是指在規(guī)定時間達到目的地的航行技術(shù)。利用無線電波的傳播特性可測定飛行器的導航參量(方位、距離和速度),算出與規(guī)定航線的偏差,由駕駛員或自動駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。
簡介
無線電導航系統(tǒng)是利用了無線電波傳播的基本原理:無線電信號在自由空間中用直線方式以光速傳播,只要確定了無線電波從發(fā)射機到接收機之間的傳播時間,便可以確定收發(fā)機間的距離為光速與傳播時間之積。通常,導航應由導航系統(tǒng)完成,包括裝在運載體上的導航設備以及裝在其他地方與導航設備配合使用的導航臺。凡導航臺與移動載體間用無線電方式為媒介來實現(xiàn)導航的,稱為無線電導航。
從導航臺的所在位置來判定導航的性質(zhì),主要有陸基導航系統(tǒng)和星基導航系統(tǒng)。
陸基導航系統(tǒng)導航臺位于陸地上,導航臺與導航設備之間用無線電波聯(lián)系,如甚高頻全向信標(VOR)、微波著陸系統(tǒng)、羅蘭、歐米伽導航系統(tǒng)。
星基導航系統(tǒng)導航臺設在人造衛(wèi)星上,覆蓋范圍大大擴大,如美國的GPS(全球定位系統(tǒng))和俄羅斯的GLONASS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
發(fā)展歷史
無線電導航發(fā)展歷史
20世紀20~30年代無線電測向是航海和航空僅有的一種導航手段而且一直沿用至今,不過它后來已成為一種輔助手段。
第二次世界大戰(zhàn)期間,無線電導航技術(shù)迅速發(fā)展,出現(xiàn)了各種導航系統(tǒng),雷達也開始在艦船和飛機上用作導航手段 ,飛機著陸開始使用雷達和儀表著陸系統(tǒng)。
60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng).70年代微波,著陸引導系統(tǒng)研制成功。
80年代,同步測距全球定位系統(tǒng)研制成功。
基本原理
無線電導航主要利用電磁波傳播的基本特性:電磁波在在均勻理想媒質(zhì)中,沿直線(或最短路徑)傳播;電磁波在自由空間的傳播速度是恒定的;電磁波在傳播路線上遇到障礙物或在不連續(xù)媒質(zhì)的界面上時會發(fā)生反射。
無線電導航就是利用上述特性,通過無線電波的接收、發(fā)射和處理,導航設備能測量出所在載體相對于導航臺的方向、距離、距離差、速度等導航參量(幾何參量)。通過測量無線電導航臺發(fā)射信號(無線電電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量,可確定運動載體相對于導航臺的方位、距離和距離差等幾何參量,從而確定運動載體與導航臺之間的相對位置關系,據(jù)此實現(xiàn)對運動載體的定位和導航。
優(yōu)缺點
優(yōu)點:不受時間、天氣限制,精度高,作用距離遠方,定位時間短,設備簡單可靠;
缺點:必須輻射和接收無線電波而易被發(fā)現(xiàn)和干擾,需要載體外的導航臺支持,一旦導航臺失效,與之對應的導航設備無法使用;同時,易發(fā)生故障。
無線電導航系統(tǒng)分類
陸基無線電導航系統(tǒng)
第一次世界大戰(zhàn)前后,是無線電導航的發(fā)明階段。1912年,航海用無線電羅盤和信標(0.1~1.75MHz)。1929年,航空用四航道信標(0.2~0.4MHz)。航空用無線電羅盤和信標。以測向技術(shù)為主,航海應用為主,稍后出現(xiàn)航空應用。
1943 年 羅蘭—A(Loran-A )脈沖信號,脈沖載頻為2MHz ,雙曲線定位,作用范圍約400 n mile
1955 年 羅蘭—C (Loran-C )脈沖信號,脈沖載頻為100kHz ,雙曲線定位,作用范圍約1000 n mile ,單次定位精度為460m ,重復定位精度18~90m ,數(shù)據(jù)更新速率10~20 次。
1958 年 奧米伽(Omega )連續(xù)波信號,頻率為10~14kHz ,雙曲線體制,穿透水下10m 以上,定位精度2~4 n mile ,數(shù)據(jù)更新速率0.1 次/ 分,8 個導航臺,全球覆蓋。
1941 年 儀表著陸系統(tǒng)(ILS )精密近進雷達(PAR )
1942 年 臺卡(Decca )連續(xù)波信號,頻率為70~129kHz
1946 年 伏爾(VOR )甚高頻全向信標,108~118MHz ,連續(xù)波體制,只有方位,精度約為4~5
1949 年 測距器(DME )近程航空導航系統(tǒng),960~1215MHz ,只有距離,精度約為0.5 n mile
1955 年 塔康(TACAN )戰(zhàn)術(shù)航空導航系統(tǒng),960~1215MHz ,脈沖體制,主要為軍用(如機場、航空母艦等)
自從無線導航技術(shù)在第一次世界大戰(zhàn)前后誕生以來,由于軍事需要,在第二次世界大戰(zhàn)中得到了迅速發(fā)展,戰(zhàn)后在此基礎上得到了進一步的發(fā)展和完善,并基本形成了當前的格局。航海用的無線導航系統(tǒng)以雙曲線定位體制為主,航空導航以測距— 測向體制為主。某些系統(tǒng)可以同時兼顧航海、航空導航的需要。從50 年代后以來,各種無線導航系統(tǒng)基本完成了全球覆蓋。目前雖然GPS 已經(jīng)廣泛應用,但陸基導航系統(tǒng)還在繼續(xù)使用,并且還在繼續(xù)發(fā)展之中。
星基無線電導航系統(tǒng)
20 世紀50~70 年代,東西方兩大陣營的冷戰(zhàn)時期,軍備競賽激烈。美國和前蘇聯(lián)為了滿足本國以及盟國在軍事和航天方面的實際需要。美國和前蘇聯(lián)分別代表的資本主義陣營和社會主義陣營在政治宣傳上的需要。
1957 年前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星開始用于通信、偵察等領域,推動了天技術(shù)發(fā)展、電子信息技術(shù)的發(fā)展、時間基準和傳遞、大地測繪等基礎技術(shù)的發(fā)展。
子午儀(Transit) 是美國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)Navy NavigationSatellite System (NNSS) ,世界上第一個投入使用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。Transit 主要由美國Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(JHAPL )設計,經(jīng)費由the Advanced Research ProjectsAgency (ARPA) 提供。主要目的是為潛艇和水面艦艇提供全球?qū)Ш蕉ㄎ弧?958 年開始研制,1964 年投入使用,1964 年開始民用,1988年發(fā)射最后一顆衛(wèi)星,經(jīng)過32 年的連續(xù)運行后,1996 年底Transit 結(jié)束使命。同時揭開了衛(wèi)星定位時代的序幕。
20世紀70、80年代美國國防部研制并由美國軍方控制的一個全球定位系統(tǒng),是一個由24 顆人造地球衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和用戶設備構(gòu)成的星基無線電定位系統(tǒng),也就是GPS。GPS 的功能:在全世界任何地方、任何氣象條件下為用戶提供實時、連續(xù)、高精度的三維位置、速度和時間信息(PVT )。GPS 的意義:
(1 )解決了無線定位系統(tǒng)覆蓋范圍和定位精度之間的矛盾。
(2 )除了美國及其盟國軍用以外,還可供世界各國民用。