GPS報告在航海航空導航中的應用

1、GPS在航海航空導航中的應用在航海航空導航中的應用GPS在航海導航中的應用在航海導航中的應用l 衛(wèi)星技術用于海上導航可以追溯到衛(wèi)星技術用于海上導航可以追溯到60年代的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)年代的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)TRANSIT，但，但這種衛(wèi)星導航系統(tǒng)這種衛(wèi)星導航系統(tǒng) 最初設計主要服務于極區(qū)，不能連續(xù)導航，其定位的時間間最初設計主要服務于極區(qū)，不能連續(xù)導航，其定位的時間間隔隨緯度而變化。在南北緯度隔隨緯度而變化。在南北緯度 70度以上，平均定位間隔時間不超過度以上，平均定位間隔時間不超過30分鐘，但分鐘，但在赤道附近則需要在赤道附近則需要90分鐘；分鐘；l 80年代發(fā)射的第年代發(fā)射的第 二代和第三代

2、二代和第三代TRANSIT衛(wèi)星衛(wèi)星NAVARS和和OSCARS彌補了這種不彌補了這種不足，但仍需足，但仍需10至至15分鐘。此外分鐘。此外 采用的多仆勒測速技術也難以提高定位精度（需采用的多仆勒測速技術也難以提高定位精度（需要準確知道船舶的速度），主要用于要準確知道船舶的速度），主要用于 2維導航。維導航。l GPS系統(tǒng)的出現(xiàn)克服了系統(tǒng)的出現(xiàn)克服了TRANSIT系統(tǒng)的局限性，不僅精度高、可連續(xù)導航、有系統(tǒng)的局限性，不僅精度高、可連續(xù)導航、有很強的抗干擾能力；很強的抗干擾能力； 而且能提供七維的時空位置速度信息。在最初的實驗性導而且能提供七維的時空位置速度信息。在最初的實驗性導航設備測試中，航設

3、備測試中，GPS就展示了其能代替就展示了其能代替 TRANSIT和路基無線電導航系統(tǒng)，在航和路基無線電導航系統(tǒng)，在航海導航中發(fā)揮劃時代的作用。今天很難想象哪一條船舶海導航中發(fā)揮劃時代的作用。今天很難想象哪一條船舶 不裝備不裝備GPS導航系統(tǒng)和導航系統(tǒng)和設備，航海應用已名副其實成為設備，航海應用已名副其實成為GPS導航應用的最大用戶，這是其他導航應用的最大用戶，這是其他 任何領域任何領域的用戶都難以比擬的。的用戶都難以比擬的。天津市智能信號與圖像處理重點實驗室天津市智能信號與圖像處理重點實驗室GPS航海導航用戶繁多，其分類標準也各不相同，若按照航航海導航用戶繁多，其分類標準也各不相同，若按照航路

4、類型劃分、路類型劃分、GPS航海導航可以分為五大類：航海導航可以分為五大類：l 遠洋導航遠洋導航l 海岸導航海岸導航l 港口導航港口導航l 內(nèi)河導航內(nèi)河導航l 湖泊導航湖泊導航天津市智能信號與圖像處理重點實驗室天津市智能信號與圖像處理重點實驗室GPS在航海導航中的應用在航海導航中的應用天津市智能信號與圖像處理重點實驗室天津市智能信號與圖像處理重點實驗室 按照導航系統(tǒng)的功能劃分大致有按照導航系統(tǒng)的功能劃分大致有以下幾類以下幾類：l自主導航：自主導航：向用戶提供向用戶提供位置、航速、航向和時間信息位置、航速、航向和時間信息，也可包括海圖航，也可包括海圖航跡顯示，跡顯示，不需通信系統(tǒng)不需通信系統(tǒng)。

5、適應于任何海面、湖面和內(nèi)河上航行的船舶，適應于任何海面、湖面和內(nèi)河上航行的船舶，從大型遠洋貨輪到私人游艇。從大型遠洋貨輪到私人游艇。l港口管理和進港引導：港口管理和進港引導：該系統(tǒng)需要該系統(tǒng)需要雙向數(shù)據(jù)雙向數(shù)據(jù)/話音通信話音通信，對導航系統(tǒng)，對導航系統(tǒng)的精度要求高，的精度要求高， 要采用差分要采用差分GPS和其他增強技術。和其他增強技術。l航路交通管理系統(tǒng)：航路交通管理系統(tǒng)：這類系統(tǒng)與這類系統(tǒng)與2類似，但主要用于近海和內(nèi)陸河航類似，但主要用于近海和內(nèi)陸河航路上的船舶導航和管理，通常需要衛(wèi)星通訊路上的船舶導航和管理，通常需要衛(wèi)星通訊 系統(tǒng)支持。系統(tǒng)支持。l跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)：跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)：有些系統(tǒng)需要

6、給出導航參量和雙向數(shù)據(jù)有些系統(tǒng)需要給出導航參量和雙向數(shù)據(jù)/話音通訊，如話音通訊，如緝私艇。而有時則不需要給出緝私艇。而有時則不需要給出 導航參量，如用于私人游艇防盜，僅需要導航參量，如用于私人游艇防盜，僅需要單向數(shù)據(jù)通訊。單向數(shù)據(jù)通訊。l緊急救援系統(tǒng)：緊急救援系統(tǒng)：需要雙向數(shù)據(jù)需要雙向數(shù)據(jù)/話音通信，要求話音通信，要求 響應時間快、定位精度響應時間快、定位精度高。高。lGPS/聲納組合用于水下機器人導航：聲納組合用于水下機器人導航：如可用于遠洋捕撈，如可用于遠洋捕撈， 漁船作漁船作業(yè)引導。業(yè)引導。天津市智能信號與圖像處理重點實驗室天津市智能信號與圖像處理重點實驗室所采用的導航技術主要有：所采用

7、的導航技術主要有： lGPS（GNSS）l聲納技術聲納技術lINSl航海圖航海圖l無線電導航技術無線電導航技術l圖象匹配技術圖象匹配技術 所采用通信技術主要有：所采用通信技術主要有：lFM和和TV副載波單向數(shù)據(jù)副載波單向數(shù)據(jù)/話音通信話音通信l信標臺網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)通信信標臺網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)通信l集群通信集群通信l蜂窩通信蜂窩通信l陸基移動數(shù)字通信陸基移動數(shù)字通信l衛(wèi)星移動通信衛(wèi)星移動通信l流量余跡通信等流量余跡通信等 GPS航空導航應用航空導航應用l 盡管從純技術革新和進步的意義上講，第一代盡管從純技術革新和進步的意義上講，第一代TRANSIT衛(wèi)星導航系統(tǒng)開創(chuàng)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)開創(chuàng)了 導航技術的新紀元。導航

8、技術的新紀元。但但TRANSIT并未在航空導航領域得到應用，衛(wèi)星導并未在航空導航領域得到應用，衛(wèi)星導航技術航技術 真正用于航空導航可以說是始于真正用于航空導航可以說是始于GPS系統(tǒng)。系統(tǒng)。70年代初期，當年代初期，當GPS計劃計劃 正在醞釀和方案論證階段，有正在醞釀和方案論證階段，有人就提出用有限的人就提出用有限的GPS衛(wèi)星和高度表組合實現(xiàn)飛機導衛(wèi)星和高度表組合實現(xiàn)飛機導航、航、 進場和起飛，并進行了大量的仿真研究。進場和起飛，并進行了大量的仿真研究。l GPS和一種接收機自主完善性監(jiān)測（和一種接收機自主完善性監(jiān)測（RAIM）的技術以）的技術以及廣域增強系統(tǒng)能滿足洋區(qū)航路對及廣域增強系統(tǒng)能滿足

9、洋區(qū)航路對GPS的導航精度、完的導航精度、完善性善性 和可用性的要求，而且精度也能滿足大陸空域航和可用性的要求，而且精度也能滿足大陸空域航路的要求。路的要求。航路導航：航路導航：進場進場/著陸著陸包括非精密進場包括非精密進場/著陸、著陸、CAT-1、2、3類精密進場類精密進場/著陸。著陸。GPS及及其廣域增強系統(tǒng)完全其廣域增強系統(tǒng)完全 滿足非精密進場滿足非精密進場/著陸對清度、完善性和可著陸對清度、完善性和可用性的要求；再用局域偽距差分技術用性的要求；再用局域偽距差分技術/系統(tǒng)增強，系統(tǒng)增強， 能滿足能滿足CAT-1、2類精密進場的要求。目前實驗表明，采用載波相位差分技術，類精密進場的要求。目

10、前實驗表明，采用載波相位差分技術，精度可達到精度可達到 CAI-3b類的要求?？梢钥隙ǎ鞣N增強和組合系統(tǒng)類的要求?？梢钥隙?，各種增強和組合系統(tǒng)（如（如LAAS、WAAS、INS等）與等）與GPS將成為進場將成為進場/ 著陸的主要手著陸的主要手段，儀表著陸將最終被取代。由于段，儀表著陸將最終被取代。由于GPS著陸系統(tǒng)設備簡單、無著陸系統(tǒng)設備簡單、無需復雜的地面支持需復雜的地面支持 系統(tǒng)，它將適合于任何機場，包括私人機場系統(tǒng)，它將適合于任何機場，包括私人機場和山區(qū)機場。理論上，和山區(qū)機場。理論上，GPS著陸系統(tǒng)可以引導著陸系統(tǒng)可以引導 飛機沿著任意一飛機沿著任意一條飛行剖面和進場路徑著陸，這就增

11、強了各種機場著陸的靈活條飛行剖面和進場路徑著陸，這就增強了各種機場著陸的靈活性和盲降能力。性和盲降能力。場面監(jiān)視和管理場面監(jiān)視和管理l包括終端飛行管理和機場場面監(jiān)視包括終端飛行管理和機場場面監(jiān)視/管理。管理。場面監(jiān)視和管理的目的就是場面監(jiān)視和管理的目的就是 要減少起飛和要減少起飛和進場滯留時間，監(jiān)視和調(diào)度機場的飛機、進場滯留時間，監(jiān)視和調(diào)度機場的飛機、車輛和人員，最大效率地利用終端車輛和人員，最大效率地利用終端 空間和空間和機場，以保證飛行安全。機場，以保證飛行安全。GPS、數(shù)字地圖、數(shù)字地圖和數(shù)字通信鏈為開發(fā)先進的場面導航、通和數(shù)字通信鏈為開發(fā)先進的場面導航、通信和信和 監(jiān)視系統(tǒng)提供了全新的

12、技術，可以確監(jiān)視系統(tǒng)提供了全新的技術，可以確信基于信基于GPS/數(shù)字地圖的場面監(jiān)視和管理將數(shù)字地圖的場面監(jiān)視和管理將為機場帶來很大為機場帶來很大 效益。效益。航路監(jiān)視航路監(jiān)視l目前的監(jiān)視是一種非相關監(jiān)視系統(tǒng)，主要是目前的監(jiān)視是一種非相關監(jiān)視系統(tǒng)，主要是利用各種雷達系統(tǒng)，可以和機載利用各種雷達系統(tǒng)，可以和機載 導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)互成備份。互成備份。GPS和航空移動衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn)和航空移動衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn) ，將改變這種傳統(tǒng)的監(jiān)視方法，機載，將改變這種傳統(tǒng)的監(jiān)視方法，機載GPS導導航系統(tǒng)通過通信自動報告自己的位置這種航系統(tǒng)通過通信自動報告自己的位置這種“自動自動 相關監(jiān)視系統(tǒng)相關監(jiān)視系統(tǒng)ADS” 飛行試

13、驗與測試飛行試驗與測試l在新機型、新機載設備、機載武器系統(tǒng)在新機型、新機載設備、機載武器系統(tǒng)或地面服務系統(tǒng)設計、定型、測試中，或地面服務系統(tǒng)設計、定型、測試中， 基于基于GPS的飛行狀態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)或可的飛行狀態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)或可作為基準，可比較的輔助設備將使飛行作為基準，可比較的輔助設備將使飛行試驗及數(shù)據(jù)試驗及數(shù)據(jù) 處理和飛行測試變的簡單和處理和飛行測試變的簡單和節(jié)省開支。節(jié)省開支。 特種飛機的應用特種飛機的應用l航空母艦上飛機著艦航空母艦上飛機著艦/起飛導引系統(tǒng)，直升機起飛導引系統(tǒng)，直升機臨時起降導引、軍用飛機的編隊、臨時起降導引、軍用飛機的編隊、 突防、空突防、空中加油、空中搜索與救援等。

14、中加油、空中搜索與救援等。 航測航測l除了一般飛機要求的導航、起降功能外，用于除了一般飛機要求的導航、起降功能外，用于航測的飛機還需要提供記載測量航測的飛機還需要提供記載測量 或攝影設備或攝影設備的位置及時信息交聯(lián)、數(shù)據(jù)記錄及事后處理。的位置及時信息交聯(lián)、數(shù)據(jù)記錄及事后處理。其他應用其他應用l 如飛行訓練、校驗如飛行訓練、校驗ILS系統(tǒng)等。盡管在目前的系統(tǒng)等。盡管在目前的DGPS進場進場/著陸演示飛行中，大都用著陸演示飛行中，大都用 ITS作為基準系統(tǒng)來作為基準系統(tǒng)來評估評估DGPS著陸系統(tǒng)的能力，但事實上，著陸系統(tǒng)的能力，但事實上，DGPS的精的精度要優(yōu)于度要優(yōu)于ILS系統(tǒng)。在系統(tǒng)。在 ILS沒有關閉之前，用沒有關閉之前，用DGPS