GPS在航海和航空中的應(yīng)用

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1、GPS在航海和航空中的應(yīng)用1.GPS航海導(dǎo)航應(yīng)用　　衛(wèi)星技術(shù)用于海上導(dǎo)航可以追溯到60年代的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)TRANSIT，但這種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最初設(shè)計主要服務(wù)于極區(qū)，不能連續(xù)導(dǎo)航，其定位的時間間隔隨緯度而變化。在南北緯度70度以上，平均定位間隔時間不超過30分鐘，但在赤道附近則需要90分鐘，80年代發(fā)射的第二代和第三代TRANSIT衛(wèi)星NAVARS和OSCARS彌補了這種不足，仍需10至15分鐘。此外采用的多仆勒測速技術(shù)也難以提高定位精度（需要準確知道船舶的速度），主要用于2維導(dǎo)航。　　GPS系統(tǒng)的出現(xiàn)克服了

2、TRANSIT系統(tǒng)的局限性，不僅精度高、可連續(xù)導(dǎo)航、有很強的抗干擾能力；而且能提供七維的時空位置速度信息。在最初的實驗性導(dǎo)航設(shè)備測試中，GPS就展示了其能代替TRANSIT和路基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，在航海導(dǎo)航中發(fā)揮劃時代的作用。今天很難想象哪一條船舶不裝備GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備，航海應(yīng)用已名副其實成為GPS導(dǎo)航應(yīng)用的最大用戶，這是其他任何領(lǐng)域的用戶都難以比擬的?！　PS航海導(dǎo)航用戶繁多，其分類標準也各不相同，若按照航路類型劃分、GPS航海導(dǎo)航可以分為五大類：　　遠洋導(dǎo)航；　　海岸導(dǎo)航；　　港口導(dǎo)航；　　內(nèi)河導(dǎo)航；　

3、　湖泊導(dǎo)航。　　不同階段或區(qū)域，對航行安全要求也因環(huán)境不同而各異，但都是為了保證最小航行交通沖突，最有效地利用日益擁擠的航路，保證航行安全，提高交通運輸效益，節(jié)約能源?！　“凑諏?dǎo)航系統(tǒng)的功能劃分大致有以下幾類：1.1自主導(dǎo)航　　自主導(dǎo)航系統(tǒng)適于上述五種航路的任何一種，它基本上是一種單純的導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要特征是僅向用戶提供位置、航速、航向和時間信息，也可包括海圖航跡顯示，不需通信系統(tǒng)。適應(yīng)于任何海面、湖面和內(nèi)河上航行的船舶，從大型遠洋貨輪到私人游艇。1.2港口管理和進港引導(dǎo)　　這種系統(tǒng)主要用在港口/碼頭的船舶調(diào)度

4、管理、進港船舶引導(dǎo)，以確保港口/碼頭航行的安全和秩序。該系統(tǒng)需要雙向數(shù)據(jù)/話音通信，以便于領(lǐng)航員引導(dǎo)船舶；港區(qū)情境/海圖顯示，以表明停泊的船舶和可利用的進港航線，避免沖撞。這種系統(tǒng)對導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求高，要采用差分GPS和其他增強技術(shù)。1.3航路交通管理系統(tǒng)　　這類系統(tǒng)與2類似，但主要用于近海和內(nèi)陸河航路上的船舶導(dǎo)航和管理，通常需要衛(wèi)星通訊系統(tǒng)支持，如INMARSAT等。1.4跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)　　這類系統(tǒng)主要用于海上巡邏艇、緝私艇及各種游艇，特別是私人游艇以防盜。根據(jù)具體的使用對象，有些系統(tǒng)需要給出導(dǎo)航參量和雙向數(shù)

5、據(jù)/話音通訊，如緝私艇。而有時則不需要給出導(dǎo)航參量，如用于私人游艇防盜，僅需要單向數(shù)據(jù)通訊，一旦發(fā)生被盜，游艇上的導(dǎo)航系統(tǒng)不斷把自己的位置和航向送到有關(guān)中心，以便于跟蹤。1.4緊急救援系統(tǒng)　　系統(tǒng)也包括兩棲飛機，直升機和陸地車輛。它適應(yīng)于所有五類航路，用于搜尋和救援各種海面、湖面、內(nèi)河上的遇險、遇難船舶和人員。這類系統(tǒng)需要雙向數(shù)據(jù)/話音通信，要求響應(yīng)時間快、定位精度高。1.5GPS/聲納組合用于水下機器人導(dǎo)航　　該類組合系統(tǒng)可用于水下管道鋪設(shè)和維修（需要視覺系統(tǒng)），水文測量以及其它海下作業(yè)，如用于港口/碼頭水下

6、勘測，以便于進場航道阻塞物清除，保證航道暢通，也可用于遠洋捕撈，漁船作業(yè)引導(dǎo)等。1.6其它應(yīng)用　　所采用的導(dǎo)航技術(shù)主要有：GPS（GNSS）；聲納技術(shù)；INS；航海圖無線電導(dǎo)航技術(shù)；圖象匹配技術(shù)；其它技術(shù)。所采用通信技術(shù)主要有：FM和TV副載波單向數(shù)據(jù)/話音通信；信標臺網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)通信；集群通信；蜂窩通信；陸基移動數(shù)字通信；衛(wèi)星移動通信；流量余跡通信等。前5種通信技術(shù)主要用于近海、內(nèi)河和湖泊區(qū)域。2.GPS航空導(dǎo)航應(yīng)用　　盡管從純技術(shù)革新和進步的意義上講，第一代TRANSIT衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開創(chuàng)了導(dǎo)航技術(shù)的新紀元。但

7、TRANSIT并未在航空導(dǎo)航領(lǐng)域得到應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)真正用于航空導(dǎo)航可以說是始于GPS系統(tǒng)。70年代初期，當GPS計劃正在醞釀和方案論證階段，有人就提出用有限的GPS衛(wèi)星和高度表組合實現(xiàn)飛機導(dǎo)航、進場和起飛，并進行了大量的仿真研究。80年代初，即1983年，在當時僅有5顆GPS衛(wèi)星的情況下，ROCKWELL的商用機SABRELINER（軍刀）就載著《航空周刊和空間技術(shù)》的公正觀測員和幾名客人，從美國的衣阿華州首航大西洋到達法國的巴黎，其導(dǎo)航系統(tǒng)使用一臺單通道雙頻軍用GPS接收機和一臺單通道單頻民用GPS接收機

8、進行全程GPS導(dǎo)航，中途有四次著陸主要是為了等待GPS衛(wèi)星信號。這次GPS導(dǎo)航是成功的，但FAA的官員對于利用GPS進行航空導(dǎo)航仍持保留態(tài)度和疑慮，這些疑慮主要表現(xiàn)在以下幾方面：選擇可用性問題；5顆衛(wèi)星覆蓋的連續(xù)性和可用性問題；完善性問題；費用（包括用戶系統(tǒng)價格和GPS收費）；　　選擇可用性影響GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完善性、可用性和服務(wù)連續(xù)性，影響GPS用于航空導(dǎo)航可靠性和航行安全，而