衛(wèi)星定位與導航技術

定位與導航技術是涉及自動控制、計算機、微電子學、光學、力學以及數(shù)學等多學科的高技術，是實現(xiàn)飛行器特別是航天器飛行任務的關鍵技術，也是武器精確制導的核心技術，這對于提高航空器、航天器以及武器裝備的機動性、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(xiàn)代高技術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(wèi)星定位導航、自主式導航、組合導航以及無源導航。

1）衛(wèi)星導航系統(tǒng)

世界上現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS以及歐洲GALILEO衛(wèi)星系統(tǒng)（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(wèi)星導航的獨家經(jīng)營的局面，降低了美國政府利用GPS施以主權(quán)威懾給用戶帶來的后顧之憂。

（1）全球定位系統(tǒng)（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題，全部24顆導航衛(wèi)星（21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星）系統(tǒng)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(xù)提供三維位置(緯度、經(jīng)度和高度)、三維速度和時間信息等一系列優(yōu)點，是實現(xiàn)全球?qū)Ш蕉ㄎ坏母咝录夹g。通常GPS接收機接收到四顆衛(wèi)星的信號就能夠確定移動載體的方位，是當前移動目標導航定位的主流。1992年GPS正式向全世界開放，1994年在中國市場開始得到應用。GPS以精確位置與定時信息，已成為支持世界范圍各種民用、科研和商業(yè)活動的一種資源。

（2）全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）

GLONASS是前蘇聯(lián)研制并為俄羅斯繼續(xù)發(fā)展的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其組成和功能與美國的GPS相類似，可用于陸、海、空等各類用戶的定位、測速及精密定時等。目前已完成了24顆工作衛(wèi)星加一顆備用衛(wèi)星空間星座布局，每天24小時每時刻各地的用戶可見5～8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星識別采用頻分多址（FDMA），24顆衛(wèi)星各占一個頻率，現(xiàn)已向全世界開放。

（3）衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）

GNSS是由GPS/GLONASS/INTMARSAT組合而成的，目前正在發(fā)展的導航系統(tǒng)，其中INTMARSAT是國際海事衛(wèi)星組織的簡稱。該組織計劃通過所屬的通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)GPS/GLONASS導航信息，為全球用戶提供服務。由于GNSS綜合了GPS和GLONASS的衛(wèi)星信號，增加了整個系統(tǒng)可視衛(wèi)星的數(shù)目，改善了衛(wèi)星幾何位置配置，可在任何地方有較大高度角的衛(wèi)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，運用先進的組合導航技術，以GNSS與其它導航技術的組合導航將比GPS（或GLONASS）與其它導航技術組合有更高的精度和可靠性。

（4）歐洲GALILEO衛(wèi)星

歐洲為了滿足本地區(qū)導航定位的需求，計劃開發(fā)針對GPS和GLONASS的廣域星基增強系統(tǒng)（EGNOS），包括地面設施和空間衛(wèi)星，以提高GPS和GLONASS系統(tǒng)的精度、完備性和可用性。同時，為了打破目前世界美、俄全球定位系統(tǒng)在這一領域的壟斷，歐洲決定啟伽利略計劃，建立自主的民用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（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(tǒng)將建成全球性的定位和導航系統(tǒng)，它由星座部分、有效載荷、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及區(qū)域控制部分組成。

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

2）自主導航系統(tǒng)

隨著武器性能的不斷提高，軍事戰(zhàn)略思想也在不斷地發(fā)展，武器系統(tǒng)對導航技術提出更高的技術要求，自主導航技術、無源導航技術適應軍事戰(zhàn)略和武器系統(tǒng)的新要求發(fā)展起來的。自主導航技術、無源導航技術是航行器或武器系統(tǒng)在不依賴于外部信息的條件下實現(xiàn)精確導航的關鍵技術，它大大提高了航行器或武器系統(tǒng)的機動性、隱蔽性、強干擾性和生存能力。自主式導航定位系統(tǒng)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載體的位移和航向信息，由此解算出移動載體的位置。航跡推算DR（Dead Reckoning）是自主式導航定位系統(tǒng)的典型代表（主要用于車輛導航）；

（1）慣性導航系統(tǒng)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(wěn)定平臺（捷聯(lián)式為數(shù)學平臺）組成。由陀螺和加速度計測量運動載體相對于慣性空間的角速度和線加速度，通過計算機夾雜導航解算，從而獲得運動載體相對某一基準的導航參數(shù)。INS具有在高速率下捕捉數(shù)據(jù)的能力，且精度很高，但是如果時間較長，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包括羅盤儀、速率儀、里程儀、轉(zhuǎn)速計。這些傳感設備能夠測量出正在行駛的車輛的旅行距離、速度和方位，在短時間內(nèi)這些傳感器的精度較高，但對于長時間得采取措施以避免累積誤差。

3)組合導航系統(tǒng)

雖然GNSS是當前最先進的具有全球、全天候、高精度、實時定位等優(yōu)點的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，但是其動態(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定位誤差隨時間的延續(xù)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、克服缺點，實現(xiàn)在高動態(tài)和強電子干擾的環(huán)境下實時、高精度的導航定位。因此，GNSS/INS組合導航定位系統(tǒng)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(tǒng)通常利用GNSS、DR、INS以及數(shù)字地圖GIS或者其它技術等相互組合而成。根據(jù)目前國際科技發(fā)展水平，全球范圍內(nèi)現(xiàn)有的組合導航定位技術主要有:GNSS/INS、GNSS/INS/GIS。

4〕無源導航系統(tǒng)

無源導航技術----地形匹配導航、重力場匹配導航以及磁場匹配導航是當代導航的一個重要發(fā)展方向。由于地形匹配、重力匹配、磁匹配輔助導航系統(tǒng)不依賴于目前僅由少數(shù)國家掌握的衛(wèi)星導航系統(tǒng)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，能滿足軍事各種導航定位要求，引起了導航界及軍方的普遍關注和高度重視，已成隱蔽性運動載體無源導航的重要手段?，F(xiàn)在國際上普遍采用是：INS/地形匹配、INS/重力匹配、INS/磁場匹配以及它們的組合導航定位。這種技術主要用于航海和航天領域。