tǒng)星座系統(tǒng)星座 二

32、、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)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”則可找到車庫(kù)門。則可找到車庫(kù)門?！百だ再だ浴睘榈孛嬗脩籼峁榈孛嬗脩籼峁?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

33、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?/p>

34、系統(tǒng)。計(jì)劃星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(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、地面中心站和用戶終端三部分組成。具有心站和用戶終端三部分組成。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555,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

35、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)2011年年12月月27日起，開始向中國(guó)及日起，開始向中國(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，在向全世界提供的

36、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)，用戶數(shù)量沒有限制，且與戶數(shù)量沒有限制，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)我國(guó)自主研制的我國(guó)自主研制的“北斗一號(hào)北

37、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

38、: 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種類型種類型: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 Base Line)、3.超短基線定位系統(tǒng)超短基線定位系統(tǒng)(Ultra S

39、hort Base Line)，定位系統(tǒng)的劃分依據(jù)見表。定位系統(tǒng)的劃分依據(jù)見表。二、聲學(xué)定位系統(tǒng)的二、聲學(xué)定位系統(tǒng)的分類分類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)

40、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，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

41、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

42、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

43、-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.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

44、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

45、，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)定位精度主要依賴于工作，絕對(duì)定位精度主要依賴于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

46、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以內(nèi)可以達(dá)到優(yōu)于以內(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

47、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)定位精度主要依賴于外圍傳感器度主要依賴于外圍傳感器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)法國(guó)法國(guó)