是指在規(guī)定時(shí)間達(dá)到目的地的航行技術(shù)。利用無(wú)線電波的傳播特性可測(cè)定飛行器的導(dǎo)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(dòng)駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。
簡(jiǎn)介
無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)是利用了無(wú)線電波傳播的基本原理:無(wú)線電信號(hào)在自由空間中用直線方式以光速傳播,只要確定了無(wú)線電波從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的傳播時(shí)間,便可以確定收發(fā)機(jī)間的距離為光速與傳播時(shí)間之積。通常,導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成,包括裝在運(yùn)載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其他地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺(tái)。凡導(dǎo)航臺(tái)與移動(dòng)載體間用無(wú)線電方式為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的,稱(chēng)為無(wú)線電導(dǎo)航。
從導(dǎo)航臺(tái)的所在位置來(lái)判定導(dǎo)航的性質(zhì),主要有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)和星基導(dǎo)航系統(tǒng)。
陸基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺(tái)位于陸地上,導(dǎo)航臺(tái)與導(dǎo)航設(shè)備之間用無(wú)線電波聯(lián)系,如甚高頻全向信標(biāo)(VOR)、微波著陸系統(tǒng)、羅蘭、歐米伽導(dǎo)航系統(tǒng)。
星基導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航臺(tái)設(shè)在人造衛(wèi)星上,覆蓋范圍大大擴(kuò)大,如美國(guó)的GPS(全球定位系統(tǒng))和俄羅斯的GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
發(fā)展歷史
無(wú)線電導(dǎo)航發(fā)展歷史
20世紀(jì)20~30年代無(wú)線電測(cè)向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段而且一直沿用至今,不過(guò)它后來(lái)已成為一種輔助手段。
第二次世界大戰(zhàn)期間,無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展,出現(xiàn)了各種導(dǎo)航系統(tǒng),雷達(dá)也開(kāi)始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段 ,飛機(jī)著陸開(kāi)始使用雷達(dá)和儀表著陸系統(tǒng)。
60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).70年代微波,著陸引導(dǎo)系統(tǒng)研制成功。
80年代,同步測(cè)距全球定位系統(tǒng)研制成功。
基本原理
無(wú)線電導(dǎo)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(shí)會(huì)發(fā)生反射。
無(wú)線電導(dǎo)航就是利用上述特性,通過(guò)無(wú)線電波的接收、發(fā)射和處理,導(dǎo)航設(shè)備能測(cè)量出所在載體相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的方向、距離、距離差、速度等導(dǎo)航參量(幾何參量)。通過(guò)測(cè)量無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射信號(hào)(無(wú)線電電磁波)的時(shí)間、相位、幅度、頻率參量,可確定運(yùn)動(dòng)載體相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的方位、距離和距離差等幾何參量,從而確定運(yùn)動(dòng)載體與導(dǎo)航臺(tái)之間的相對(duì)位置關(guān)系,據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)載體的定位和導(dǎo)航。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):不受時(shí)間、天氣限制,精度高,作用距離遠(yuǎn)方,定位時(shí)間短,設(shè)備簡(jiǎn)單可靠;
缺點(diǎn):必須輻射和接收無(wú)線電波而易被發(fā)現(xiàn)和干擾,需要載體外的導(dǎo)航臺(tái)支持,一旦導(dǎo)航臺(tái)失效,與之對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備無(wú)法使用;同時(shí),易發(fā)生故障。
無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)分類(lèi)
陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)
第一次世界大戰(zhàn)前后,是無(wú)線電導(dǎo)航的發(fā)明階段。1912年,航海用無(wú)線電羅盤(pán)和信標(biāo)(0.1~1.75MHz)。1929年,航空用四航道信標(biāo)(0.2~0.4MHz)。航空用無(wú)線電羅盤(pán)和信標(biāo)。以測(cè)向技術(shù)為主,航海應(yīng)用為主,稍后出現(xiàn)航空應(yīng)用。
1943 年 羅蘭—A(Loran-A )脈沖信號(hào),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(hào),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(fù)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(hào),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(gè)導(dǎo)航臺(tái),全球覆蓋。
1941 年 儀表著陸系統(tǒng)(ILS )精密近進(jìn)雷達(dá)(PAR )
1942 年 臺(tái)卡(Decca )連續(xù)波信號(hào),頻率為70~129kHz
1946 年 伏爾(VOR )甚高頻全向信標(biāo),108~118MHz ,連續(xù)波體制,只有方位,精度約為4~5
1949 年 測(cè)距器(DME )近程航空導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng),960~1215MHz ,脈沖體制,主要為軍用(如機(jī)場(chǎng)、航空母艦等)
自從無(wú)線導(dǎo)航技術(shù)在第一次世界大戰(zhàn)前后誕生以來(lái),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(chǔ)上得到了進(jìn)一步的發(fā)展和完善,并基本形成了當(dāng)前的格局。航海用的無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)以雙曲線定位體制為主,航空導(dǎo)航以測(cè)距— 測(cè)向體制為主。某些系統(tǒng)可以同時(shí)兼顧航海、航空導(dǎo)航的需要。從50 年代后以來(lái),各種無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)基本完成了全球覆蓋。目前雖然GPS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用,但陸基導(dǎo)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(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)
20 世紀(jì)50~70 年代,東西方兩大陣營(yíng)的冷戰(zhàn)時(shí)期,軍備競(jìng)賽激烈。美國(guó)和前蘇聯(lián)為了滿(mǎn)足本國(guó)以及盟國(guó)在軍事和航天方面的實(shí)際需要。美國(guó)和前蘇聯(lián)分別代表的資本主義陣營(yíng)和社會(huì)主義陣營(yíng)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(kāi)始用于通信、偵察等領(lǐng)域,推動(dòng)了天技術(shù)發(fā)展、電子信息技術(shù)的發(fā)展、時(shí)間基準(zhǔn)和傳遞、大地測(cè)繪等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。
子午儀(Transit) 是美國(guó)海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)Navy NavigationSatellite System (NNSS) ,世界上第一個(gè)投入使用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。Transit 主要由美國(guó)Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(JHAPL )設(shè)計(jì),經(jīng)費(fèi)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(kāi)始研制,1964 年投入使用,1964 年開(kāi)始民用,1988年發(fā)射最后一顆衛(wèi)星,經(jīng)過(guò)32 年的連續(xù)運(yùn)行后,1996 年底Transit 結(jié)束使命。同時(shí)揭開(kāi)了衛(wèi)星定位時(shí)代的序幕。
20世紀(jì)70、80年代美國(guó)國(guó)防部研制并由美國(guó)軍方控制的一個(gè)全球定位系統(tǒng),是一個(gè)由24 顆人造地球衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和用戶(hù)設(shè)備構(gòu)成的星基無(wú)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(hù)提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、高精度的三維位置、速度和時(shí)間信息(PVT )。GPS 的意義:
(1 )解決了無(wú)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(guó)及其盟國(guó)軍用以外,還可供世界各國(guó)民用。