系统导航（共12篇）
系统导航 篇1
一、卫星导航系统对于民航业发展的意义
在卫星导航定位系统出现之后, 在各个领域之中都得到了广泛的使用, 成为社会发展的重要工具, 在民航业的发展也有着十分重要的作用, 可以说, 卫星导航系统的应用让航空业得到了革命性发展。在2005年之后, 为了满需航空业的发展, 美国、欧盟以及国际民航组织退出了新一代航空运输系统实施工作, 取得了良好的成效。
卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空业摆脱了对传统导航的依赖, 有效解决了地理条件恶劣、荒漠位置的导航问题, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。卫星导航系统的广泛应用可以提升导航工作的精确性, 在这一背景之下, 又衍生出了ADS监视技术, 该种基础可以实现飞机与飞机之间、飞机与地面之间的协同监视, 不仅有效提升航空业管制能力, 还可以最大限度的保障飞行安全。
总之, 卫星导航系统已经成为了航空系统的核心。
二、二代卫星导航系统对于我国民航的发展作用
我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 基于这一背景, 必须要建立起新型空管系统。为了实现这一目的, 需要大范围推广二代卫星导航系统, 就现阶段来看, 可以使用的有美国GPS系统、欧洲伽利略系统与俄罗斯GLONASS系统, 这些系统的应用还有一些风险, 而应用我国自主建设的第二代卫星导航系统就可以有效解决以上的安全顾虑。
中国第二代卫星导航系统是我国自主研发的新型定位系统, 这一系统可以实现定时、高精度、高动态定位, 有着良好的应用前景。但是, 在市场认可度、导航性能、配套产品上, 与美国、俄罗斯、欧盟还存在一些差异, 同时, 这一技术的发展也必然会受到竞争对手的影响。为了保障我国二代卫星导航系统可以得到顺利的使用, 必须要站在国家战略性角度进行思考, 考虑到国际环境的变化, 找准发展方向、明确发展政策, 让二代卫星导航系统可以充分的发挥出作用。
三、我国二代卫星导航系统与民航卫星导航的应用建议
3.1设置好目标
为了让二代卫星导航系统可以得到顺利的应用, 必须要致力于提升导航系统的安全性、导航精度以及可靠性, 并采取科学合理的措施解决卫星导航系统存在的法律责任与安全性问题, 从国际角度上提升我国二代卫星导航系统的地位。
3.2需要考虑的问题
3.2.1空间信号接口
为了有效推广二代卫星导航系统的使用, 需要对其空间信号接口进行科学的定义, 让接口标准化, 具体的接口内容包括系统的精度、系统可靠性、射频特征、坐标系统、电文信息等等。
3.2.2时间与坐标基准
二代卫星导航系统的发展需要科学的时间与坐标基准, 要想在民航业得到广泛的使用, 需要使用统一的时间与坐标基准, 给出具体的坐标偏差。
3.2.3国际标准
二代二星导航系统不仅需要为我国的民航业服务, 还需要为国外民航业服务, 因此, 其信号、星座与频率同需要符合国际组织的相关标准, 根据国际惯例的规定, 卫星导航系统的相关标准被国际接受需要花费三年到五年的时间, 如果计划在2020年投入使用, 那么至少需要提前五年提出申请。
3.2.4技术资料的公开
我国民航系统使用的客机有空中客车飞机、波音系列飞机, 其中大部分都有GPS能力, 要让二代卫星导航系统成为标准配置, 需要将部分必须技术资料公开, 允许国际厂家进行开发, 促进我国二代卫星导航系统的发展。
3.2.5系统兼容性
在二代卫星导航系统应用之后, 必然会出现多个卫星导航系统的共存问题, 这些系统能够提供不同的导航频率, 但是, 民航系统是十分脆弱的, 不能够依靠单独的导航系统, 必须要使用多卫星导航系统来提升其故障监测水平与定位精度。
四、结语
总而言之, 在未来阶段下, 需要在相关部门指导下深入研究二代卫星导航系统中存在的问题, 充分利用技术手段与宣传手段加强与其他国家的合作, 参与到标准化组织中, 让我国二代卫星导航系统可以得到顺利的推广。
摘要：卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 为此, 必须要研究与推广二代卫星导航系统, 本文主要分析卫星导航系统对于民航业发展的意义以及二代卫星导航系统与民航卫星导航应用方式。
关键词：代卫星导航系统,民航卫星导航,应用
参考文献
[1]李中良, 李卫民.卫星导航接收机芯片核心技术与发展趋势的分析[J].中国科技信息.2010 (03)
[2]连远锋, 赵剡, 吴发林.北斗二代卫星导航系统全球可用性分析[J].电子测量技术.2010 (02)
[3]郑雅丹, 董明科, 程宇新, 吴建军.卫星在新一代航空管理系统中的应用[A].第七届卫星通信新技术、新业务学术年会论文集[C].2011
[4]连远锋, 赵剡, 吴发林.北斗二代卫星导航系统全球可用性分析[J].电子测量技术.2010 (02)
系统导航 篇2
2009年4月15日零点16分,春夜中的中华大地一片静谧.长征三号丙运载火箭托举着北斗星导航系统首颗地球静止轨道卫星从大凉山深处腾空而起,在我国东南地区上空划出了一道美丽的轨迹.
作 者：陈全育 作者单位： 刊 名：太空探索 英文刊名：SPACE EXPLORATION 年，卷(期)：2009 “”(5) 分类号： 关键词：★ 我国环境-1 A、1B卫星成功发射
★ 导航卫星有效载荷的仿真技术研究
★ 基于图像位移的低轨卫星自主导航技术
★ 绕月探测工程的发射场系统-西昌卫星发射中心
手机导航系统 篇3
(1)图组：手持或车载的GPS导航仪就是最常见的应用
手机导航系统是通过两个部分来实现的，一个是GPS接收器;另一个就是一部智能手机，用户只要把一个存储卡插进自己的智能手机插槽就可以了。
手机导航系统通过GPS接收器接收到卫星定位数据，再通过蓝牙传送到手机，经过手机GPS导航软件处理，用户就可以用手机实现导航。
用户打开手机上的GPS导航软件，输入目的地名称按导航键，手机导航系统就可以向用户提供详尽的车道信息，帮助驾驶者在繁忙的道路上选择最佳车道，而且还会向用户提供全新自动显示的前方转向警示，这些都会在手机屏幕上显示出来。虽然相对于车载GPS导航系统来说，手机导航有着屏幕小的弊端，然而它却通过全程语音系统弥补了这一缺点，用户完全可以按语音提示行驶（图2）。值得一提的是用户可以选择驾驶指令的语言，其中包括英语、普通话、广东话或闽南话等，另外如果错过了转弯，GPS导航软件会自动重新计算路径，让用户尽快到达目的地。
(2)手机导航系统语音提示:“顺道路行驶，300米后右转”
手机导航系统还能帮用户很方便地找到酒店、餐馆、银行、加油站等需要的信息并进行导航。如果你是个步行爱好者，手机导航系统还专门设置了行人模式。你想去最近的银行或是想去附近的电影院，按照手机的语音提示走一定不会错。现在人们的移动性越来越高，只要你的手机可以全球漫游就可以实现全球导航。
在不远的将来，手机导航系统会被越来越多的人所应用，人们将体会到导航的便利和乐趣（图3）。
系统导航 篇4
北斗卫星导航系统 (Bei Dou) 是我过正在实施的自主、独立的卫星导航系统。该系统于2011年12月27日开始试运行服务, 预计到2020年, 北斗卫星导航系统将实现全球覆盖。届时, 该北斗可在全世界范围内为各种用户全天时、全天候地提供高可靠、高精度的导航、定位、授时和短报文通信服务。
GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统) 的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目, 1964年投入使用。20世纪70年代, 美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务, 并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的, 经过20余年的研究实验, 耗资300亿美元, 到1994年, 全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星系统己布设完成。
二、北斗与GPS导航系统的比较
(一) 系统组成的比较
GPS系统由空间部分、地面控制系统、用户设备三部分组成, GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成, 还有另外3颗有源备份卫星在轨运行;地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线所组成;用户设备部分即GPS信号接收机。
(二) 定位原理的比较
“北斗一号”导航系统是主动式双向测距的二维导航, 由地面的中心站解算出位置后再通过卫星转发给用户, 用户接收并显示接收到的信息。GPS是被动式单向测距三维导航, 只需要接收4个卫星的位置信息, 由用户设备独立运算出自己的定位数据。“北斗二号”在“北斗一号”的基础上加以升级改进, 该系统采用卫星无线电测定 (RDSS) 与卫星无线电导航 (RNSS) 集成体制, 既能像GPS系统一样为用户提供卫星无线电导航服务, 又具有位置报告及短报文通信功能。
(三) 星体轨道比较
北斗导航系统 (Bei Dou) 是在赤道面上设置两颗地球同步卫星, 卫星的赤道角距为60;而GPS系统共有24颗卫星, 分布在六个轨道面上, 轨道角55度, 轨道面赤道角距为60。其高度约为20000km, 属于中轨道卫星, 绕地球一周约11小时58分钟。
(四) 覆盖范围的比较
北斗导航系统目前是区域性卫星导航系统, 其服务范围包括我国大陆、台湾、南沙及其它岛屿, 中国海、日本海、太平洋部分海域及我国部分周边地区。而GPS是全球性导航定位系统, 在全球的任何点位, 只要卫星信号未被遮蔽或干扰, 就能够接收并运算出三维坐标。
(五) 系统实时性的比较
“北斗一号”的用户, 定位申请要送回中心控制系统, 在中心控制系统解算出用户的三维位置数据后再发回用户, 其间数据要经过地球的静止卫星走一个来回, 再加上卫星转发和中心控制系统的处理, 时间延迟相对较长, 因此, 对于高速运动物体, 就增大了定位的误差。较适合车辆、船舶等慢速运动进行确定位。“北斗二号”及GPS由于是用户自己解算, 实时性比较高。
(六) 用户容量的比较
北斗导航系统 (Bei Dou) 是主动双向测距的询问——应答系统, 用户设备端与地球同步卫星之间不仅需要接收地面中心控制系统的询问信号, 还必须要求用户设备向同步卫星发射应答信号, 系统的用户容量取决于信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率等因素, 因此, 用户设备容量是有限的。GPS系统是单向测距, 发送的是广播信号, 用户设备端只要接收到导航卫星发出的导航电文即可进行测距与定位, 因此, GPS的用户设备容量是理论上是无限的。
三、应用优势分析
相比较而言, 北斗导航系统的应用具有以下优势:
(一) 同时具有定位和通信功能, 不需要其他的通信系统支持, 而GPS则没有通信功能。北斗不仅仅解决了“我在哪里”, 还解决“你在哪里”的问题, 还能高效快捷地实现“我”和“你”之间的信息报文传递。这一特有功能, 是各种导航系统在实践中用得最多最好、最受欢迎的创新优势。系统用户终端机具有双向报文通信功能, 用户一次可以传送40到60个汉字的短报文信息, 经过授权, 可实现最多120个字的通信。北斗的用户终端实际上是具有收发功能的, 北斗是一个具有定位和通信双重功能的设备。
(二) 目前的北斗终端机能够同时融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源, 因此也可利用GPS及其他导航系统资源, 使之应用更加丰富。
(三) 自主系统, 安全、可靠、稳定, 保密性强, 适合在关键部门应用。北斗卫星导航系统是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
四、结束语
北斗卫星导航系统 (Bei Dou) 是我国独立自主建立的卫星导航系统, 它的研制成功标志着我国打破美、俄在此领域的垄断地位, 更重要的是, 解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。“北斗二号”系列卫星逐步进入组网和试验高峰期, 预计将在2020年左右建成覆盖全球的卫星导航系统。北斗卫星导航系统的建成, 将使我国在卫星应用方面摆脱对国外卫星导航系统的依赖, 可提供精确定位、实时导航、简短通信和精密授时四大功能。北斗导航系统近年来得到大力发展和推广应用, 能为我国的军事、经济建设提供重要的使用价值。
摘要：目前, 大家接触最多的导航系统是美国的全球定位系统 (GPS) , 该系统在军事应用、商业应用、个人消费领域方面一直处于垄断地位。按照国家人防办部署和要求, 北斗导航也将列装到人防指挥系统当中, 届时, 基于北斗系统的人防指挥应急通信系统可为战时服务, 同时兼顾平时的应急救援提供保障和支持。可跟同级或上级的人防指挥部门建立人防指挥网, 实现上下统一的指挥调度功能。本文将重点进行北斗导航和GPS导航系统的比较及优势分析。
关键词：北斗,GPS,比较,优势
参考文献
[1]杨琰.北斗卫星导航系统与GPS全球定位系统简要对比分析[J].无线互联科技, 2013 (4) .
[2]王明晔, 袁凯.基于北斗系统与GPS系统性能的对比分析[J].无线互联科技, 2013 (1) .
[3]中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统[J].黑龙江科技信息, 2012 (12) .
[4]李俊锋."北斗"卫星导航定位系统与全球定位系统之比较分析[J].北京测绘, 2007 (1) .
系统导航 篇5
搜索功能的目的是帮助用户寻找到自己所需的信息，这与导航的目的其实是一样的，都是为了解决用户信息获取的需求，或者可以说搜索功能是对导航系统的一个补充，弥补因导航系统的限制而无法快速获取信息的问题，
导航系统的设计需要在深而窄及宽而泛之间取得一个平衡点，偏向于任何一端都会带来不良的影响，事实上这就是一种博弈的过程，是否胜利取决于设计师是否真正了解用户，
而不管导航系统如何在深而窄及宽而泛之间取得平衡点，必定会舍弃某些方面。
搜索系统则可以弥补导航系统在设计上的缺憾，可以帮助用户绕过导航快速到达目的地。这在结构复杂的网站中尤其重要。
然而搜索系统并非是所有网站的必配品，在网站中加入搜索系统意味着需要加大对网站的投入，而一个好的搜索系统需要的投入更是庞大。这些投入对那些结构简单信息单薄的企业网站是否值得，这些企业网站只需要一个设计良好的导航即能解决用户的信息获取需求，搜索系统只是个额外的装饰品。
在决定是否需要搜索系统之前，先试着重新审视导航系统的设计。
中国建设北斗卫星导航系统 篇6
目前已经在轨运行、投入使用的卫星导航定位系统主要有美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）和中国北斗卫星导航系统（NSS），即将投入使用的是欧盟和中国合作开发的伽利略卫星导航系统。此外，日本正致力于研制建造由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”（QZSS），该区域导航系统首颗卫星预计2009年发射。印度不仅正式加入了俄罗斯格洛纳斯系统和欧洲伽利略计划，2006年还宣布要研发一个印度区域卫星导航系统，在2011年之前使7颗卫星组成的星座就位。
美俄欧三大卫星导航系统概述
1、美国GPS系统
GPS系统是美国历时20年、耗资超过300亿美元建立的全球卫星导航系统。该系统由美国国防部从1973年开始实施，是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。据悉，GPS系统在1991年的海湾战争中首次得到实战应用，在随后的科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在民用方面，并对全世界免费开放。
现运行的GPS系统是一个全天侯、实时性的导航定位系统，其主体部分由分布在1.7万公里高空6个轨道上的24颗卫星和4颗备用卫星组成，这些卫星与地面支撑系统组成网络，用户的GPS接收机根据天线同时收到的4～8颗卫星的位置信息，应用差分定位原理，每隔1～3秒向用户播报一次其位置（经纬度）、速度、高度和时间信息，以供用户或用户的系统使用。但长期以来，美国为了垄断全球卫星导航市场，其GPS系统只对本国军方提供加密的精确定位信号（定位精度在3米以内），对包括其它国家在内的民间用户则提供加了干扰的低精度信号（定位精度在100米左右，即使滤掉干扰，其精度也只有10米左右），而且美国随时可以对免费GPS系统进行干扰。
为了应对其它卫星导航系统的竞争，有消息称，美国目前正在设计试验新的第二代GPS卫星改进系统，计划发射20颗卫星，使定位精度达到1毫米。
2、俄罗斯GLONASS系统
为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统。据称，俄罗斯1993年开始建立格洛纳斯系统，至2006年12月底，GLONASS系统在轨运行的GLONASS全球导航卫星已达17颗。按照计划，至2007年底，覆盖俄罗斯全境所需要的18颗卫星将全部入轨就位，届时，GLONASS系统将开始为俄罗斯境内用户提供全部服务。而到2009年年底前，该系统服务范围将拓展到全球，其主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。
GLONASS系统标准配置为24颗卫星。分析家指出，俄罗斯GLONASS系统是由军方负责研制和控制的军民两用卫星导航定位系统，虽然其定位精度比美国GPS系统、欧洲伽利略系统略低，但其抗干扰能力却是最强的。
据俄罗斯媒体报道，为了联合对抗美国GPS系统，俄罗斯将与欧盟在民用全球卫星导航系统领域合作，未来消费者只需要用一个设备就可以接收来自格洛纳斯系统和欧洲伽利略系统两个系统的信号。合作将使欧盟广阔的市场对俄罗斯打开大门，同时俄罗斯可在民用卫星定位产品的研发上借力于欧盟。
3、欧洲伽利略系统
在海湾战争、阿富汗战争和伊拉克战争期间，欧洲使用GPS系统时曾受到美国的限制，定位精度下降。基于欧洲的安全和欧洲的利益，欧盟预计投资36亿欧元，于2003年启动了伽利略卫星导航定位系统计划。中国于2003年加入伽利略计划，计划投资2亿欧元，并将参加卫星研发、用户服务等全部过程。中国既是参与者，也是拥有者。
“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。按计划，伽利略卫星导航定位系统将在2007年底建成，2008年投入使用。该系统由30颗在高度为24126公里、位于3个倾角为56°的轨道平面内运行的卫星（其中27颗卫星为工作卫星，3颗卫星为备用卫星）和2个地面控制中心组成，未来将为欧盟成员国及中国等国家的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者提供精度为1米的定位导航服务。
伽利略系统是欧洲自主、独立的全球第一个基于民用的及多模式卫星导航定位系统，它还能够和美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统实现多系统内的相互合作。全球的用户使用多制式的接收机，就可以采集各个系统的数据或者各系统数据的组合来实现定位导航的要求。与美国GPS系统相比，伽利略系统具有多方面的优势。其一，可为地面用户提供3种类型的信号供选择，其中包括免费信号、加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。其二，可以发送实时的高精度定位信息，这是现有的卫星导航系统所没有的。其三，能够保证在许多特殊情况下提供服务，如果失败也能在几秒钟内通知客户。其四，系统更先进，也更可靠，其最高定位精度比现在GPS系统高10倍，确定物体的误差范围在1米之内。
北斗卫星导航试验系统概况
为促进国民经济的发展，维护国家利益和国家安全，2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日，中国“长征3号甲”运载火箭先后在西昌卫星发射中心成功发射了3颗由中国空间技术研究院研制的北斗导航试验卫星，建立了具有中国自主知识产权的区域性卫星导航系统。其中北斗1号卫星（Beidou 1）及北斗2号卫星（Beidou 2）分别在140°E和80°E轨位上定点运行，北斗3号卫星（Beidou 3）作为备份星在110.5°E轨位上服役。
2002年，北斗卫星导航系统开始试运行，两年后全面对民用客户开放。几年来，北斗卫星导航试验系统工作稳定、状态良好，可在中国及周边地区的覆盖区域内任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度信息，并提供双向短报文通信和精密授时等服务。目前，该系统已在测绘、电信、水利、气象、煤炭、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、农业、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用，在民政、旅游、体育等行业也发挥了一定的效应，甚至一些行业试点已经逐步发展到行业推广。
专家指出，北斗卫星导航试验系统的成功应用，不仅产生了显著的经济效益和社会效益，也为我国即将建立的北斗全球卫星导航系统打下了坚实的基础。
建设北斗全球卫星导航系统
在中国政府发布的《2006年中国的航天》白皮书中，明确提出分步建立满足国家建设需求的北斗卫星导航系统，初步形成北斗卫星导航系统应用产业的发展目标。国家发改委、国防科工委、国家科技部和信息产业部为此制定了相关政策。
中国政府有关部门负责人2006年宣布，在北斗卫星导航试验系统的基础上，我国开始建设拥有自主知识产权的全球卫星导航系统———北斗卫星导航系统，这也是我国自主建立的第一代全球卫星导航系统。据介绍，正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。为此，在未来几年内，中国将陆续发射系列北斗导航卫星，并计划2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，同时进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。
据称，正在实施建设的北斗卫星导航系统，将主要用于国家经济建设，为我国的交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其它特殊行业提供高效的导航定位服务。而该系统与美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置在什么地方，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。
车辆监控导航系统 篇7
应用范围
1.专用车辆管理
用于金融、保险、物流、出租、公交等车辆的交通管理与监控调度;
2.交通信息服务
用于城市内各类车辆的交通诱导服务;
3.汽车黑匣子
能够采集记录汽车行驶的路线以及状态, 对于车辆特别是长途客、货运输车辆实施智能化管理。
技术特点
兼容多类不同的无线数据传输手段;内置嵌入式GIS-T;先进的路径规划与导航算法;先进的交通信息服务软件。
技术指标
中央处理器:时钟频率最高可达400 MHz;内存:标准内置32MSDRAM, 32MFLASH;磁盘存储:CF扩展槽, 标准配置32M存储卡;GPS定位传感器:并行12通道;初始定位时间:热启动小于10秒;冷启动小于30秒;定位精度:误差小于25 m RMS;速度精度:误差小于0.1 m/s;定位数据刷新频率:1Hz;最优路径规划时间:小于10秒;显示器 (可选配) :5"～7"TFT真彩色液晶显示器;分辨率320*240～640*480可选择;声音系统 (可选配) :内置8位立体声系统, 附带音频输出;电源:12VDC;储存温度:-25℃～70℃;工作温度:-10℃～55℃;主机功耗;小于5W;系统平均无故障时间:超过100 000小时。
此项技术属国内先进水平。
市场状况及市场预测及效益分析
车辆导航的发展和市场扩大随着日益增长的位置服务 (LBS) 需求和越来越低廉的卫星定位设备而急剧增长。以2000年为例, 车辆导航产品的产值为29亿美元, 约占GPS产品总值的35%左右。在日本, 1999年底装有导航系统的车辆持有量超过500万台。2000年日本的车载GPS导航仪产量达到200万套, 近些年来每年都以翻一番的速度往上增长。据权威机构预测, 全球至2005年车辆导航的产值达到50亿美元, 84%的新车均安装车辆导航设备。
合作方式
联合开发或技术服务。
单位:北京大学
地址:北京市海淀区颐和园路5号
邮编:100871
全球卫星导航系统 篇8
1 美国全球定位系统GPS
GPS拥有24颗导航卫星，使用码分多址的技术在两个频率广播测距码和导航数据。GPS的定位速度非常快而且精确度很高，还可以提供连续的速度和位置变化信息，这使它在导航系统中占据了相当重要的地位。
布局：21颗卫星（另外3颗备用）分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。定位精准度很高甚至达到毫米级，但对民用开放的精度只有10米。
GPS测量不需要测量站之间可视，这就使得测量工作的地址有更多的选择性，产生的费用也随之降低。随着现代科技的发展，自动控制技术的进步，某些观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。有的工作需要长时间连续工作，使用人工操作难度是相当大的，而使用GPS则可采用数据通讯方式，将收集到的信息直接传送到处理中心完全实现自动化。
WGS84坐标系统是为GPS的使用而建立的，现已成为使用最广范的基准标准系统，因而使用GPS测量得到的结果是相关联的。
2 俄罗斯“格洛纳斯”系统GLONASS
俄罗斯的GLONASS，作为导航系统其基本构成和功能都与GPS相似，可用于定位测速等。该系统共有24颗卫星投入使用，与GPS不同的是其卫星识别采用频分多址，每一颗卫星都占用一个单独的频率。GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。所有卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。
布局：已有21颗卫星（另外3颗备用），分布于3个轨道平面，导航精度在5至6米左右，而为民用使用的精度同样也只达到10米。它的定位精度比GPS略低，采用三星定位方式。
与GPS、Galileo以及北斗相比，GLONASS的定位精度稍微低一些，但由于GLONASS采用的是频分多址，各个卫星的载波频率都不一样，故它能够很好的避免整个系统同时被干扰，即抗干扰能力最好。也因为它与其它三个系统的卫星识别方式不同，其接收机不可能通用，所以在今后它将面临巨大的成本压力。
3 欧洲“伽利略”系统Galileo
欧洲为了满足本地区导航定位的需求，同时又不愿过于依赖美国的GPS系统，于是开始自行研发，Galileo系统应运而生，欧盟建立了自主的民用全球卫星定位系统。
布局：计划30颗卫星（其中3颗备用），分布于3个倾斜角为56度的轨道，轨道位置离地面高度约为24000千米，定位误差不超过1米。目前，Galileo的建设还未完成，投入实际使用的卫星只有26颗，剩余卫星将于近期发射入轨。Galileo对外开放的定位精度为10米左右，然而对于一些特殊的商用服务其精度可达到10厘米。
相比GPS,Galileo的每颗卫星都安装有特殊的收发器，即当用户发生危险时可发送求救信号，此信号被Galileo的卫星接收后会直接转发到救援中心，以便救援中心调配工作。
Galileo卫星导航定位系统的设计功能强大，它的建成将明显改善全球卫星导航定位领域的服务质量。可以看出Galileo卫星导航定位系统是非常具有潜力的，对未来的科技经济灯方面有着至关重要意义。
4 中国“北斗”系统
2012年已投入使用的北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，目前服务范围已覆盖亚太地区。北斗卫星导航系统的空间端为35颗卫星，主控站、注入站和监测站构成了系统的地面端，用户端由北斗用户终端以及与GPS、GLONASS、Galileo等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
布局：总共有35颗卫星，其中包含30颗非静止轨道卫星和5颗静止轨道卫星，目前已有16颗卫星处于运营状态，定位精度10米。采用双星定位，能实时为用户确定其所在经纬度和海拔高度。
其实北斗卫星导航系统距离我们普通人并不遥远，现在的手机以及车载导航系统只要装有北斗的接收芯片，都可以使用北斗系统的定位和导航功能快速查找和选择所需的路线。北斗在气象方面的应用，对我国的天气预报准确度和气象数据的分析有极大的帮助，提升我国天气预警业以及防灾减灾的能力。
北斗卫星导航系统可以对飞机的位置进行实时定位，将它与其它的导航设备配合使用，信息将更加精确，这便使得航空运输更加安全可靠。到2020年，35颗卫星将全部投入使用，北斗系统的建设全面完成，那时它将成为与国外先进卫星导航系统技术服务不相上下的全球卫星导航系统，授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳秒。此外还具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力，并且满足各种载体需要。此时系统服务范围将由我国及亚太地区变为面向全球，定位也更加精确。与此同时，系统安全性能也必然更有保障，对于短报文的通信性能方面也会得到进一步改善。
5 结语
就目前的系统而言，北斗和GPS处于领先位置，GLONASS略逊一筹，Galileo处于建设阶段还不能实际运用。北斗在精确度和完好性方面略有优势，而GPS在连续性和可用性方面更出色，GLONASS的抗干扰能力却是其中最强的，几种卫星导航系统各有所长，随着科技的不断进步，系统将会更加成熟完善。
摘要：卫星导航系统,即“全球卫星导航系统”。其主要采用了最新的GPS导航技术。卫星导航系统现在已被广泛使用,特别是在民用航空领域,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。本文对世界范围内处于领先的四大卫星导航系统进行了分析比较,探讨了各个系统的未来发展趋势。
系统导航 篇9
演示会现场, 由七星泡农场用户宋德强驾驶一台装配约翰迪尔ATU系统的2204型拖拉机悬挂深松整地机具进行演示。在约翰迪尔工作人员的帮助下, 他首先沿土地一侧直线行驶确定一条卫星定位基准线。此后, 拖拉机开始进入全自动驾驶状态, 在卫星导航的控制下进行耕整地作业, 这期间, 宋德强只需要在地头把农具升起即可, 掉头和方向控制全部实现自动化。深松犁上下翻飞, 一股股“土浪”从圆盘耙下面奔流而出, 不大一会儿5亩平整的土地就出现在眼前。让现场的观众非常吃惊。
据约翰迪尔ATU系统工程师赵海亮介绍, ATU系统可以在约翰迪尔6B阿波罗、新6B、6J以及7M系列拖拉机上配套使用。系统由一个Star Fire 3000卫星信号接收器、Green Star显示器以及Auto Trac转向套件和连接线束组成。
用户开机后, 1分钟以内就可以搜索到卫星信号, 进入“ready”状态。结束作业后即使关机12个小时再开机, 仍不需要重新搜索卫星信号。在人机交互设计方面, 导航采用中文演示系统, 设置比较简便。方便用户快捷准确地输入悬挂农机具的参数。
据了解, 2016年以后, 用户购买约翰迪尔农机可直接选装ATU系统。对于之前已经购买的产品, 可以单独购买加装ATU系统。
延伸阅读:使用约翰迪尔ATU自动导航系统耕作的三大好处
1减少重叠和间隙节约开支, 创建更加一致的行列和整齐划一的土地
研究表明, 驾驶员在一天作业中约有5%~10%的重叠倾向, 将会使12 m宽的农具产生1.2 m的行间重叠。通过使用约翰迪尔ATU自动导航系统, 可帮助减少90%的重叠作业。可提高作业效率、大大地节省燃油、化肥、种子、肥料、设备磨损。ATU可以让拖拉机在播种时保持更加一致的行距, 降低在田间连续作业时农作物受损的可能, 允许驾驶员在执行特定的应用程序时保持最佳的工作速度。对于那些需要高速运行的应用程序作业, 例如喷雾, 连贯的速度可以在相同的时间喷洒更多的土地, 提高作业效率。
2作业效率更高, 延长有效工作时间
更高的作业精准度意味着更快速更精准的作业路线, 这将为用户带来更高的收益。约翰迪尔AUT系统可以帮助用户减少错行和漏行, 让田间作业效率提升14%, 也就意味着在更短的时间内获得更多的收益。
另外, 约翰迪尔自动导航系统使用卫星信号进行设备定位, 保证用户在好天气时可以更长久的作业, 增加作业季连续作业时间。同时, 有了自动导航系统的帮助, 无论是在黄昏、雨天、粉尘、雾天、大风天、夜间, 驾驶员都能非常自信地创建均匀分布的行列, 保证作业速度不会受到影响。这样可以提高5%的作业效率。
3减轻驾驶员疲劳, 解放双手
约翰迪尔ATU系统通过保持连贯的准确性和高效率, 实现自动驾驶, 帮助降低驾驶员疲劳强度, 使得驾驶员有更多的精力用于优化机器的操作并最大化收益。
关注:汽车导航系统 篇10
GPS的质量情况究竟如何?去年年底，国家质检总局组织开展了2009年第4批产品质量国家监督抽查，共抽查了北京、江苏、浙江、广东、四川等5个省、直辖市49家企业生产的49种汽车GPS导航产品，并公布了《汽车GPS导航产品质量国家监督抽查结果》。抽查发现，有17种产品的个别质量项目实测结果不符合相关标准规定，其中有12种产品辐射干扰超标、6种产品电源端子骚扰电压超标，不合格品占到抽检产品的37%。
据了解，此次抽查是依据《汽车GPS导航系统通用规范》(GB/T 19392-2003)国家标准及产品明示的要求，对汽车GPS导航产品的定位精度、位置更新率、捕获、效率、车辆定位及地图匹配功能、地图显示功能、目标检索功能、路线引导功能、高温工作试验、低温工作试验、电源端子骚扰电压、辐射骚扰等12个项目进行了检验。
据行业人士透露，在被抽查的不合格汽车导航仪当中，大多数还是设计、制造先天性缺陷所致。而抽检不合格主要项目为辐射干扰超标、电源端子干扰电压超标，其主要问题表现在：在汽车GPS导航使用时，会严重影响其他车载电子产品的正常使用，尤其会干扰汽车雷达、车载收音机以及汽车控制系统的正常工作，以致产生汽车系统故障，导致事故发生;干扰驾车人或乘车人携带的电子设备正常工作，如手机、蓝牙耳机或其他便携式电子设备，以及一些病人的生命维持电子设备等;加油时，如果汽车正在使用问题GPS导航产品，会干扰到加油站的电子设备，严重的甚至可能存在有因干扰信号导致点燃石油气的危险。
汽车GPS导航选购细节
1.选芯片
作为导航产品，我们最关心的绝对是它的收星能力，即信号接收能力。目前市场上销售的车载GPS大多数都会采用SiRFStarⅢ第三代芯片，这类芯片的优势是在有遮挡和天气情况恶劣的情况下可以捕捉和跟踪信号、减轻高楼林立带来的信号干扰。此外，芯片的好坏还直接关系到计算路径时快捷准确的好坏。去同一个目的地，芯片的不同可能会出现不同的路线，而我们需要的是最佳路线。
2.选品牌
购买大品牌的产品不仅本身质量有保证，同时也可以享受一定年限的免费升级服务。选品牌其实也是在选售后，对于GPS导航产品来说，后续的服务问题更为重要，因为地图是在实时更新的。不同的厂商，获取地图数据的来源不同，免费的更新方式也有多种多样。购买时做好了解，可以避免使用后一些不必要的麻烦。
3.选地图
电子导航地图是GPS导航仪赖以工作的另一个重要组件，电子导航地图的正确与否就直接决定了车主能否更快捷、更轻松地到达目的地。在当前的市场上，不论是国产还是完全进口，车载GPS产品内置的地图无非都是国内仅有的几个图商的资源，质量也是参差不齐，而且往往不能及时更新地图信息，给用户带来不便。一般来说，正规品牌的GPS导航仪都会提供一年的免费更新，或者按次数计算，支持2次左右的免费更新服务。而在此之后更新地图就需要缴纳一定费用，一般来说GPS图商的地图更新维持在半年1次的水平，也有一些厂商每3个月更新一次数据。
4.选速度
这里所说的速度包括收星速度、开机速度和反应速度。由于开车时要时刻注意安全并且汽车在高速行进中，因此速度快可以提升车辆导航的精确度，同时也可以节约使用者的操作时间，省时更省心。
5.选电池
尽管GPS产品基本上都会随机提供车载电源，如若这样的话倒是不必担心中途“停电”。但是如果你的点烟器接口出了问题，又或者需要再接上其他产品的话，内置的锂电就派上用场了。电池拥有多长的续航能力，即导航仪在断开充电器后能够继续使用多长时间，也是评定导航仪好与坏的一个标准。续航时间体现了机器的能耗效率，也体现了机器的综合性能。消费者在选购GPS时最好选择内置锂电池容量在1 000 mAh以上的导航仪，通常能够提供7～8小时的待机时间。
6.选外观
包括美观、天线、屏幕、声音以及配件等。车载GPS天线通常都是内置，要注意配备的吸盘支架要留意吸盘是否平滑和尺寸是否够大，防止车颠簸时吸盘脱落。也需留意支架调整角度是否方便以及电源线的长度是否合适，避免出现线过短够不着点烟器电源的尴尬局面。触摸屏的大型灵敏也是很关键的，屏幕太小让驾驶者不能集中注意力;不灵敏会让人觉得耽误时机，影响驾驶心情。车载GPS是用来听的导航仪，相对来说声音可能比屏幕还要重要一些。最大音量要能满足需要，要清晰，不能有破音。否则如果开窗使用的话，你可能什么都听不清楚。费用在百元左右。升级的方式主要是通过网络下载，也比较简单。
标准放大镜
GB/T 19392-2003《汽车GPS导航系统通用规范》
捕获是什么, 标准规定捕获应满足怎样的要求
捕获是指系统从启动到满足系统定位精度要求的过程。
(1)首次捕获：系统首次装车时，实现捕获过程需要车辆行驶的距离不大于20 km;
(2)捕获：在车辆行驶中，从系统加点运行到实现捕获的时间不应超过5 min。
效率应满足什么要求
(1)路线计算时间：从开始路线计算到开始路线引导的时间不大于1 min;
(2)目标检索时间：在目标检索过程中，系统对用户每次操作的响应时间不大于1 min。
车辆定位及地图匹配功能有哪些
(1)系统应具有推算导航功能，使车辆在GPS信号受到遮挡的情况下，系统仍能导航;
(2)系统为其他各功能提供的车辆位置应与地图进行匹配，并能提供车辆是否在道路上、在哪条道路的哪个位置上、以及是否在预先计算出的路线上等信息。
路线引导功能有哪些
当车辆沿预先汁算出的路线行驶时，系统应根据车辆在路线上的位置，为驾驶员提供巡航引导信息、机动引导信息和提示信息：
(1)一般引导信息
在整个路线引导过程中，系统应提供下列信息：
———沿路线行驶，从当前位置到目的地的距离;
———沿路线行驶，估计到达目的地的时间或估计的行驶时间;
———目的地相对当前位置的方位;
———沿路线行驶，从当前位置到前方下一个机动位置的距离;
———沿路线行驶，估计到达前方下一个机动位置的时间或估计的行驶时间。
(2)机动引导信息
在机动引导过程中，系统应提供下列信息：
———在路线中遇到交叉路口时，如果不是直行通过路口，或者需要驶入与当前道路等级不同的道路，系统应提供在该交叉路口的转弯方向(左转、右转)、转弯角度或急或缓，或是调头等信息;
———在路线中遇到环岛时，系统应提供在环岛上的第几个路口驶离环岛的信息。
(3)巡航引导信息
在巡航引导过程中，系统应提供路线前方下一个机动的机动方式，包括转弯方向、角度或环岛。
(4)提示信息
系统应在下列情况下提供提示信息：
———驶入或驶出高速公路;
———接近匝道口;
———接近收费站;
———接近目的地。
(5)提供机动引导信息和提示信息的时机
系统应在机动及提示位置之前提供相应的信息。在普通道路或街道上至少应提前300 m，而在高速公路上则至少应提前1 000 m;如果两个连续的机动或提示位置的距离在普通道路上小于100 m，或在高速上小于300m，在为前一个机动或提示位置提供引导信息的同时，应说明下一个机动或提示非常接近;对于弯度较大的弯道(非机动转弯道)，则不应提示转弯信息。
(6)路线引导的方式
———语音引导：提供机动引导信息和提示信息。
———机动引导画面：提供机动引导信息和一般引导信息。
———巡航引导画面：提供巡航引导信息和一般引导信息。
———地图引导画面：提供地图显示功能的系统应能够通过该画面显示地图并提供一般引导信息。该画面应能够和机动引导画面或巡航引导画面相互切换。
标准对GPS的环境适应性是如何规定的
(1)高温工作：设备在温度为55摄氏度时，应能正常工作。
(2)低温工作：设备在温度为零下10摄氏度时，应能正常工作。
汽车GPS导航产品质量国家监督抽查合格部分产品及其企业名单
汽车GPS导航系统是以车载GPS接收机为基础, 结合其他导航手段获得载体位置数据, 并与导航地图数据库相匹配, 实时显示载体位置并进行道路引导的导航系统。
辐射干扰是指所生产的电子产品对外发射的电磁波强度超过了法规限值, 其所生产的产品的电源端子, 通过电源cable对外界产生了干扰。
位置更新率系统应至少能每2s产生、显示并输出一次新的车辆位置。
北斗导航定位系统发展研究 篇11
关键词北斗导航定位系统;经济;国防建设
中图分类号TN967.1文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0138-01
北斗双星导航定位系统简称CNSS是我国自行研制的区域性卫星定位与通信系统,能够覆盖我国全部国土,可向用户提供全天候、高精度、大范围的定位服务。三维定位精度约几十米,授时精度约100ns。它和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo并称为全球四大卫星导航定位系统。该系统的建立将对我国国防和国民经济建设发挥重要作用。近年,我国在西昌卫星发射中心陆续将几颗北斗导航卫星成功送入太空预定轨道,标志着我国北斗卫星导航定位系统组网建设又迈出重要一步。目前,我国北斗导航卫星已进入密集发射组网阶段。
1北斗双星导航定位系统组成及定位原理
北斗导航定位系统是由空间部分、用户终端设备和地面中心处理站三部分组成。空间部分包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星;地面中心处理站包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站;用户终端包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。系统可包括多个用户管理机构,也可以设置若干个地面标准站。
1)空间部分:由两颗地球同步卫星、一个在轨卫星构成,卫星上带有信号转发装置,执行地面中心站与用户终端的双向无线电信号的中继任务。导航卫星不主动向用户发送无线电导航电文,这一点与GPS和GLONASS卫星导航系统有根本区别。
2)用户终端:是指具有自动信号转发器能与地球同步卫星双向通信的设备。其主要功能有:对地面中心处理站发出的询问信号做出自动响应,并自动发送应答信号;在应答信号中置入与其他用户终端进行交换的通讯信息;接收和显示地面中心处理站经卫星转发的本用户终端的位置数据和通讯信息。
3)地面中心处理站:是整个导航定位系统的中枢,负责无线电信号的转发及整个工作系统的监控管理。北斗导航定位系统的突出特点是构成系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单,一切复杂性过程集中于地面中心处理站。
北斗卫星导航定位系统采用的是“双星定位”,基本定位原理为三球交会测量原理:以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心,各以测定的卫星至用户终端的距离为半径,形成2个球面,用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站从存储在计算机内的数字化地图得到用户高程值,提供一个以地心为球心,以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面,地面中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标,这个坐标经加密由出站信号发送给用户。由于用户至卫星的距离是通过用户终端向卫星发送信号,由信号到达卫星时间的差值计算得到的,所以北斗导航定位系统属于“有源定位”。
2北斗导航定位系统特点
1)定位方式。北斗导航卫星定位系统是一种双星定位系统与GPS多星定位系统有本质的不同。美国的GPS使用24颗卫星(还另有3颗备份卫星)组成网络,这些卫星不间断地向地面站发回精确的时间和星历数据。而北斗导航系统对所有用户位置的处理在地面中心站完成,而不是在卫星上进行的。地面中心站保留全部北斗用户的位置及时间信息,并监控管理整个系统。北斗导航采用的是有源定位,而GPS是无源定位。有源定位用户的位置信息通过地面中心站联系,就不需要通过其他的通讯卫星进行通讯,节省了空间卫星的数目,一星多用符合我国国情。
2)覆盖区域。北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。北斗导航卫星位于东经80度和140度距离地面高36000公里的地球同步轨道上,覆盖范围为北纬5°-55°,东经70°-140°,并没能覆盖全球的范围。区域性是我国双星定位的技术特点、水平以及国家需求决定的。而GPS是覆盖全球的全天候导航系统。
3)实时性。北斗导航定位系统中卫星接收到用户位置信息要送回地面中心控制系统进行处理,中心控制系统解算出用户的位置数据后再发回给用户,这期间通过卫星转发,地面中心控制系统的数据处理,使实时性受到影响,定位精度降低。
由此可见,北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位和通讯功能的优点。缺点是不能覆盖全球,保密性差,用户容量受到一定限制。
3结束语
我国北斗导航定位系统目前还有很多缺陷和GPS系统相比还有很多不完善的地方,应用也没GPS那么广泛,但它是我国自主研制的导航定位系统,对于发展我国国民经济,加强国防建设,促进我国卫星导航定位事业的发展,具有重大的经济和社会意义。北斗导航定位系统作为我国自主研制的第一代卫星导航定位系统,进一步减少对国外导航定位系统的依赖性也有着重要意义。
北斗导航定位系统的最大优势的是具有导航定位和通信的双重功能,虽然容量有限,但它的通讯功能让它在军民两方面都拥有巨大的应用前景,有专家称北斗系统是一个生命线工程,因为配有北斗接收设备的求救者可在一秒钟内发出呼救信号并随即能得到控制中心的响应和施救。北斗系统作为一个空中监视系统在所有的有线系统都瘫痪的情况下,仍旧可以及时报告灾情位置和发送相关援救信息。作战时北斗系统可为中国军队提供精确制导,为战场的士兵提供准确的战场环境资料。如5.12文川大地中后,北斗导航定位系统在通信中断的情况下就发挥了重要作用,救灾部队利用携带的北斗系统陆续发回各种灾情和救援信息,为部署援救方案提供了重要的帮助。2008年北京奥运会期间的交通和场馆的安全监控方面同样也应用到了北斗导航定位系统。
随着我国北斗导航定位系统的不断完善,北斗卫星导航系统将会在船舶运输、交通运输、野外作业、水文测报、森林防火、渔业生产、勘察设计、环境监测等众多行业和场合以及其他有特殊调度指挥要求的单位提供定位、通信和授时等综合服务。
参考文献
[1]张志龙,华克强,孙淑光.北斗导航系统与GPS组合在民航的应用,2005,7.
[2]党玮.模块化数字式气压高度表的研制和GPS双星定位方案预研,南京航空航天大学,2005.
[3]高汉增.北斗导航定位系统介绍即其发展设想,中国航海学会航标专业委员会无线电导航学组”2003年会”论文集,2003.
现代定位导航系统的研究 篇12
航位推算是一种典型的独立定位技术, 系统是在已经知道前一时刻位置的条件下, 通过测量移动的距离和方位, 推算下一时刻位置的方法。
航位推算算法最初用于车辆、船舶等的航行定位中, 所使用的加速度计、磁罗盘、陀螺仪成本高、尺寸大。随着微机电系统技术的发展, 加速度计、数字罗盘、陀螺仪尺寸、重量、成本都大大降低, 是航位推算可以在行人导航中得以应用。
2 卫星导航系统
2.1 研究现状
卫星导航技术是利用导航卫星发射的无线电信号, 求出载体相对卫星的位置, 再根据已知的卫星相对地面的位置, 计算并确定载体在地球上的位置的技术。
现阶段的卫星导航定位系统综合了传统导航系统的优点, 真正实现了各种天气条件下全球高精度被动式导航定位。并由于其具有地面连续覆盖、定位精度高、保密性及实时定位速度高、并且操作简便和实施全天候作业等优点, 在各导航系统中的应用日趋广泛。但同时仍存在易受外界环境干扰等缺点。
2.2 全球定位系统
2.2.1 概述
全球定位系统 (Global Positional System-GPS) 是美国于上世纪七十年代开始研制, 历时二十多年, 耗资两百亿美元, 至1994年全面建成。GPS系统是新一代卫星导航定位系统, 具有在海陆空进行全方位、实时、三维导航与定位的能力。其由24颗覆盖全球的卫星组成, 其中21颗工作卫星、3颗备用卫星, 分布在6个地心轨道平面内, 每一个轨道均匀分布4颗卫星。能在全球范围内全天候的提供三维位置、三维速度和时间基准信息, 具有静态定位、动态导航及精密授时的功能, 是一种先进的导航设备, 定位精度极高, 且具有很好的长期稳定性。随着二十世纪初美国军方放弃了对SA码的使用, 民用GPS的定位精度得到了较大的提高了, 致使GPS技术在民用领域得到了更加广泛的应用。
2.2.2 GPS的发展
在全球卫星定位系统使用之前, 远程定位与导航主要由无线电系统来实现。其主要有三种方式, 分别为:罗兰-C系统 (Long Rang Navigation) , 又称低频脉相双曲线导航系统;奥米伽 (Omega) 导航系统, 是由惯性导航系统、奥米伽导航系统和卫星导航系统组合成的综合导航系统;多普勒 (Doppler navigation) 导航系统, 它是利用多普勒效应测定多普勒频移, 从而计算出飞机当时的速度和位置来进行导航。以上三种无线电导航定位系统都存在工作区域覆盖面小、电波传播容易受到大气影响及定位精度较低的缺点。
最早的卫星定位系统为子午仪导航系统 (Transit) , 1958年由美国研制成功, 1964年投入使用。子午仪导航系统共拥有7颗卫星, 而卫星的运行高度比较低, 平均为1000KM, 从地面观测卫星的间隔时间比较长, 平均为1.5h, 无法实现连续的实时三维导航, 且精度不高。
现在应用的全球卫星定位系统是第二代卫星导航系统, 是在吸收Transit导航系统的成功经验的基础上而发展起来的, 包括俄罗斯的全球卫星定位系统 (GLONASS) 和美国的全球卫星定位系统 (GPS) 。其中, 美国的GPS系统实施计划分为三个阶段。第一阶段为方案论证和计划阶段, 从1973年到1979年共发射了4颗试验卫星, 研制了地面接收机及建立了地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段, 从1979年到1984年又陆续发射了7颗卫星, 研制了各种用途的接受机, 实验结果表明, GPS定位精度远远超过了设计精度标准。第三阶段为实用组网络阶段, 1989年2月4日第一颗GPS BlockⅡ工作卫星的成功发射, 标志着GPS系统已进入了建设阶段。1993年底已经建成实用的GPS网 (即21+3GPS星座) , 今后将会根据计划逐步更换失效的卫星。
2.2.3 GPS的应用与前景
最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但随着GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位, 米级至亚米级精度的动态定位, 亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量, GPS的应用也越来越广泛。
地理应用方面
在地貌学方面, 可以利用GPS对地下资源开采区地面的沉降、荒漠化地区进行监测, 为荒漠化的机理研究提供资料;对滑坡区、泥石流等形变进行监测, 做好防灾, 减灾预报工作。还可以利用GPS对各植被区边界变化进行监测, 从而对植被区发生变化的原因进行研究, 为分析该区域或全球的气候和环境的演变提供理论依据, 从而采取相应的保护措施, 实现对生态环境的监测及保护。此外, GPS还可应用于对板块运动的研究, 包括对亚板块和板块内部构造运动的研究等。
大气监测及天气预报方面
GPS信号从真空进入大气层时将会发生折射, 折射量的大小取决于大气密度。而大气密度是气温和气压的函数, 而决定天气的两大要素正是气温和气压。如果将GPS接收机安装在低轨道卫星上, 即可测出卫星信号传播路线的变量, 从而推导出由于大气折射而引起的相位观测的时延。进一步导出从地球表面到130km高空的各层大气的气温和气压的大小。最终根据连续监测获得的大气层数据, 做出天气预报。
此外, 一系列实验证明, 通过利用GPS技术可以获得地面至40km高空的水汽含量载面的精确值, 该实验的最大收获是使全球难以获取气象信息数据的区域得以包含其中, 从而极大的改善了数值天气预报 (NWP) 所需要的气象数据分辨率, 为NWP的进一步改善提供了基础。此外, GPS空间气象学的开端正是起于GPS在监测电离层方面的作用。太空中充满了宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射、等离子体等, 由于太阳在IS内抛出带电物, 通常达百万吨量级, 从而使电离层受到强烈干扰, 这正是空间气象学研究的一个对象。类似于GPS在对流层中的应用, 可通过测定电离层对GPS讯号的延迟作用来确定在单位体积内总自由电子含量 (TEC) , 从而建立电离层数字模型。
交通运输方面
GPS可以为铁路、公路、水运、航空、管道等交通方式提供路线选线、建设和管理服务;还可为车、船和飞机等交通工具起导航和管理作用, 特别是在航空和航海中, 无线路标示时GPS的作用更为突出;此外, GPS在航空中的作用主要有: (1) 为飞机提供精密导航; (2) 确定飞机姿态角, 从而为航测图片提供内方位因素; (3) 测定航摄仪瞬间的空间坐标及航摄仪瞬间坐标的精度; (4) 为飞机精密着陆导航。
2.3 北斗卫星导航系统
2.3.1 概述
北斗卫星导航系统 (Bei Dou Navigation Satellite System, COM-PASS) 是中国自主研发的正在实施的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统包括空间段、地面段及用户段。空间段由5颗静止轨道卫星及30颗非静止轨道卫星组成;地面段由主控站、注入站和监测站等多个地面站组成, 用户段由北斗用户终端及与其它卫星导航系统兼容的终端。近年来北斗导航系统发展迅速, 目前北斗系统已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星, 基本上实现了覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2011年12月27日起, 开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。2012年12月27日起, 北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上, 向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。民用服务与GPS一样免费。不论从国家安全还是从技术发展的角度来看, 北斗将成为GPS之外的又一个选择, 甚至在一定时候会取代GPS的地位。但是, 目前北斗的覆盖范围、定位精度和稳定性离GPS还有一定的差距, 且随着北斗导航系统的发展目前该系统的性能如何仍有待测试。
2.3.2 北斗卫星导航系统的发展与前景
无线电导航原理需要由天基平台提升作用距离。奥米伽、罗兰--C导航系统以甚低频为导航频率, 由于电波传播路径受地面曲率和导电性能影响, 虽然可以远距离传播, 但难以校正传播路径时延, 精度较低。而雷达导航因地面发射功率大, 但作用距离短, 需要二次发射, 精度较低。所以为了提升作用距离、进一步改善传播路径, 采用卫星平台搭载导航信号是必然选择。
北斗全球系统因具有最佳费效比而取代区域系统。中国北斗试验系统是采用两颗地球同步卫星实现定位, 集通信与导航为一体。静止轨道卫星导航系统因缺乏通信功能而使得生存能力较差。区域性RNSS系统由GEO卫星和IGSO卫星组成, 其星座总效率差, 难以提高。星座效率以地球覆盖率与卫星数之比值作为评价效率, 不同区域系统效率见表1, 从结果可知, 全球系统的星座效率在同等精度水平下最高。表1域系统与全球系统效率比
3 组合导航系统
3.1 组合导航系统的形成
由于卫星导航定位具有定位精度、高地面连续覆盖等优良特性, 在导航定位中的应用非常广泛。但其也易受到外界环境的干扰, 尤其是在城市的高楼群区, 或是在隧道、立交桥等区域, 卫星信号将会被遮挡, 造成定位误差增大或根本无法定位;另一方面卫星导航定位系统的工作频带较窄, 在机动运动较为复杂时, 用于定位的设备接收机极容易失锁而丢失信号, 从而丧失定位能力。而航位推算是一种典型的独立定位技术, 主要利用航向传感器及距离传感器实现实时检测车辆等的航向变化及行驶距离, 进而推算出当前的相对位置, 但航位推算方法的定位误差会随着推算过程的进行而累加, 因而不适合于长时间使用。由上可知, 两种定位方式存在很强的互补关系, 一方面, 可利用卫星定位提供的绝对位置信息为DR提供推算定位的初始值并进行误差校正;另一方面, DR的推算结果可用于补偿部分卫星定位中的随机误差, 当卫星信号被遮挡时由DR继续定位。所以, 将这两种系统组合起来, 充分利用两者定位信息的互补性, 就能获得比单独使用任何一种方法时都要高的定位精度和可靠性。
3.2 GPS/DR导航系统
目前, GPS/DR组合定位系统的数据融合方案主要有两种:切换式和最优估计法 (卡尔曼滤波) 。
切换式组合方案有两种工作状态:即GPS模式和DR模式, 系统工作采用何种模式取决于GPS信号的有效性, 当GPS观测卫星数较多, 卫星几何分布结构较好时工作于GPS模式, 同时利用GPS的定位输出刷新DR系统的初始推算位置, 一旦GPS定位数据失效, 则切换到DR模式。该方法的优点是简单易行, 系统承担的计算量小, 可以解决在卫星信号失效时短时间内的定位问题。
4 结束语
导航系统随着人类社会的进步应运而生, 又在人类的发展过程中逐步完善、创新。在如今社会发展的要求下, 导航系统的应用愈加广泛, 通过研究可以看出, 各种导航系统具有不同的特点及优势, 并且组合导航系统将会成为导航系统的发展方向。在今后的研究中, 也应取长补短, 将每种导航系统的优势最大化, 为人类提供更便捷、可靠、高精度的导航系统。
参考文献
[1]岳振海.GPS全球定位系统的应用[J].黑龙江交通科技, 2011.10:126.
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