無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程——鄭友泉

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1、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程清華大學(xué)電子工程系鄭友泉偉清樓1104，62773632yqzheng@tsinghua.edu.cn無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程1無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)概述1.1導(dǎo)航與定位的基本概念1.2無(wú)線電定位技術(shù)1.3無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.4無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)1.5無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用2陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)3星基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)21.1定位的基本概念（1）?定位與定位系統(tǒng)的定義定位是在一個(gè)特定坐標(biāo)系中確定目標(biāo)空間位置的技術(shù)。目標(biāo)可以是相對(duì)靜止的（如地面建筑物），也可以是運(yùn)動(dòng)的（如車輛、艦船、飛行器等），甚至是人或動(dòng)物。一般來(lái)說(shuō)，由于應(yīng)用背景的

2、不同，所采用的坐標(biāo)系也有所不同。因而，用來(lái)描述這個(gè)位置參數(shù)也不同。但是，不同的參數(shù)之間存在換算關(guān)系。在地心地球固連（ECEF）坐標(biāo)系中，一般采用（經(jīng)度，緯度，海拔高度）來(lái)描述一個(gè)目標(biāo)的位置。能夠?qū)崿F(xiàn)定位的裝置就是定位系統(tǒng)。31.1定位的基本概念（2）?導(dǎo)航與定位與定位相關(guān)的一些概念：導(dǎo)航、雷達(dá)、聲納、測(cè)向等。導(dǎo)航：引導(dǎo)運(yùn)載體（飛機(jī)、船舶、車輛、航天器等）或個(gè)人，沿所選定的路線安全、準(zhǔn)時(shí)地到達(dá)目的地的技術(shù)。導(dǎo)航與定位的關(guān)系：導(dǎo)航的基本問(wèn)題是“我在哪里？”，因此，定位是導(dǎo)航的基礎(chǔ)，導(dǎo)航是定位技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用。但定位的應(yīng)用不止導(dǎo)航，導(dǎo)航的內(nèi)容也不只是定位。導(dǎo)航定位：由于

3、早期的定位技術(shù)基本上是為導(dǎo)航服務(wù)而開發(fā)的，因此，導(dǎo)航和定位技術(shù)密切相關(guān)，有時(shí)甚至不加區(qū)分，稱為導(dǎo)航定位。例如，陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)等。41.1定位的基本概念（3）?實(shí)現(xiàn)定位的主要方式定位的兩種基本的方式：自主式，它備式。自主式：定位系統(tǒng)只包括安裝在待定位的運(yùn)載體上的裝置的定位技術(shù)。例如：羅盤、陀螺儀等。它備式：定位系統(tǒng)不但包括安裝在待定位的運(yùn)載體上的裝置，還需要安裝在其它特定位置（參考點(diǎn)）的設(shè)備才能給出位置信息的定位技術(shù)。多數(shù)的無(wú)線定位系統(tǒng)都屬于他備式定位系統(tǒng)，例如，各種陸基無(wú)線定位系統(tǒng)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。51.2無(wú)線電定位技術(shù)（1）?無(wú)線電定位的概念

4、利用發(fā)射和接收電磁波來(lái)確定特定坐標(biāo)系中一個(gè)運(yùn)動(dòng)或者固定目標(biāo)位置的技術(shù)。無(wú)線電定位一般屬于他備式定位系統(tǒng)，既需要安裝在待定位的固定目標(biāo)或運(yùn)載體上的無(wú)線電裝置，也需要安裝在其它特定位置（參考點(diǎn)）的無(wú)線電設(shè)備才能給出位置信息。在無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)中，安裝在待定位的運(yùn)載體上的無(wú)線電裝置稱為導(dǎo)航儀，安裝在其它特定位置（參考點(diǎn)）的無(wú)線電設(shè)備稱為導(dǎo)航臺(tái)。61.2無(wú)線電定位技術(shù)（2）?兩種不同目的的定位（1）回答“我在哪里？”的問(wèn)題一般意義上的定位問(wèn)題。例如，大多數(shù)的無(wú)線導(dǎo)航定位系統(tǒng)（Loran-C、GPS、北斗-1/2等）、制導(dǎo)系統(tǒng)等。（2）回答“他在哪里？”的問(wèn)題通常屬于探測(cè)問(wèn)題，

5、但本質(zhì)上也是一個(gè)定位問(wèn)題。例如雷達(dá)、電子偵察、部分無(wú)線定位系統(tǒng)（北斗-1）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的定位等。71.2無(wú)線電定位技術(shù)（3）?無(wú)線電定位主要方式（體制）測(cè)方向（測(cè)角度）→多向交叉定位測(cè)距離→圓--圓定位測(cè)距離差→雙曲線定位測(cè)距離+測(cè)方向→極坐標(biāo)定位?無(wú)線電定位的主要特點(diǎn)：全天候、高精度、作用距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、應(yīng)用廣泛81.3無(wú)線電定位的主要性能指標(biāo)?精度?可用性和可靠度?覆蓋范圍?實(shí)時(shí)性（信息更新率）?多值性?系統(tǒng)容量?系統(tǒng)完善性?信息維數(shù)91.3無(wú)線電定位的主要性能指標(biāo)?精度定位系統(tǒng)為待定位目標(biāo)給出的位置信息與同時(shí)該目標(biāo)所在的真實(shí)位置之間的重合程度。由于存在各種

6、不確定因數(shù)，定位系統(tǒng)為待定位目標(biāo)給出的位置信息是一個(gè)估計(jì)值，即隨機(jī)變量，因此精度用統(tǒng)計(jì)值來(lái)表示。如果定位系統(tǒng)給出的是一維位置，如高度、方位，則精度用2σ（2倍標(biāo)準(zhǔn)差）來(lái)表示；如果定位系統(tǒng)給出的是二維（水平）位置則精度用2drms（2倍距離均方根誤差，民用）或者CEP（圓概率誤差，軍用）來(lái)表示。精度也有單次精度和重復(fù)精度之分。不同定位系統(tǒng)的精度從km級(jí)到mm級(jí)不等。101.3無(wú)線電定位的主要性能指標(biāo)?可用性和可靠度可用性（有效度）：定位系統(tǒng)的可用性指提供可用定位信息時(shí)間的百分比?？煽慷龋憾ㄎ幌到y(tǒng)在給定的使用條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以規(guī)定的性能完成其功能的概率。111.3

7、無(wú)線電定位的主要性能指標(biāo)?覆蓋范圍定位系統(tǒng)能夠以足夠的精度為用戶給出位置信息的一個(gè)區(qū)域（平面或者空間）。超近程（~100km）、近程（100~500km）、中程（500~1000km）、遠(yuǎn)程（1000~3000km）、超遠(yuǎn)程（3000km~）、全球?實(shí)時(shí)性（信息更新率）定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)提供位置和其它信息的次數(shù)。121.3無(wú)線電定位的主要性能指標(biāo)?多值性由于定位系統(tǒng)的體制不同，某些定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備給出的位置信息并不是不唯一的，有多種可能（多個(gè)解）。?系統(tǒng)容量在覆蓋區(qū)內(nèi)定位系統(tǒng)可以為用戶提供定位信息的最大數(shù)量。有限：有源用戶設(shè)備的定位系統(tǒng)（BD-1等