各种导航设备性能特点和适用场合以及综合导航系统的组成和性能

1、 各种导航设备的性能特点和适用场合

（1）GPS

性能特点：全球全天候定位；定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；仪器操作简便；可提供全球统一的三维地心坐标（使用世界大地坐标系WGS-84）；应用广泛。

适用场合：道路工程中的应用；巡更应用；汽车导航和交通管理中的应用（例如：车辆跟踪、提供出行路线规划和导航、信息查询、话务指挥、紧急援助等）；其它（例如：以空间卫星上的精确时钟为基础，传送精确时间和频率，进行精确时间或频率的控制，可为许多工程实验服务；利用GPS获得气象数据，为某些实验和工程应用）等。

（2）GLONASS

性能特点：全球全天候定位；定位精度高；具有更强的抗干扰能力（卫星发射的载波频率不同，可防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰）。

适用场合：为海军舰船、空军飞机、陆军坦克、装甲车、炮车等提供精确导航；在精密导弹制导、C3I精密敌我态势产生、部队准确的机动和配合、武器系统的精确瞄准等方面的应用；在大地和海洋测绘、邮电通信、地质勘探、石油开发、地震预报、地面交通管理等各种国民经济领域的应用等。

（3）Galileosatellite navigation system

性能特点：可以发送实时的高精度定位信息；能够保证在许多特殊情况下提供服务，若失败也可在几秒钟内通知客户；高可靠性定位服务，完全非军方控制、管理，可以进行覆盖全球的导航和定位功能；可发现1米长的目标。

适用场合：主要用于民用领域。基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援(SAR功能)；扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业等。

（4）中国北斗BDS

性能特点：系统用户终端具有双向报文通信功能（用户一次可传送40-60个汉字的短报文信息；系统一次可传送120个汉字的信息）；具有精密授时功能（可向用户提供20ns-100ns时间同步精度）；定位水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米；工作频率为2491.75MHz；系统容纳的最大用户数可达540000户/小时。

适用场合：军用功能（运动目标的定位导航；为缩短反应时间的武器具有发射位置的快速定位；人员搜救、水上排雷的定位需求等）；民用功能方面应用有个人位置服务（使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到路线）、气象应用、道路交通管理、铁路智能交通、海运和水运等。

（5）Loran

性能特点：作用距离可达2000公里；远程；低频。

适用场合：陆、海、空通用的一种导航定位系统。

（6）惯性导航系统（INS）

性能特点：优点——自主性强；隐蔽性好；可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下；实时性，连续能提供航速、舰位、航向角、纵横摇角信息。

         缺点——定位误差随时间而增大，长期精度差；每次使用之前需要较长的初始对准时间；设备的价格较昂贵；不能给出时间信息。

适用场合：飞机、潜艇、航天飞机等运输工具及导弹等。

（7）无线电导航设备

 ①伏尔导航系统VORnavigation system

性能特点：计算准确度为±3.9°(95%概率)，实际准确度为±4.5°（95%概率）；可克服中波和长波无线电信标传播特性不稳定、作用距离短的缺点；是甚高频（108～118兆赫）视线距离导航系统；飞机飞行高度在 4400米以上时，稳定的作用距离可达200公里以上；存在多径反射干扰的缺点，对选择设台场地有一定要求。

适用场合：适于在高层空域导航，应用在航路上和终端区。

②地美依导航系统distancemeasuring equipment

性能特点：使用 252个频道，可与VOR配对使用；测距准确度，近距为±185米，远距为±370米；测出的飞机至地面台的距离为斜距；发射信号由于多径反射，机上可能遇到假锁定，产生的距离误差有时可大到几海里（可采用多路径波抑制技术消除）；与VOR同台结合成为VOR--DME导航系统，属极坐标式导航定位系统，可同时提供飞机对地面台的方位和距离。

适用场合：近程航空导航系统（为飞机提供距离信息）；VOR--DME导航系统成为世界上大部分地区主要的导航手段。

③奥米加导航系统

性能特点：信号传输过程衰减较小；距离达9291296.4km；定位准确度为18523704m；采用“差转奥米加方式”进行定位误差修正技术，可提高其定位精度，一般可达200-300m；全世界设置了8个发射台，可实现全天候，全球性无线电导航定位，作用距离可达1万多公里；只要设置8个地面台，工作区域可覆盖全球。

适用场合：在军事上的用途十分明显：可为水下10-20米航行的艇进行导航定位。

④多普勒导航雷达

性能特点：测速误差约为0.2%,测偏流角误差约为 ±0.5°；在海面工作时，测速误差可增至4%，经修正后仍可达1%；机上唯一能精测地速和偏流角的设备，有一定的抗干扰能力。

适用场合：主要应用于轰炸机、运输机、侦察机、无人驾驶飞机和直升飞机，在民航飞机上也可使用。

⑤测向仪与指向标

性能特点：指向标——沿海无线电信标工作于275～335千赫频段，工作距离较远的信标在相同频率上工作时，按时序发射，以防止相互干扰；均使用固定频率、固定识别信号（莫尔斯码），可间歇发射，在间断期间发射识别信号。

         测向仪——测出可靠方位的距离较小，主要限于沿海水域。

适用场合：近程和中程海上导航用的无线电测向设备。

⑥塔康导航系统Tacannavigation system

性能特点：作用距离为400～500公里，能同时测定地面台相对飞机的方位角和距离；工作频段为962～1213兆赫；采用多瓣技术，具有精测通道，故测向精度比伏尔导航系统高；此系统是点源系统，地面台可机动转移，在复杂地形和战时布台很方便。

适用场合：军用设备（战术空中导航系统）；测距部分可作为民用测距器（40年代后期，民航已采用VOR--DME导航系统测距）。

⑦船用导航雷达(marineradar )

性能特点：具有航行防撞作用。

适用场合：航海领域，适用于黑夜、雾天引导船只出入海湾、通过窄水道和沿海航行。

⑧无线电罗盘与归航台

性能特点：方位准确度主要受电磁波极化变化的影响；采用地波，不宜利用天波；夜间天波强，使罗盘准确度下降；罗盘在信号强度达50微伏/米以上时方能正常工作；实际应用中，方位的测量准确度在±3°～±10°。

适用场合：供飞机测向用的最早的无线电导航设备。

 

2、综合导航系统的组成和性能

过去，一个导航系统只能完成导航功能。而通信、监视、授时、指挥控制、武器制导以及气象探测等功能又各自依赖不同的系统来完成。因此，舰船、飞机等运动体上，各式各样的电子设备需占用航行体大量的空间和载荷，不仅消耗电源功率大，而且很难避免相互间的干扰，以至于严重影响各系统性能的发挥。于是专家们研究设计利用同一设备，在一个频道和一副天线上同时完成多种功能的综合导航系统。自60年代开始，美、法、德等国家都从各自的需要出发，努力探索综合化的途径。军事部门最为积极，因为随着战争的现代化，迫切需要一种适于海陆空三军共用的多功能综合导航系统。

（以船舶为例）分立仪器导航与综合导航系统比较主要有以下缺点：

①不能提供综合导航信息，功能比较单一，不利于船舶向驾通合一，驾机合一的现代化、自动化发展。

②驾驶人员必须经过一种仪器或多种仪器测量后再将得到的各种数据进行人工分析利用。这种做法，一是容易产生误差或过失。二是驾驶员用较长的时间和精力进行计算、作图和分析判断，难以及时有效地采取安全航行措施，给安全航行带来威胁。例如，在避让过程中，因不能随时掌握船位而导致船舶搁浅或触礁，定位时因忽视了望而导致碰撞；大风浪中避让时，由于船舶稳性变化而造成船舶颠覆等。

③各种导航仪器分立使用，测量信息得不到充分利用，不能有效地保证对船舶导航以及对船舶状态的监控。例如，陀螺罗经的工作情况；自动舵的工作情况；主机的工作情况；船舶稳性情况等。

④电子海图已经开始在船上安全使用，使分立仪器的使用显得更为不便。例如，GPS定位信息不能直接在电子海图上显示，需要人工操作后才能显示；输入到电子海图对的航向、航速、定位信息等往往是单一的，不能进行互相比较、相互监测，难以做到采用最可靠、最精确的数据进行最佳导航。

（以船舶为例）综合导航的优越性：

①可以将各种仪器测量得到的数据通过计算处理进行综合分析利用。可以连续精确地显示船位和自动修正并保持航向，不需要人工操作。

②在电子海图上根据天气情况、海况、通航条件等设计最佳航线，并进行自动航行。

③在任何气象条件下，及时判明船舶的会遇状态，采取避让措施，并自动避让。

④克服了人工测量导航数据费时费力，容易产生人为错误和误差，而且测量精度低的缺点。

⑤可以对船舶状态（如船体强度、船舶稳性、货舱情况、主机各项参数等），各主要航海仪器的工作状态等，进行自动测量、监控。

⑥有利于船舶自动化管理。

 

（2）答：综合导航系统主要是由对现有各种导航设备的组合、信息的综合显示以及航行管理功能等组成。

例如：

船舶综合导航系统（当前主要发展方向：运用现代网络技术与信息融合技术实现各种导航系统的物理连接和信息综合集成）。

组成：

①导航传感器：包括船舶自动识别系统(AIS)、GPS、INS、Loran C、多普勒计程仪回声测深仪(EchoSounder)、气象仪和导航雷达天线。

②信息处理设备：包括导航信息融合处理集成装置和自动雷达标绘仪(ARPA)。

③导航监控设备：包括电子海图显示信息系统 (ECDIS)和导航用户客户端。

④导航数据库：包括水文、气象、航路、港口和海图等各种航行数据。

⑤系统通信网络：包括船用双冗余局域网(LAN)和导航传感器通信接口(SINT)。

性能：

船舶综合导航系统通过网络将各种导航设备信息传入计算机，利用信息融合技术综合处理，得到本船最佳的导航信息；然后，通过电子海图实时动态地显示船舶的综合航行态势。这样，不仅提高了导航信息精度，而且扩展了单一导航系统或设备的功能，从而构成高精度、高可靠性、多功能的现代船舶综合导航系统。