结课论文
课题
无线导航技术的历史现状和未来
无线导航技术的历史现状和未来
无线导航技术是指利用无线电引导飞行器沿规定航线、在规定时间达到目的地的航行技术。利用无线电波的传播特性可测定飞行器的导航参量（方位、距离和速度），算出与规定航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消除偏差以保持正确航线。
它通过无线电波的接收、发射和处理，导航设备能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量（几何参量）。通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。
无线电导航根据运载工具的不同有不同的分类:船舶无线电导航和飞行器导航。
无线电导航有着不受时间、天气，精度高，作用距离远方,定位时间短，设备简单可靠等优点；但是它必须辐射和接收无线电波所以易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备无法使用，同时也易发生故障。
一、无线电导航发展历史
20世纪20～30年代，无线电测向是航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。不过它后来已成为一种辅助手段。第二次世界大战期间，无线电导航技术迅速发展，出现了各种导航系统。雷达也开始在舰船和飞机上用作导航手段。飞机着陆开始使用雷达和仪表着陆系统。60年代出现子午仪卫星导航系统。70年代微波着陆引导系统研制成功。80年代，同步测距全球定位系统研制成功。无线电导航在军事和民用方面有着广阔的应用前景。无线电导航技术的发展分为以下三个阶段
第一阶段（从20世纪初至二战前）
在10s,欧洲发明航海用的无线电信标，利用船上的无线电测向设备提供导航定位信息。在20s~30s，欧洲利用船上的雷达实现导航定位，欧洲美洲开始使用四航道信标，航空用的无线电信标以及垂直指点信标。在这个阶段主要以测向技术为主，早期主要应用于航海，后来渐渐应用于航空。在这段期间出现了以下几种无线导航定位系统：
1、四航道信标
1929年 航空用四航道信标(0.2~0.4MHz)
2、扇形无线电信标
3、自动定向机（ADF）一无方向信标（NDB）
4、仪表着路系统（ILS）
5、无线电高度表（LRRA）
导航定位是无线电技术继通信之后的第二个应用领域
第二阶段（从二战至20世纪60年代初）
在这个阶段的几种主要的定位导航系统有：
1、台卡系统（DECCA）
连续波信号，频率为70~129kHz，双曲线
2、罗兰系统（LORAN）
罗兰A
问世于40年代，工作频率为 1950千赫，用于海上，作用距离白天700海里，夜间450海里;定位精度白天0.5海里，夜间数海里。全球建有83个台，罗兰C问世后该系统陆续退出历史舞台。1968年我国研制成功，叫“长河一号”工程，双曲线定位，覆盖我国沿海1000公里海域，从北部海域到海南岛沿海岸建设了10座导航台，昼夜发射导航信号。舰船上安装“长河一号”船载定位仪，便可导航定位。共计生产了4581台定位仪。系统一直使用到1995年是当时我民舰船的主要导航设备。
罗兰C
罗兰-C是低频、脉冲式的双曲线无线电导航与定位系统，它是在40年代由美国麻省理工学院应美国陆军的要求而研制的。当时要求是能全天候导引飞机，能远距离工作(离发射台926km)，并且在一万多米的高空也能收到信号。1958年，罗兰-C投入使用。罗兰-C是一种远距离(1850km)、低频(100kHz)的双曲线无线电导航系统，它使用两个同步发射器信号到达的时间差来定位。较低的频率允许地波沿地球表面曲面传播较远的距离，多脉冲允许接收机把天波与地波区分开来。根据不同的几何条件、接收机测时精度及传播条件，罗兰-C可以提供100～200m的精度。在60年代中期，美国空军开始研制罗兰-D，它是C型的一种短距、战术型的版本，作用距离在1100km。
3、奥米伽系统（OMEGA）
奥米加导航系统 (Omega navigation system)，是全球范围的导航系统，定位精度为1.6～3.2公里，它由机上接收装置、显示器和地面发射台组成。飞行器一般可接收到5个地面台发射的连续电磁波信号。电波的行程差和相位差有确定的关系，测定两个台发射的信号的相位差，就得到飞行器到两个地面台的距离差。对应恒定相位差（即恒定距离差）的点的轨迹是一条以这两个地面台为焦点的双曲线位置线（见飞机导航系统）。同理，由另一对地面台得到另一条双曲线。根据这两条双曲线的交点即可定出飞行器的位置。由于连续电磁波是周期性的，相位差也作周期性变化，因而无法由相位差单值地确定距离差。距离差与相位差存在单值关系的区域称为巷道宽度，其值为电波波长的1/2。这样就存在一个巷道识别问题,可采用先粗测后精测的方法来解决。各地面台先发射一个10.2千赫的信号，这时对应的精测巷道宽度为14.7公里。为消除相位差周期性变化带来的多值性，须判断精测巷道的位置。每个台再发射一个13.6千赫的信号，测出两个地面台两个第一差频(3.4千赫)的相位差,就得到粗测的距离差值。第一个信号频率是第一差频的3倍,所以第一差频的巷道宽度是第一个信号频率巷道宽度的3倍,即44公里。于是可在此粗测的44公里范围内，定出精测巷道的位置。同理，各地面台再发射一个11.33千赫的信号,与第一个信号的差频为1.13千赫,可把粗测巷道宽度扩大到132公里。每个地面台轮流发射频率为10.2、11.33、13.6千赫的3个信号。在实际工作时,从接收机得到的是巷道的计数，可通过特制的导航图把奥米加巷道数字转换成以经纬度为单位的地理坐标位置。由于基线（两个台之间的连线）长，奥米加导航系统测量位置线的几何误差较小。这种系统的误差主要是电波传播速度因季节和昼夜而异所致。
4、多普勒导航雷达
利用多普勒效应测量飞机飞行速度的机载导航雷达，与机上航向设备、导航计算机等组成自主式航位推算多普勒导航系统。多普勒效应用于飞机导航的研究开始于1945年末。主要工作是使设备减轻重量、小型化和多功能，提高可靠性和同其他设备组合使用。
5、甚高频全向信标（VOR）
6、测距机（DME）
1955年由美方研制并投入使用。
作用范围：近程航空无线电导航定位系统，以地面设备为中心，半径350~370公里（飞机高度10000m）。
工作原理：方位和距离，基本等同与伏尔（VOR）与测距器（DME）的组合使用。
工作频段：962~1213MHz
应用：军用机场、航母等。
7、无向信标（NDB）
第三阶段（从20世纪60年代中期到20世纪末）
60s NNSS/Transit（子午仪）
TSIKADA（前苏联的第一代卫星定位系统）
70s NAVSTAR/GPS原理验证、方案论证
80s NAVSTAR/GPS研制
GLONASS研制
北斗一号预研
90s NAVSTAR/GPS投入运行
GLONASS投入运行
Galileo预研
北斗一号系统研制
蜂窝无线通信系统中的定位技术研究
二、无线导航技术的发展现状
在当代，无线导航技术的发展有如下的特点
1、广泛采用数字技术和计算机技术，提高已有的性能优良的导航系统的数字化程度，提高其导航性能，并使系统具备故障诊断能力。
2、发展组合导航系统，如INS/GNSS组合系统。
3、研制新的更先进导航系统，如GPS、GLONASS、GALILEO、北斗卫星导航系统。
4、卫星导航系统的增强技术，如陆基增强系统（GBAS）、星基增强系统（SBAS）、飞机增强系统（ABAS）
三、无线电导航未来发展展望
当前现行导航体系正处于逐步向新体系过渡的时期。
现代化的国防建设和现代化的经济建设，推动着新导航系统发展，对新导航体系提出了越来越高的要求，它将提高各类交通运输的安全和效率。同时，将为现代化战争提供强有力的、极为广泛的精度更高、性能更好的支持。
在国际上，从海湾战争到沙漠之狐，再到科索沃与伊拉克战争的各次战例，充分显示导航系统在现代化战争中的地位和作用。它不仅仅作为一般的航行保障，而且已经成为各种武器平台和军事系统的直接组成部分。
新导航系统将为飞机、舰船、导弹、、卫星、战车、步兵、精确武器打击系统、自动化指挥控制系统、军事测绘等部门，提供执行各类任务所需要的位置(P)、速度(V)与时间（T）信息。导航系统已经成为进行训练，机动展开、进攻、防卫和作后勤支持的必不可少的信息源。
导航几乎渗透到战争的全过程，从战争开始，集结、调动、部署到战争进程中指挥控制、机动和精确打击、综合后勤支持，都需大量使用导航信息。
各发达国家对导航技术的发展，给予越来越大的关注，并斥巨资来发展各类新系统以取得政治、军事经济上的优势。
在这种现状下对新导航系统的主要要求有以下几点
（1） 较大的覆盖范围，最理想是能全球覆盖。
（2）能提供实时的三维位置、三维速度和时间信息。
（3）提供高的定位精度，精度越高，作用越大，用途越广。
（4）足够的导航信息更新率。
（5）系统容量大，能为无限的用户提供导航服务。
（6）用户设备希望不发射信号，无源工作，体积小，重量轻，耗电小，操作简单，具有方便的坐标变换能力。
（7）安全性好，具有保密、反利用、抗摧毁和抗干扰能力。
（8）系统要具有良好的可用性、完善性与工作的连续性。
为实现上述诸要求，新导航系统将向下述方向发展：
1、GPS的现代化
）增加两个新的民用信号频率;
）提高卫星集成度;
）增加信号强度;
）改进导航电文;
）改善导航定位精度;
）强化抗干扰能力。
2、GLONASS的更新
1)改进地面测控站设施;
延长卫星在轨寿命;
提高系统性能。
3、北斗一号的研究
