导航技术在现代生活中的应用

导航用户可以分为军用和民用两大类。由于军事平台和任务环境与民用有差异,所以导航分为军事导航和民用导航。例如,在交通运输方面,理论上民用导航服务侧重于交通线,而军事导航则要求包括水下区域在内的区域覆盖。民用航线主要设置在有较大货运和客运流量的城市与口岸之间,定期(或不定期)的空运(或海运)沿着交通线进行,为它服务的导航台设施较为固定,只随着交通运输的发展而逐步扩展与升级。军事导航则随着任务的需要有一定的变动性。总之,民用导航首先保障航行安全,同时必须考虑经济效益,因此在应用中高效费比或者用户设备太贵的系统都难以被推广。军事导航首先满足执行任务的需要,然后考虑经济因素。当然,虽然军用导航和民用导航有所差异,但也不是截然不同的两种技术。军用导航和民用导航系统主要都提供实时定位功能,有些系统是因为军事需要而发展起来的(如奥米伽系统、罗兰-C系统和子午仪系统等),后来开放为民用系统,成为军民合用系统。另外,军事载体上也常常装有民用导航设备,从经济和导航信息多途径保障方面来看,这都是合理的。

1.1.4.1　民用导航

民用导航可以分为大众应用和行业应用。大众应用是指汽车导航、车辆信息服务、跟踪监控、紧急救援、移动位置服务等；行业应用一般是电力、水利等部门的网络系统中心、应用中心、数据服务中心等。根据运动载体在运动过程中的不同阶段对导航指标参数要求的不同,民用导航的发展可以分为不同的导航阶段。

对陆地导航而言,一般不区分导航阶段,而将其主要分为两类：交通类,包括公路交通、铁路交通；非交通类,包括越野、农业、紧急救援、安保、娱乐、行人导航、机器控制、机器人、动态测量(精密导航)、环境监测、授时等。陆地导航系统的发展经历了从简单到复杂、从低精度到高精度的历程,其应用领域不断扩大,人们日常生活中的许多运动载体和活动目标都离不开导航,陆地导航发挥着越来越重要的作用。

航海导航可以分为四个阶段：远洋航行导航；沿岸航行导航；进港导航；内陆河道导航。自人类开始海上航行以来,船舶导航的方法大致经历了船位推算导航、陆标导航、天文导航、无线电导航,目前已经进入卫星导航时代。航海导航的具体应用包括：将GPS应用在船舶航行、港口管理和进港引导、跟踪监视、紧急救援等方面,以保证导航的精度,从而有效地避免船只搁浅和碰撞；我国以北斗卫星导航系统为基础构建的“北斗”卫星海洋渔业综合信息服务网,能向渔业管理部门提供船位监控、紧急救援、政策发布等,从而能有效地提高渔业管理部门的渔船安全生产保障水平、提高渔民收入等。

航空导航可以分为四个主要阶段：航路导航；终端区引导；进近/着陆导航；地面滑行引导。在现代航空中,为了保证民航飞机的安全活动,建立了空中交通管理(Air Traffic Management,ATM)系统,它包括空域管理、空中交通流量管理和空中交通服务。通信、导航和监视(Communication Navigation Surveillance,CNS)都是现代航空的必要支持。随着21世纪的到来,日益繁忙的空中交通量对ATM和CNS提出了更高的要求。1983年,世界民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)得出结论：开发卫星技术是克服现有系统局限性并在全球范围内满足未来的成本―效益要求的唯一途径。卫星导航系统为航空导航应用提供了新的可能的手段,除了对卫星导航的直接利用外,还可以以卫星导航系统为基础,向CNS/ATM 空域系统过渡,实现区域导航、自动相关监视等功能。(www.xing528.com)

深空导航可以分为六个主要的阶段：分离段、巡航段、交会捕获段、大气飞行段、环绕轨道段、下降与着陆段。分离段的自主导航系统主要采用基于地月及星光信息的自主导航,在定姿方面则使用星光观测结合惯性元件完成。在巡航段,使用天文导航或者图像视觉导航都可以满足需要,其中天文导航的应用范围更广、成本更低、可靠性更高,因此已经在多个深空任务巡航段飞行中获得应用。交会捕获段对探测器导航的精度要求较高,是将天文导航与图像视觉导航进行组合的典型应用。在大气飞行段,自主导航系统承担重要任务。在稀疏大气中飞行的探测器采用天文导航和图像视觉导航两种导航方法,同时结合惯性元件、雷达或激光测距测速设备来共同完成自主导航。环绕轨道段是探测器有效载荷工作的主要阶段之一,天文导航、图像视觉导航以及雷达或激光测距测速都是该阶段可用的有效导航手段,在多航天器任务中还会采用星间测量自主定轨等方案。下降与着陆段均要求能实时准确地测量和控制,且通过地面导航测量无法完成,必须依靠探测器的自主测量导航系统,需要采用多种快速可靠的导航测量手段,包括导航成像系统、IMU、雷达或者激光测距测速系统等。

1.1.4.2　军事导航

武装部队根据任务需要而执行指定的任务,军事导航就要为执行相关任务提供所需的支持。这种支持主要有两类：一类是为军事航行服务,即把军事载体从出发点沿着选定的航线,安全、准确、准时地引导到目的地；另一类是到达目的地后,支持执行任务所需的军事操作。军事导航主要应用于武器制导和军用车辆、飞机、舰船等的导航。

为了保证制导武器的可靠性,一般使用组合导航。美国的神剑导弹和ERGM增程制导弹都采用一个低成本的惯性测量装置和一个GPS接收机,GPS接收机从GPS星系中的至少4颗卫星上获取精确的位置和时间信号,对测量装置进行辅助制导,有效提高了打击精度。俄罗斯研制的SS-N-23弹道导弹(轻舟PCM-54)采用包括惯性/天文组合导航技术在内的复合制导系统,全程惯性制导；在第二级火箭分离后,首先进行一次星光导航校正,接着进行一次卫星导航校正,对飞行弹道进行纠偏；在第三级火箭分离后,4枚分导式核弹头可分别攻击各自的目标。除此之外,还有一些制导武器采用图像匹配制导。例如,美国的潘兴Ⅱ弹道导弹在末制导段采用雷达对目标地形进行环形扫描,在获得目标区域的雷达图像后,将该图像与弹上预存的参考图像进行相关匹配(实时雷达图像中的最佳匹配点将在参考图像中找到),计算出弹头相对于目标的准确位置,该位置信息可用于校正弹道。

现代潜艇和无人潜航器水下作战都离不开精确定位与导航,潜艇的导航主要依靠惯性导航系统。惯性导航系统是目前唯一能向核潜艇导航和武器发射提供必备的全部数据的设备,在军事应用上有着极其重要的意义。