《导航定位技术》课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,导航,定位技术概论,Navigation and positioning technology,1,导航定位技术概论 Navigation a,本课程所涉及的主要内容,第一局部：导航定位技术理论根底,地球描述,坐标系,时间基准,第二局部：典型导航定位系统,典型导航定位系统的工作原理及特点,典型导航定位系统应用,辅助导航定位系统工作原理及应用,第三局部：组合导航定位系统,组合导航定位系统工作原理,组合导航的军事、民用上的应用 1,2,本课程所涉及的主要内容第一局部：导航定位技术理论根底2,考核方式,期末,：,大作业,参考教材：,导航定位系统工程,袁赣南等,惯性导航,秦永元,卫星导航定位工程,谭述森,其他,3,考核方式期末：大作业参考教材：导航定位系统工程 袁赣南等,4,导航,目的：在哪里？到哪里去？怎么去？,定义：以某种手段或方式引导航行体平安、准确、经济、便捷地在既定的时间内，按照既定的航行路线，准时地到达目的地。,导航要实时、连续的给出载体的位置、速度、加速度、航向等导航参数。,1、,导航,定位概念及相互关系,4,4导航1、导航定位概念及相互关系4,5,定位,目的：在哪里？,定义：以某种手段或方式,确定载体当前的位置,。,导航与定位关系,1、,导航,定位概念及相互关系,5,5定位1、导航定位概念及相互关系5,6,Navigation源于海洋中船舶的航行，起初人们是通过罗盘、天文等手段对航行在海洋中的船舶进展导向和领航，后来开展到陆地车辆以及空中飞行器的领航，以致Navigation逐渐被译成“导航。,2,、,导航,定位技术发展,6,6 Navigation源于海洋中船舶的航行，起初,7,最古老、最简单的导航方法是星历导航，人类通过观察星座的位置变化来确定自己的方位；古代人用鱼骨头充当六分仪，确定航线。最早的导航仪是中国人创造的指南针，几个世纪以来它经过不断的改进而变得越来越精细，并一直被人类广泛应用着；最早的航海表是英国人John Harrison经过47年的艰辛工作，于1761年创造的，在其随后的几个世纪里，人类通过综合地利用星历知识、指南针和航海表来进展导航和定位。,2,、,导航,定位技术发展,7,7 最古老、最简单的导航方法是星历导航，人类通过观察,8,2,、,导航,定位技术发展,8,8 2、导航定位技术发展8,9,2,、,导航,定位技术发展,9,9 2、导航定位技术发展9,10,随着科学技术开展，越来越多的方法和手段应用于导航定位方面，如无线电导航、视觉导航、量子导航等等。,2,、,导航,定位技术发展,10,10 随着科学技术开展，越来越多的方法和手段应用,无线电导航系统,现有导航系统,卫星导航系统,惯性导航系统,天文导航系统,地磁导航系统,组合导航系统,声学,导航系统,推位导航,3,、,导航,定位系统,分类,11,无线电导航系统现有导航系统卫星导航系统惯性导航系统天文导航系,在中国史书中记载的最早应用的导航仪是指南针，这是我国古代的四大创造之一。12世纪，欧洲人将原始的指南针改制成简单的船用罗经，并绘制出了地中海的地图，使欧洲的历史进入航海时代。,3.1 地磁导航Geomagnetic Navigation System,12,在中国史书中记载的最早应用的导航仪是指南针，这是我国,18世纪，大量钢铁的使用产生了强烈的磁场，传统的指南针出现了很大的、有规律的误差。经过人们不断的研究和改进，一直持续到第二次世界大战，最终使历史上曾发挥了巨大作用的简易罗盘转变成了今天我们看到的磁罗经，同时对磁罗经自差原理和消除自差的理论形成了一门完整的科学。,3.1 地磁导航Geomagnetic Navigation System,13,18世纪，大量钢铁的使用产生了强烈的磁,地磁导航原理：通过地磁传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机的地磁基准图进行匹配来定位。（由于地磁场为矢量场，在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其他地点的矢量，且与该地点的经纬度存在一一对应的关系。）,地磁导航具有无源、无辐射、全天候、全地域、能耗低的优良特征。,3.1 地磁导航Geomagnetic Navigation System,14,地磁导航原理：通过地磁传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机,由于电磁波在水中衰减很快，仅仅穿透数米就会丧失所有能量，相对而言，声波能传播几百公里而没有明显的吸收损失，因此可采用声发射机作为信标来导引水下载体的航行。目前，采用的声学导航主要有长基线LBL导航、短基线SBL导航和超短基线USBL导航。这三种形式都需事先在海域布放换能器或换能器阵，以此实现声学导航。换能器或阵声源信标或应答器发出的脉冲被一个或多个设在母船上的声学传感器接收，收到的脉冲信号经过处理并按预定的数学模型进展计算就可以得到声源的位置,3.2 声学导航,15,由于电磁波在水中衰减很快，仅仅穿透数米就会丧失所有能量，相对,3.2 声学导航,16,3.2 声学导航16,3.3 推位导航DR,Dead reckoning,根本原理：起始时刻的位置，速度的大小和方向可通过测量得到，那么下一时刻的位置可通过计算得到。,17,3.3 推位导航DR,Dead reckoning根,3.3 推位导航DR,Dead reckoning,组成：平台罗经-测向,计程仪水压、电磁、多普勒-测速,多普勒效应：当机械波或电磁波的发射源与接收点间沿两者连线方向存在相对速度时，接收频率与发射频率并不一样，这一频率差称为多普勒频移。,18,3.3 推位导航DR,Dead reckoning组,3.3 推位导航DR,Dead reckoning,19,3.3 推位导航DR,Dead reckoning1,3.4 惯性导航INS-Inertial navigation system,惯性导航是完全不依赖于外部声、光、电、磁传播的信号自主式的进行导航定位的手段，因而它不受地域的限制，不受自然和认为的干扰和影响，无论太空、空间、地面、地下、水面、水下都能全天候可靠的工作。,20,3.4 惯性导航INS-Inertial navigat,这种不依赖外界信息，只靠对载体(,vehicle,)本身的惯性测量来完成导航任务的技术称作惯性导航。,3.4 惯性导航INS-Inertial navigation system,21,这种不依赖外界信息，只靠对载体(vehicle)本身的惯性测,用什么测量加速度？加速度计 accelerometer,加速度计放在哪？平台platform,怎么保持平台方向？陀螺仪gyroscope,陀螺仪和加速度计是惯性系统最关键的核心惯性,器件！,3.4 惯性导航INS-Inertial navigation system,22,用什么测量加速度？加速度计 accelerometer,惯性导航的重要性,洲际导弹、战略远程轰炸机、导弹核潜艇构成了三大战略威慑力量。而这,三大战略威慑力量都离不开惯性技术的支撑。,3.4 惯性导航INS-Inertial navigation system,23,惯性导航的重要性3.4 惯性导航INS-Inertial,b.惯性导航系统的组成及工作原理,惯性导航系统的根本组成元件为陀螺仪和加速度计。,24,b.惯性导航系统的组成及工作原理24,各种惯性导航系统,25,各种惯性导航系统25,3,.,4,惯性导航（,INS-Inertial navigation system,）,26,3.4 惯性导航（INS-Inertial navigat,优点：,1依靠自身测量的加速度推算位置，自主式导航系统；,2不需要接收外部信息，不受外界干扰；,3不向外辐射能量，隐蔽性好；,4测量位置的同时，还能测量姿态角。,缺点：,1位置由加速度经二次积分获得，误差随时间积累；,2对惯性元件精度要求高，系统本钱高。,3.4 惯性导航INS-Inertial navigation system,27,优点：3.4 惯性导航INS-Inertial navi,无线电导航的基本任务是：测距和测向,1）在同一介质中，无线电波按直线传播；,2）在同一介质中，无线电波的传播速度为常数；,3）无线电波具有反射性。,无线电波的上述3个基本特性为测距和测角奠定了基础。利用直线传播特性可测定辐射电波的目标方向，而恒速特性可测定目标的距离。,3.5 无线电导航（Radio navigation）,28,无线电导航的基本任务是：测距和测向1）在同一介质中，无线电波,无线电导航主要有三种方法，即测量方位法、测量距离法和测量距离差法。,测量方位法,测量距离法,3.5 无线电导航Radio navigation,29,无线电导航主要有三种方法，即测量方位法、测量距离法和测量距离,测量距离差法,3.5 无线电导航Radio navigation,30,测量距离差法3.5 无线电导航Radio navigat,1.罗兰系统（LORAN）,主要用于航海，美国研制；,罗兰C 1957年建成，1960年以后得到大力发展；,罗兰C系统是一种低频脉冲双曲线导航系统，属于测距差双曲线导航系统，同时利用脉冲信号和载波相位来测量距离差，进而求得双曲线位置线实现定位。,罗兰C采用90110kHz的低频频率，该频率传播距离远，稳定性好。,3.5 无线电导航Radio navigation,31,1.罗兰系统（LORAN）3.5 无线电导航Radio,罗兰C的优点表现在：,1 工作频率为100kHz的低频波段，作用距离较远；,2 通过测量主台与副台脉冲包络的时间间隔，可粗测距离差；通过比较载波相位，可精测时间差，提高了测量精度；,3 采用脉冲相位编码，消除天波干扰，抑制其它干扰，且可用来区分主、副台信号和实现自动化测量。,3.5 无线电导航Radio navigation,32,3.5 无线电导航Radio navigation32,2.奥米伽系统OMEGA,用于航空与航海，美国研制；,1947年设计，1982年完成全部的建台工作；,1997年奥米伽系统宣布关闭。,奥米伽系统利用信号的相位信息来测量距离差。,奥米伽系统工作在1014kHz的甚低频段，传播距离远，仅用8个发射台就可覆盖全球，在长距离航行中能自动、连续地提供载体的当前位置及各种导航数据。,3.5 无线电导航Radio navigation,33,2.奥米伽系统OMEGA3.5 无线电导航Radio,奥米伽导航系统具有如下特点：,1 工作连续，覆盖范围广：系统工作在甚低频段，长波的穿透力强，传播衰减小，所以作用距离远；,2 可深入水下：系统信号可以深入水下2030m，能为水下一定深度的潜艇提供定位效劳。,3 信号传播受环境影响：地表条件、气象状况、地理位置等因素会造成甚低频率信号的传播异常。,由于系统的精度不高，设备昂贵，数据更新率低等，所以的历史寿命并不长，随着美国GPS方案的实现，1997年美国宣布关闭该系统。,3.5 无线电导航Radio navigation,34,奥米伽导航系统具有如下特点：3.5 无线电导航Radio,工作原理,卫星定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面播送发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。,3.6 卫星导航Satellite navigation,35,工作原理 3.6 卫星导航Satellite navig,3.6 卫星导航Satellite navigation,车辆导航管理,对航空器的定位及导航,车辆导航,配备,GPS,的巡警,36,3.6 卫星导航Satellite navigation,3.6 卫星导航Satellite navigation,系统组成：,空间部分（卫星）：发送某种时间信号、测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。,地面控制部分：精确测定卫星的轨道坐标、时钟差异，确定系统运行状态，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的卫星轨道纠正等。,用户部分：接收卫星广播发送