無人機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)前言無人機(jī)是一種通過地面遙控操縱或自身的飛行控制系統(tǒng)自主執(zhí)行飛行任務(wù)的飛行器。相比于有人駕駛飛機(jī)，無人機(jī)具有體積小、造價低、機(jī)動強(qiáng)、隱蔽性好以及戰(zhàn)場生存率高等突出優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在近數(shù)十年的局部戰(zhàn)爭中，無人機(jī)用于軍事偵察監(jiān)視、電子戰(zhàn)對抗、火力勘察、攻擊地/海目標(biāo)、預(yù)警等，展現(xiàn)了其突出戰(zhàn)績，已成為軍隊?wèi)?zhàn)斗力的倍增器。人機(jī)屬于機(jī)器人的一個分支，等同于“會飛的機(jī)器人”。隨著人工智能、無人機(jī)探測和避險、控制與交互、圖片處理傳輸、電池續(xù)航能力等技術(shù)手段的進(jìn)步，以及無人機(jī)管理框架、無人機(jī)操作立法等管理體系的出臺，無人機(jī)商業(yè)應(yīng)用方面也得到了快速發(fā)展。目前，無人機(jī)已在航拍、公安巡檢、農(nóng)業(yè)植保、森林防護(hù)、城市管理、現(xiàn)場直播、航空測量、航空救災(zāi)支援等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為國家經(jīng)濟(jì)的一個新的增長點。美國和以色列作為無人機(jī)大國，已將無人機(jī)越來越多地運用到各行各業(yè)中，如美國國家航空航天局(NASA)無人機(jī)應(yīng)用中心將大型高空無人機(jī)改造，用來進(jìn)行對颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的監(jiān)視和研究工作，無人機(jī)在美國也被廣泛地用于土地管理和野生動物監(jiān)測等領(lǐng)域。無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)完成給定任務(wù)的關(guān)鍵要素之一。精準(zhǔn)的無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)完成飛行任務(wù)的必要條件。對于操控員，需要實時地知道任何時刻無人機(jī)的位置。目前，無人機(jī)上裝載的導(dǎo)航系統(tǒng)主要有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、無線電跟蹤系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航、圖形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航和天文導(dǎo)航等，根據(jù)無人機(jī)的功能用途搭載導(dǎo)航設(shè)備，有的無人機(jī)為確保目標(biāo)任務(wù)要求安裝了組合導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著新型慣導(dǎo)系統(tǒng)及新型組合導(dǎo)航技術(shù)的研制和應(yīng)用，未來的無人機(jī)導(dǎo)航將會根據(jù)使用需求和作戰(zhàn)環(huán)境的變化臨時調(diào)整或重新制定飛行計劃，運用多傳感器技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論適時適應(yīng)無人機(jī)的任務(wù)特點及作戰(zhàn)環(huán)境，具備對不確知環(huán)境的智能性、自適應(yīng)性的導(dǎo)航能力?？梢灶A(yù)見，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多信息融合組合導(dǎo)航技術(shù)可以有效滿足對無人機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)自主性、實時性、可靠性及高精度的要求，是無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。謝謝！劉振華2018年7月無人機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)第一章緒論1.1無人機(jī)發(fā)展歷程1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)1.3星基導(dǎo)航定位系統(tǒng)第一章緒論1.1.1無人機(jī)發(fā)展的三個階段1.1.2民用無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1.3無人機(jī)的發(fā)展趨勢1.1.4無人機(jī)的主要用途及導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展1.1無人機(jī)發(fā)展歷程第一章緒論1.1.1無人機(jī)發(fā)展的三個階段1.1無人機(jī)發(fā)展歷程1．萌芽期1917年：斯佩里（Sperry）空中魚雷號第一章緒論1.1.1無人機(jī)發(fā)展的三個階段1.1無人機(jī)發(fā)展歷程2.發(fā)展期先鋒RQ-2A（1986年）2.發(fā)展期RQ-7B幻影200（2004年）第一章緒論1.1.1無人機(jī)發(fā)展的三個階段1.1無人機(jī)發(fā)展歷程3.蓬勃期大疆的phantom2vision+第一章緒論1.2.1羅盤1.2.2無線電信標(biāo)1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)第一章緒論1.2.1羅盤1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)它利用地磁場南北極的屬性，將兩極磁體做成叫做羅盤的儀器，用來方便地測定客體所處方位，它在任意位置都能準(zhǔn)確地給出某一方向或角度值。第一章緒論1.2.2無線電信標(biāo)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)無線電信標(biāo)是設(shè)立在地面固定點的連續(xù)波發(fā)射機(jī)，采用全向天線。用于航空導(dǎo)航的無線電信標(biāo)稱為航空無線電信標(biāo)，也叫無方向信標(biāo)（NondirectionalBeacon，簡稱NDB）。飛機(jī)上的機(jī)載設(shè)備叫自動測向儀（AutomaticDirectionFinder，簡稱ADF）或稱為無線電羅盤；利用天線的方向性，ADF能測出NDB相對于飛機(jī)軸線的方位，它主要用于飛機(jī)著陸時尋找初始進(jìn)近點。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（1）奧米伽：奧米伽（Omega）是采用雙曲線定位法的超遠(yuǎn)程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，發(fā)射頻率為0.3～30kHz的連續(xù)波，在地表面與電離層之間形成繞地球傳播的球形波導(dǎo)，使用巨型天線和特大的發(fā)射功率。（2）伏爾：伏爾（VOR）是甚高頻全向?qū)Ш较到y(tǒng)，于上世紀(jì)四十年代末開始研制。它主要是為飛機(jī)提供準(zhǔn)確的方位信息。它是通過發(fā)射兩個30Hz的正弦波，并根據(jù)此兩正弦波的相對相位與飛機(jī)相對于地面臺的方位成正比的原理而實現(xiàn)測方位的。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（3）測距器：測距器（DME）是為飛機(jī)提供距離信息的近程航空導(dǎo)航系統(tǒng)。通過測量機(jī)載設(shè)備與地面臺之間詢問一應(yīng)答脈沖的傳播時間而測出飛機(jī)離地面臺的距離。由于應(yīng)答能力有限，一個地面臺最多允許同時與110架飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備配合工作。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（4）塔康：塔康（TACAN）是戰(zhàn)術(shù)航空導(dǎo)航系統(tǒng)的簡稱，是為軍用飛機(jī)同時提供方位和距離信息的導(dǎo)航系統(tǒng)。于1955年研制成功，現(xiàn)在大多數(shù)國家仍廣泛用于空軍和海軍的航空兵導(dǎo)航。塔康的工作頻率、脈沖制式、測距原理、可容納飛機(jī)容量和覆蓋范圍均與DME相同，而方位測量則與伏爾有較大差異，但方位測量精度與伏爾相當(dāng)，約為±2.50。由于塔康地面臺天線比伏爾小，所以適合于機(jī)動和艦裝。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（5）儀表著陸系統(tǒng)：儀表著陸系統(tǒng)（ILS）是專門用于引導(dǎo)飛機(jī)著陸的儀表式系統(tǒng)，有別于早期航海者的燈塔引導(dǎo)、大多數(shù)飛行著陸所依據(jù)的地物標(biāo)記等目視基準(zhǔn)，它完全用儀表控制實現(xiàn)飛機(jī)的著陸。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（6）微波著陸系統(tǒng)：微波著陸系統(tǒng)（MLS）替代ILS的研究開始于1967年，于20世紀(jì)80年代研制成功并投入運行，它是為飛機(jī)提供位置信息和地空數(shù)據(jù)信息以實現(xiàn)準(zhǔn)確進(jìn)近與著陸的引導(dǎo)著陸系統(tǒng)。MLS地面臺發(fā)射的2個扇形波分別在覆蓋空間的水平和垂直方向掃描，機(jī)載接收機(jī)測量這兩個扇形波束的時間差，從而得到距地面臺的方位和仰角；地面臺還向機(jī)載接收機(jī)發(fā)播進(jìn)場方位、進(jìn)場仰角、臺站識別、氣象數(shù)據(jù)等引導(dǎo)信息。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)（7）羅蘭-C:Loran（羅蘭）是遠(yuǎn)程導(dǎo)航的縮寫，羅蘭-C（Loran-C）是于20世紀(jì)50年代末在第二次世界大戰(zhàn)中期成功研制羅蘭-A的基礎(chǔ)上改進(jìn)并投入使用的遠(yuǎn)程雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)，1974年向民用開放。羅蘭-C的地面發(fā)射系統(tǒng)是由至少3個發(fā)射臺組成的臺鏈，彼此精確同步。用戶接收來自2個臺的信號時，只要測出它們到達(dá)的時間差，便知道自己處于一條以這兩個臺為焦點的雙曲線上；同時又測出另外兩個臺信號的時間差，便又得知處于另一條雙曲線上；顯而易見，用戶必然處于這兩條雙曲線的交點上，從而可確定出用戶的位置。第一章緒論1.2.3一系列陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.2陸基導(dǎo)航技術(shù)1.3星基導(dǎo)航定位系統(tǒng)蘇聯(lián)于1957年10月4日成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星的發(fā)射在證明人類在空間技術(shù)領(lǐng)域又取得重大突破的同時，更主要是用于科學(xué)研究和空間考察，包括空間各類信息的采集，跟蹤、定軌、通訊、衛(wèi)星性能考查等實驗。當(dāng)該衛(wèi)星發(fā)播信號時，它作為一個已知的空間信號源，為人類獲取相關(guān)的信息資源，開展測距、定位、導(dǎo)航研究搭建了一個世界共享的技術(shù)平臺。可以說，它是星基導(dǎo)航技術(shù)的啟明星。1.3.1蘇聯(lián)的第一顆人造地球衛(wèi)星1.3.2衛(wèi)星多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)1.3星基導(dǎo)航定位系統(tǒng)1.美國的子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（（TRANSIT）2.蘇聯(lián)的奇卡達(dá)系統(tǒng)（CICADA）3.法國的多利斯定軌定位系統(tǒng)（DORIS）1.4美國的GPSGPS是一個中距離圓形軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS具有全天候，全球覆蓋高達(dá)90%，高精度和自動測量的特點，是目前最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，也是應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)航系統(tǒng)1.5蘇聯(lián)的GLONASSGLONASS的主要作用是實現(xiàn)全球、全天候的實時導(dǎo)航與定位以及各種等級和種類的測量，單點定位精度水平方向為16m，垂直方向為25m。GLONASS與GPS類似，也由星座、地面控制和用戶設(shè)備三部分組成。空間星座由24顆GLONASS衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆在軌備用衛(wèi)星，分布在3個近似為圓的軌道面上，每個軌道上均勻分布8顆衛(wèi)星，衛(wèi)星運行周期11小時15分鐘，軌道面互成1200夾角，軌道偏心率為0.O1，軌道離地高度約19390km，每顆衛(wèi)星質(zhì)量為1400kg，這樣的分布可以保證地球上任何地方任一時刻都能收到至少4顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信息。1.6我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS和GLONASS類似，由星座（兩顆地球同步衛(wèi)星、一顆在軌備份衛(wèi)星）、地面控制系統(tǒng)（控制中心和標(biāo)校系統(tǒng)）和用戶設(shè)備等三部分組成。衛(wèi)星定點于東經(jīng)80度和140度的離地高36000公里的地球同步軌道上，覆蓋范圍為北緯50～550，東經(jīng)700～1400，定位精度100米，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米，授時精度約100ns，用戶容量為每小時54萬戶。采用主動式有源雙向詢問—應(yīng)答定位，即首先由地面控制中心向兩顆衛(wèi)星發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播；用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回控制中心；控制中心接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，解算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，再經(jīng)加密后發(fā)送給用戶。1.6我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)確定用戶三維坐標(biāo)的原理是：以2顆在軌衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，以測定的衛(wèi)星至用戶的距離為半徑，形成2個球面，用戶將位于這2個球面交線的圓弧上；控制中心的電子高程地圖提供一個以地心為原點、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面，求解圓弧與非均勻球面的交點即可獲得用戶的位置。由于在定位時需要用戶向衛(wèi)星發(fā)送定位信號，根據(jù)傳播信號的時間差計算用戶位置，所以被稱為“有源定位”。1.7歐盟體的伽利略系統(tǒng)（Galileo）該系統(tǒng)的星座由均勻分布在3個軌道中的30顆衛(wèi)星組成，每個軌道上9顆工作衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星，軌道離地高約24000公里，計劃總投資35億歐元，所需資金中近三分之二是來自私營公司及投資者。Galileo系統(tǒng)是歐洲計劃建設(shè)的新一代民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，多用于民用，但也用于防務(wù)，它可提供3種服務(wù)信號:對普通用戶的免費基本服務(wù)，加密且需注冊付費的服務(wù)，供友好國家的防務(wù)等需要的高精度加密服務(wù)，其精度依次提高，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。1.8其它系統(tǒng)不少國家和地區(qū)都在策劃建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以爭取在這一領(lǐng)域的自主權(quán)和主動性。印度正在開發(fā)能與GPS,GLONASS和Galileo系統(tǒng)相連接的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，計劃2007年投入使用。日本將投入2000億日元，建成由3顆衛(wèi)星組成的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可以和GPS并用，定位精度高達(dá)十幾厘米，預(yù)計在2008年投入使用后的12年內(nèi)，會有6萬億日元的經(jīng)濟(jì)效益。加拿大的主動控制網(wǎng)系統(tǒng)（CACS）、德國的衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)（SAPOS）等正在實施中。目前，世界上共有四套衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括已投入運行的GPS，GLONASS和正在建設(shè)中Galileo等三套全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和我國的區(qū)域性北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。這些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在給人們帶來極大的方便、造福于人類的同時，它已形成為一個新興產(chǎn)業(yè)并成為21世紀(jì)最熱門的投資領(lǐng)域之一，它是繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個高新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)增長點，已在北美、歐洲以及其它地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。謝謝！劉振華2018年7月無人機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)第二章

導(dǎo)航技術(shù)概論2.1概述2.1.1導(dǎo)航的定義與作用“導(dǎo)航”一詞從廣義上講主要有兩方面的活動范疇，一是直觀的、容易實施的，即在已知方向或路線的情況下給客體領(lǐng)路、導(dǎo)向，把客體帶向目的地，比如車隊在領(lǐng)航員的帶領(lǐng)下行進(jìn)，船舶沿著羅盤給定的方向航行。二是控制型的、較復(fù)雜的，其實質(zhì)是通過實時測定運動客體在途的位置（坐標(biāo)）、速度、時間或姿態(tài)等動態(tài)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計算，確定一條包括對速度、時間等方面有要求的科學(xué)的路線和一個科學(xué)的行駛方案，然后利用操作系統(tǒng)引導(dǎo)和控制運動客體沿著已確定的路線行駛，行駛過程中還要進(jìn)行實時的糾偏和修正，例如現(xiàn)代技術(shù)的船舶航行、飛機(jī)飛行、火箭發(fā)射以及裝備了導(dǎo)航裝置的各類車輛的行駛等等。首先，人類活動的范圍不斷擴(kuò)展，所使用的交通運輸工具不斷改進(jìn)（航程遠(yuǎn)、載運量和速度不斷加大），對導(dǎo)航提出了越來越高的要求。對導(dǎo)航要求提高的結(jié)果，使導(dǎo)航的功能從主要提供運載體的航向轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕峁┪恢眯畔ⅰＳ啥囝w衛(wèi)星組成的星座可以覆蓋全球，同時又能提供高的導(dǎo)航精度。2.1.2導(dǎo)航的基本功能雷達(dá)與導(dǎo)航都是定位系統(tǒng)，有些技術(shù)可以相互借鑒（如卡爾曼濾波技術(shù)），有些雷達(dá)還用作導(dǎo)航，然而它們?nèi)匀皇怯斜举|(zhì)差別的兩種技術(shù)領(lǐng)域。2.1.3導(dǎo)航與其他定位系統(tǒng)的關(guān)系導(dǎo)航定位與無線電定位傳統(tǒng)上是兩種技術(shù)，所用的設(shè)備與系統(tǒng)也不相同。但是由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球覆蓋，而且可以做到精度很高，已經(jīng)成為無線電定位的有力工具，從這種意義上說，無線電定位與導(dǎo)航定位的距離又在逐步縮小。2.1.4航行對無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的要求1．精度2．可用性與可靠性3．覆蓋范圍4．導(dǎo)航信息更新率5．導(dǎo)航信息多值住6．系統(tǒng)容量7．系統(tǒng)完善性8．導(dǎo)航信息的維數(shù)2.1.5軍事導(dǎo)航與民用導(dǎo)航軍事航行是部隊執(zhí)行各種任務(wù)的基礎(chǔ)。對于空軍來說，無論是訓(xùn)練、轉(zhuǎn)場、運輸、巡邏、空投、搜索與救援，或是到作戰(zhàn)區(qū)域去執(zhí)行各種任務(wù)，比如攔截、空襲、偵察或電子戰(zhàn)干擾等飛機(jī)都必須從基地起飛，沿著指定的航線，準(zhǔn)時地到達(dá)指定的空域，并且在執(zhí)行完成任務(wù)之后，返回或飛向指定的機(jī)場，進(jìn)近與著陸。整個航行過程中都必須依賴導(dǎo)航的引導(dǎo)。對海軍來說，艦隊出海進(jìn)行訓(xùn)練、演習(xí)、巡邏、運輸、緝私或是到目的地后進(jìn)行水面作戰(zhàn)，對陸攻擊、布雷和掃雷等，都必須有出港、中途航行與返回停泊的過程，因此也和空軍一樣，時時刻刻離不開導(dǎo)航引導(dǎo)。所以導(dǎo)航是執(zhí)行軍事任務(wù)必要的保障手段，導(dǎo)航設(shè)備是軍事平臺必不可少的裝備。2.1.5軍事導(dǎo)航與民用導(dǎo)航民用導(dǎo)航首先要保障航行安全，同時必須考慮經(jīng)濟(jì)效益，因為不能帶來高的效費比或者用戶設(shè)備太貴的系統(tǒng)是不可能推廣的。軍事導(dǎo)航首先要滿足執(zhí)行任務(wù)的需要，當(dāng)然也受到經(jīng)濟(jì)因素的制約，因為無論哪一個國家，軍費都不可能是無限的。當(dāng)然，軍事與民用導(dǎo)航有差異，但也不是截然分開的兩種技術(shù)。2.2導(dǎo)航技術(shù)近代發(fā)展簡史2.2.1無線電導(dǎo)航的發(fā)明——近代導(dǎo)航史的開端2.2.2自主式導(dǎo)航2.2.2自主式導(dǎo)航2.3導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢2.3.1新時代軍事作戰(zhàn)對導(dǎo)航的要求2.3.2其他新型導(dǎo)航系統(tǒng)1．微波著陸系統(tǒng)2．環(huán)形激光陀螺捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3．GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)4．地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)5．聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）總之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，軍事戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的變化，導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)也在日新月異。以衛(wèi)星導(dǎo)航、微波著陸、慣性導(dǎo)航及組合導(dǎo)航、地形輔助、JTIDS等為代表的新型系統(tǒng)把導(dǎo)航技術(shù)推到了一個新的水平，它不僅能改善航行保障功能，而且在適應(yīng)新的戰(zhàn)爭環(huán)境條件下支持各種戰(zhàn)術(shù)操作的要求。謝謝！劉振華2018年7月無人機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)第三章

陸基無線電導(dǎo)航定位技術(shù)陸基無線電導(dǎo)航，簡言之，就是以無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的導(dǎo)航臺站建在地球上的導(dǎo)航系統(tǒng)。本章僅就塔康、伏爾、測距器、羅蘭-C、奧米伽以及多普勒導(dǎo)航儀、高度表、羅盤與信標(biāo)等常用陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)作簡要介紹。3.1概述3.2塔康系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)（TacticalAirNavigationSystem）是美國1955年研制并投入裝備的近程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，簡稱塔康（TACAN）。該系統(tǒng)由塔康地面設(shè)備（也稱作塔康信標(biāo)）和機(jī)載設(shè)備組成，為以地面設(shè)備為中心，半徑350～370km范圍內(nèi)的飛機(jī)（高度10000m）提供導(dǎo)航服務(wù)。3.2.1工作原理塔康系統(tǒng)是用極坐標(biāo)方式定位的，圖中已知點O為塔康信標(biāo)，B點為裝載了機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)。在B點，以磁北N為參照方向，測量出順時針方向的θ角和OB的距離D，即定出了飛機(jī)（B）相對于信標(biāo)（O）的位置。塔康定位原理旋轉(zhuǎn)的心臟形圖形用于方位測量

3.2.1.1方位測量ρ（θ）=1+Acos（θ+ωt）塔康系統(tǒng)距離測量依據(jù)二次雷達(dá)工作原理。機(jī)載設(shè)備以80～120Hz（搜索狀態(tài)）或20～30Hz（跟蹤狀態(tài)）速率發(fā)射詢問脈沖對信號，地面信標(biāo)接收到詢問脈沖信號后，經(jīng)過一個固定延遲，再向機(jī)載設(shè)備發(fā)射應(yīng)答脈沖對信號。機(jī)載設(shè)備接收到信標(biāo)發(fā)射的信號后，經(jīng)過識別，選擇出對自己的測距應(yīng)答脈沖，并測量出詢問脈沖與應(yīng)答脈沖之間的時間間隔。3.2.1.2距離測量利用這個時間間隔，可按下式換算出機(jī)載設(shè)備與信標(biāo)臺之間的距離D=12×C（t-T0）式中，C為電波在空間的傳播速度，取3×108m/s；T0為信標(biāo)臺的固定延時（μs）；t為詢問脈沖和應(yīng)答脈沖之間的時間間隔（μs）。由于飛機(jī)在地球表面上空的一定高度上飛行，機(jī)載設(shè)備測出飛機(jī)相對于塔康信標(biāo)臺的距離是斜距。在遠(yuǎn)區(qū)（飛行高度h<=斜距D時），可將D近似認(rèn)為飛機(jī)在地面上的投影點與信標(biāo)臺的距離。3.2.2系統(tǒng)的應(yīng)用與技術(shù)指標(biāo)軍用飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)工作區(qū)系統(tǒng)工作容量塔康信標(biāo)安裝要求機(jī)載設(shè)備天線的安裝系統(tǒng)專用設(shè)備１.系統(tǒng)應(yīng)用工作頻段及波道劃分塔康系統(tǒng)工作于L波段，頻率范圍962～1213MHz，共有252個波道，其中X工作模式126個波道，Y工作模式126個波道。波道間隔1MHz。X工作模式，從1X波道到126X波道，機(jī)載設(shè)備發(fā)射頻率為1025MHz～1150MHz，連續(xù)地占據(jù)126個波道頻率；地面信標(biāo)發(fā)射頻率分成兩段，1X～63X波道的發(fā)射頻率為962～1024MHz，64X～126X波道的發(fā)射頻率為1151～1213MHz。通常把1X～63X際為低波段，64X～126X稱為高波段。X波道采用脈沖對編碼，間隔12μs。指北基準(zhǔn)群為12對脈沖，對與對的間隔為30μs。輔助基準(zhǔn)群為6對脈沖，對與對的間隔為24μs。Y模式工作波道是考慮到X模式的地面信標(biāo)從1025MHz～1150MHz這一段頻率資源被閑置，地面布臺又感頻率擁擠而發(fā)展起來的。Y模式工作波道的地而設(shè)備和機(jī)載設(shè)備頻率配對關(guān)系如圖塔康系統(tǒng)工作區(qū)當(dāng)天線架設(shè)高度為h1（m），飛機(jī)飛行高度為h2（m），并考慮到大氣折射時，塔康系統(tǒng)工作的最大距離大約為D=412（h1+h2）（km）塔康系統(tǒng)的方位測量只需接收信標(biāo)信號就可完成，因此，允許無限個機(jī)載設(shè)備同時使用一個信標(biāo)臺。對測距來說，機(jī)載設(shè)備發(fā)出的詢問，需要地面信標(biāo)進(jìn)行應(yīng)答。但地面信標(biāo)的填充脈沖約有2700對可用于應(yīng)答。所以，當(dāng)保證95%的機(jī)載設(shè)備處于測距跟蹤狀態(tài)時，系統(tǒng)的設(shè)計值為100個機(jī)載測距器同時使用同一個信標(biāo)臺?，F(xiàn)在，由于微處理技術(shù)的普遍使用，機(jī)載測距器詢問頻率上限可以下降到80Hz左右，因此，同一信標(biāo)臺可允許110個機(jī)載設(shè)備同時工作。系統(tǒng)工作容量塔康信標(biāo)安裝要求塔康系統(tǒng)的使用效能與信標(biāo)安裝，即場地選擇緊密相關(guān)。一般來說，要安裝在地面平坦區(qū)，附近沒有障礙物及反射物，對遠(yuǎn)處飛行的飛機(jī)沒有地物（如山峰）遮擋，這樣的信標(biāo)臺能滿足工作覆蓋區(qū)的要求，導(dǎo)航精度也高。否則，將有部分扇區(qū)不能滿足要求，甚至大部分扇區(qū)不能提供滿意服務(wù)，導(dǎo)致該信標(biāo)臺不能正常使用而報廢。錯誤方位來源的側(cè)反射機(jī)載設(shè)備天線的安裝機(jī)載設(shè)備天線安裝在飛機(jī)的蒙皮上。有兩根天線，一根安裝在機(jī)頭，另一根安裝在后機(jī)腹。天線安裝的位置，除了應(yīng)考慮飛機(jī)蒙皮的表面形狀、遮擋物（如副油箱）、外掛設(shè)備和其他設(shè)備天線外，還應(yīng)考慮飛機(jī)的飛行狀態(tài)。在各種姿態(tài)飛行時，天線對信標(biāo)的信號都有較大的接收場強(qiáng)。其安裝原則是：（1）滿足飛機(jī)飛行動力學(xué)要求；（2）飛機(jī)的各種飛行姿態(tài)，都不遮擋從信標(biāo)來的信號；（3）天線方向圖的主波瓣應(yīng)指向信標(biāo)天線。機(jī)載天線方向圖（垂直面）2.系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)（1）工作頻率962～1213MHz分126個X波道和126個Y波道。X模式地面發(fā)射載頻962～1024MHz和1151～1213MHz；機(jī)載發(fā)射載頻1025～1150MHz。Y模式地面發(fā)射載頻1025～1150MHz；機(jī)載發(fā)射載頻1025～1150MHz。波道頻率間隔1MHz。2.發(fā)射功率地面設(shè)備大于500W（脈沖峰值功率，對機(jī)動臺）；3000W（脈沖峰值功率，對固定臺）。機(jī)載設(shè)備700W或500W（脈沖峰值功率）。3.工作區(qū)范圍以信標(biāo)臺為中心，對固定臺，覆蓋區(qū)半徑大于350km（飛機(jī)飛行高度1萬m）；對機(jī)動臺，覆蓋區(qū)半徑為185km。4.精度方位精度優(yōu)于2.5o（2σ）；距離精度不大于400m（數(shù)字式）；不大于（400+0.25%D）m（模擬式），D為測量距離。5.工作信號為垂直極化6.信標(biāo)天線方向圖垂直面從水平面開始仰角30°或45°。7.15Hz和135Hz對載波調(diào)制深度標(biāo)準(zhǔn)15Hz調(diào)制在0.21±0.09之內(nèi)，最小不小于0.05，最大不大于0.40；標(biāo)準(zhǔn)135Hz調(diào)制在0.21±0.09之內(nèi)，最小不小于0.05，最大不大于0.40；15Hz+135Hz合成調(diào)制度不大于55%。8.仰角0°以下的能量占總能量的10%以下，0°以下的最大副瓣比主瓣峰值至少低18dB。3.2.3設(shè)備與應(yīng)用技術(shù)3.2.3.1塔康地面設(shè)備1.天線天線包括天線和形成天線方向圖所需要的電路及天線方向圖旋轉(zhuǎn)掃描的控制驅(qū)動電路。天線形成九瓣的心臟形方向圖，并以恒定的15Hz速率順時針掃描，這是塔康系統(tǒng)測位的基本條件。2.主機(jī)塔康地面設(shè)備主機(jī)，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、編碼—譯碼器、電源等分機(jī)。3.2.3.2塔康機(jī)載設(shè)備塔康機(jī)載設(shè)備由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、頻率合成器、方位測量電路、距離測量電路及控制盒組成。3.2.4展望3.2.4.1塔康系統(tǒng)已經(jīng)取得的發(fā)展1．塔康系統(tǒng)已經(jīng)取得的發(fā)展2.導(dǎo)航和數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合3.塔康系統(tǒng)與JTIDS系統(tǒng)兼容導(dǎo)航和數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合利用塔康信道作成導(dǎo)航和數(shù)傳的兼容系統(tǒng)，有兩種方案。1.利用機(jī)載塔康設(shè)備測位測距有記憶功能這一特點，地面的塔康信息發(fā)送和數(shù)傳信息發(fā)送可以按時分制工作。2.將數(shù)據(jù)傳輸信號插入到塔康隨機(jī)填充脈沖序列中由塔康天線發(fā)射傳送。塔康系統(tǒng)與JTIDS系統(tǒng)兼容JTIDS系統(tǒng)的特點如下。1.工作頻段為960～1215MHz，與塔康系統(tǒng)同處一個頻率段。2.采用擴(kuò)頻、跳頻、檢錯糾錯的偽隨機(jī)脈沖編碼技術(shù)，具有很強(qiáng)的抗有源干擾和防竊性能。3.多節(jié)點或無明顯控制中心的系統(tǒng)。4.系統(tǒng)按時分多址工作。3.3伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)（VORnavigationsystem）是空中導(dǎo)航用的甚高頻全向信標(biāo)。這種系統(tǒng)能使機(jī)上接收機(jī)在伏爾地面臺任何方向上和伏爾信號覆蓋范圍內(nèi)測定相對于該臺的磁方位角。伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，是為了克服中波和長波無線電信標(biāo)傳播特性不穩(wěn)定、作用距離短的缺點而研制的導(dǎo)航系統(tǒng),是甚高頻(108～118MHz)視線距離導(dǎo)航系統(tǒng)。飛機(jī)飛行高度在4400m以上時，穩(wěn)定的作用距離可達(dá)200km以上。3.3.1伏爾和多普勒伏爾的工作原理3.3.1.1伏爾的工作原理伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)伏爾的工作原理

多普勒伏爾的工作原理與伏爾一樣是方位角θ與兩個30Hz正弦信號之間的相位差相對應(yīng)。在多普勒伏爾系統(tǒng)中，30Hz基準(zhǔn)信號由中央無方向性天線直接調(diào)幅發(fā)射，而不是像伏爾那樣調(diào)頻之后再調(diào)幅；而相反30Hz可變相位信號是在9960Hz分載頻上經(jīng)頻率調(diào)制由以中央天線為中心的圓陣天線發(fā)射。多普勒伏爾的工作原理伏爾在航空導(dǎo)航中有著廣泛的應(yīng)用。1.利用機(jī)場上的伏爾臺可實現(xiàn)飛機(jī)的歸航和出航。2.利用兩個已知位置的伏爾臺可實現(xiàn)直線位置線定位。3.航路上的伏爾臺可以作為航路檢查點，實行交通管制。4.終端伏爾（TVOR）放置在跑道軸線延長線上，飛機(jī)利用與軸線一致的方位射線進(jìn)行進(jìn)近和著陸。5.伏爾與測距設(shè)備或空中戰(zhàn)術(shù)近程導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，組成VOR/DME或VOR/TACAN極坐標(biāo)系統(tǒng)，直接為飛機(jī)定位。

系統(tǒng)的應(yīng)用與技術(shù)指標(biāo)3.4測距器和精密測距器測距器和精密測距器。測距器又稱DME或DME/N，精密測距器又稱DME/P。測距器用作航路和終端區(qū)的導(dǎo)航，它可以與伏爾聯(lián)合工作，組成伏爾/測距器近程導(dǎo)航系統(tǒng)，還可以與儀表著陸系統(tǒng)聯(lián)合工作，協(xié)助它進(jìn)行進(jìn)場著陸引導(dǎo)；精密測距器專門用作與微波著陸系統(tǒng)聯(lián)合工作，進(jìn)行精密進(jìn)場著陸引導(dǎo)。3.4.1工作原理3.4.1.1系統(tǒng)組成和測距原理地面設(shè)備的基本組成是：接收機(jī)、信號處理器、發(fā)射機(jī)和天線。機(jī)載設(shè)備的基本組成是：詢問發(fā)生器、發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)和距離計數(shù)器。機(jī)上設(shè)備發(fā)射詢問脈沖，被地面臺應(yīng)答器接收，經(jīng)固定的時間延時，地面應(yīng)答器向機(jī)上詢問器發(fā)射回答信號。機(jī)上設(shè)備收到回答信號后，根據(jù)詢問發(fā)射和回答接收之間的時間間隔，就可算出詢問器和應(yīng)答器之間的距離。距離=1/2［光速×（發(fā)收時間間隔-固定延時）］測距系統(tǒng)組成框圖測距脈沖信號的陡前沿技術(shù)寬帶中頻放大器、低噪聲前置放大器和鑒頻器的應(yīng)用延時衰減和比較觸發(fā)技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)自動調(diào)制控制技術(shù)導(dǎo)脈沖環(huán)技術(shù)延時自動穩(wěn)定技術(shù)3.4.2應(yīng)用技術(shù)地面設(shè)備：地面信標(biāo)臺由下述幾部分組成：即I/O部分、控制部分、監(jiān)測部分、應(yīng)答器部分、雙工器、環(huán)流器、天線和電源。3.4.3設(shè)備概況精密測距器地面設(shè)備的簡化方框圖3.4.3.2機(jī)上設(shè)備精密測距器機(jī)上設(shè)備的原理性簡化方框圖3.5羅蘭-C系統(tǒng)羅蘭的全稱是遠(yuǎn)程導(dǎo)航，是一種遠(yuǎn)程雙曲線無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，作用距離可達(dá)2000公里,工作頻率為100千赫。羅蘭-C系統(tǒng)是一種中遠(yuǎn)程精密無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。在無線電導(dǎo)航領(lǐng)域，它屬于陸基、低頻、脈沖相位導(dǎo)航體制。羅蘭-C系統(tǒng)的基本組成分為四大部分：地面設(shè)施，用戶設(shè)備，傳播媒介和應(yīng)用方法。3.5.1工作原理為什么要選擇100kHz的載頻羅蘭-C作為一種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，它依靠無線電信號來傳輸導(dǎo)航信息。不同頻率的無線電信號的傳播特性是不一樣的，羅蘭-C系統(tǒng)要實現(xiàn)遠(yuǎn)程高精度的導(dǎo)航定位，所選擇的工作載頻必須具有下述特性：1.信號幅度和相位在傳播中十分穩(wěn)定；2.信號的傳播衰減必須很小；3.工作頻段應(yīng)符合國際電聯(lián)有關(guān)頻率劃分的規(guī)定；4.工程上易于實現(xiàn)。

雙曲線定位原理雙曲線無線電導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理：在雙曲線的兩個焦點上配置無線電發(fā)射臺，發(fā)射無線電信號，船上接收機(jī)接收后，根據(jù)信號的時間差或相位差，測出船舶與發(fā)射臺之間的差距，由兩組發(fā)射臺，確定船位。羅蘭-C系統(tǒng)是雙曲線無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，它的基本工作原理是：在工作區(qū)內(nèi)某點接收同一羅蘭-C臺鏈兩個發(fā)射臺的信號到達(dá)的時間差，利用電波傳播速度穩(wěn)定的原理，時間差可以轉(zhuǎn)換為距離差。具有相同距離差的點的軌跡是以發(fā)射臺為焦點的一條雙曲線，如果能獲取兩條相交的雙曲線，則其交點就是我們要確定的位置。1.臺鏈及其配置2.基線和基線延長線3.位置線和位置線定位波形和信號格式1.信號波形羅蘭-C系統(tǒng)發(fā)射的信號是脈沖組信號，脈沖載頻為100kHz，每個信號脈沖波形好像一滴水滴。它的發(fā)射波形有嚴(yán)格的定義，其特點是從脈沖起始點到脈沖最高點（稱脈沖峰點）這一過程（稱脈沖前沿）上升較快，而從峰點往后的過程（稱脈沖后沿）下降較慢，如圖3-29所示。2.信號格式羅蘭-C的信號格式包括下述內(nèi)容：一個脈沖組中的脈沖數(shù)目、脈沖之間的間隔、脈沖載波相位編碼、發(fā)射時間、脈沖組重復(fù)周期、副臺脈沖組相對主臺脈沖組的發(fā)射延遲、向用戶的閃爍告警方式和雙工臺封閉方式等。（1）脈沖組與脈沖間隔（2）脈沖組