衛星定位與導航技術(shù)

定位與導航技術(shù)是涉及自動(dòng)控制、計算機、微電子學(xué)、光學(xué)、力學(xué)以及數學(xué)等多學(xué)科的高技術(shù)，是實(shí)現飛行器特別是航天器飛行任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是武器精確制導的核心技術(shù)，這對于提高航空器、航天器以及武器裝備的機動(dòng)性、反應速度和遠程精確打擊能力具有重要意義，在海、陸、空、天等現代高技術(shù)武器及武器平臺中得到廣泛的應用。

按照定位導航的方式可分成：衛星定位導航、自主式導航、組合導航以及無(wú)源導航。

1）衛星導航系統

世界上現有衛星導航系統有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS以及歐洲GALILEO衛星系統（將要建立）。這樣，俄羅斯的GLONASS的建立以及將要建立的GALILEO打破了美國對衛星導航的獨家經(jīng)營(yíng)的局面，降低了美國政府利用GPS施以主權威懾給用戶(hù)帶來(lái)的后顧之憂(yōu)。

（1）全球定位系統（GPS）

GPS是美國國防部為軍事目的建立的，旨在徹底解決海上、空中和陸地運載工具的導航和定位問(wèn)題，全部24顆導航衛星（21顆工作衛星和3顆備用衛星）系統已經(jīng)建成。GPS采用碼分多址（CDMA），定位精度通常15m左右，主要應用于單點(diǎn)導航定位與相對測地定位，具有全天候、定位迅速、精度高、可連續提供三維位置(緯度、經(jīng)度和高度)、三維速度和時(shí)間信息等一系列優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現全球導航定位的高新技術(shù)。通常GPS接收機接收到四顆衛星的信號就能夠確定移動(dòng)載體的方位，是當前移動(dòng)目標導航定位的主流。1992年GPS正式向全世界開(kāi)放，1994年在中國市場(chǎng)開(kāi)始得到應用。GPS以精確位置與定時(shí)信息，已成為支持世界范圍各種民用、科研和商業(yè)活動(dòng)的一種資源。

（2）全球衛星導航系統（GLONASS）

GLONASS是前蘇聯(lián)研制并為俄羅斯繼續發(fā)展的全球衛星導航系統，其組成和功能與美國的GPS相類(lèi)似，可用于陸、海、空等各類(lèi)用戶(hù)的定位、測速及精密定時(shí)等。目前已完成了24顆工作衛星加一顆備用衛星空間星座布局，每天24小時(shí)每時(shí)刻各地的用戶(hù)可見(jiàn)5～8顆衛星。衛星識別采用頻分多址（FDMA），24顆衛星各占一個(gè)頻率，現已向全世界開(kāi)放。

（3）衛星導航系統（GNSS）

GNSS是由GPS/GLONASS/INTMARSAT組合而成的，目前正在發(fā)展的導航系統，其中INTMARSAT是國際海事衛星組織的簡(jiǎn)稱(chēng)。該組織計劃通過(guò)所屬的通信衛星轉發(fā)GPS/GLONASS導航信息，為全球用戶(hù)提供服務(wù)。由于GNSS綜合了GPS和GLONASS的衛星信號，增加了整個(gè)系統可視衛星的數目，改善了衛星幾何位置配置，可在任何地方有較大高度角的衛星提供選擇，這樣GNSS比GPS（或GLONASS）有更高的定位精度和更好的完整性狀態(tài)。因此，GNSS具有很強的互補作用，在同等組合方式下，運用先進(jìn)的組合導航技術(shù)，以GNSS與其它導航技術(shù)的組合導航將比GPS（或GLONASS）與其它導航技術(shù)組合有更高的精度和可靠性。

（4）歐洲GALILEO衛星

歐洲為了滿(mǎn)足本地區導航定位的需求，計劃開(kāi)發(fā)針對GPS和GLONASS的廣域星基增強系統（EGNOS），包括地面設施和空間衛星，以提高GPS和GLONASS系統的精度、完備性和可用性。同時(shí)，為了打破目前世界美、俄全球定位系統在這一領(lǐng)域的壟斷，歐洲決定啟伽利略計劃，建立自主的民用全球衛星定位系統（GALILEO）。EGNOS將是歐洲GALILEO計劃的第一階段，也是GALILEO計劃的基礎，并將在2002年達到初始運行能力，2007年以前到全球運行能力。GALILEO系統將建成全球性的定位和導航系統，它由星座部分、有效載荷、地面監控系統以及區域控制部分組成。

GALILEO系統將成為獨立性、全球性、歐洲人控制的，以衛星為基礎的民用導航和定位系統。其總的戰略意圖是：（1）建立一個(gè)高效的民用導航及定位系統；（2）使之具備歐洲乃至世界運輸業(yè)可以信賴(lài)的高度安全性，并確保任何未來(lái)系統安全置于歐洲人的控制之下；（3）該系統的實(shí)施將為歐洲工業(yè)進(jìn)軍正在興起的衛星導航市場(chǎng)的各個(gè)方面提供一個(gè)良好的機會(huì )，使他們能夠站在一個(gè)合理的基礎上公平競爭。

2）自主導航系統

隨著(zhù)武器性能的不斷提高，軍事戰略思想也在不斷地發(fā)展，武器系統對導航技術(shù)提出更高的技術(shù)要求，自主導航技術(shù)、無(wú)源導航技術(shù)適應軍事戰略和武器系統的新要求發(fā)展起來(lái)的。自主導航技術(shù)、無(wú)源導航技術(shù)是航行器或武器系統在不依賴(lài)于外部信息的條件下實(shí)現精確導航的關(guān)鍵技術(shù)，它大大提高了航行器或武器系統的機動(dòng)性、隱蔽性、強干擾性和生存能力。自主式導航定位系統是利用導航的慣性原理，利用距離傳感器、方向傳感器等傳感器測量運動(dòng)載體的位移和航向信息，由此解算出移動(dòng)載體的位置。航跡推算DR（Dead Reckoning）是自主式導航定位系統的典型代表（主要用于車(chē)輛導航）；

（1）慣性導航系統INS（Inertial Navigation System）

INS主要是由慣性測量裝置（加速度計和陀螺儀）、計算機和穩定平臺（捷聯(lián)式為數學(xué)平臺）組成。由陀螺和加速度計測量運動(dòng)載體相對于慣性空間的角速度和線(xiàn)加速度，通過(guò)計算機夾雜導航解算，從而獲得運動(dòng)載體相對某一基準的導航參數。INS具有在高速率下捕捉數據的能力，且精度很高，但是如果時(shí)間較長(cháng)，精度則降低。為提高絕對精度，就需要增加別的傳感器作為輔助。

（2）航跡推算定位DR（Dead Reckoning）

DR包括羅盤(pán)儀、速率儀、里程儀、轉速計。這些傳感設備能夠測量出正在行駛的車(chē)輛的旅行距離、速度和方位，在短時(shí)間內這些傳感器的精度較高，但對于長(cháng)時(shí)間得采取措施以避免累積誤差。

3)組合導航系統

雖然GNSS是當前最先進(jìn)的具有全球、全天候、高精度、實(shí)時(shí)定位等優(yōu)點(diǎn)的衛星導航定位系統，但是其動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力較差。INS具有自主導航能力，不需要任何外界電磁信號就可以獨立給出載體的姿態(tài)、速度和位置信息，抗外界干擾能力強。但是INS定位誤差隨時(shí)間的延續不斷增大，即誤差積累、漂移大。GNSS/INS組合能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)、克服缺點(diǎn)，實(shí)現在高動(dòng)態(tài)和強電子干擾的環(huán)境下實(shí)時(shí)、高精度的導航定位。因此，GNSS/INS組合導航定位系統具有廣泛的應用前景，特別是航空、航天導航和武器制導等方面，具有非常重要的作用。組合式導航定位系統通常利用GNSS、DR、INS以及數字地圖GIS或者其它技術(shù)等相互組合而成。根據目前國際科技發(fā)展水平，全球范圍內現有的組合導航定位技術(shù)主要有:GNSS/INS、GNSS/INS/GIS。

4〕無(wú)源導航系統

無(wú)源導航技術(shù)----地形匹配導航、重力場(chǎng)匹配導航以及磁場(chǎng)匹配導航是當代導航的一個(gè)重要發(fā)展方向。由于地形匹配、重力匹配、磁匹配輔助導航系統不依賴(lài)于目前僅由少數國家掌握的衛星導航系統GNSS（GPS/GLONASS），并具有高度自主性、隱蔽性、抗干擾性和高精度等諸多優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足軍事各種導航定位要求，引起了導航界及軍方的普遍關(guān)注和高度重視，已成隱蔽性運動(dòng)載體無(wú)源導航的重要手段?，F在國際上普遍采用是：INS/地形匹配、INS/重力匹配、INS/磁場(chǎng)匹配以及它們的組合導航定位。這種技術(shù)主要用于航海和航天領(lǐng)域。