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无线电导航系统选择与问题研究

   目前,世界各国应用的无线电系统的种类不下1种,主包括无线电信标、台卡、塔康、罗兰、全球定位系统、微波着陆系统等。在全球定位系统建立健全的局势中,如何正确的选择无线电导航系统,从而将其实效性充分的彰显出来?这已经是船舶行业极为关注的课题。笔者对无线电信标、台卡、以及全球定位系统(GPS)的发展趋势进行研究。 
  关键词无线电;导航系统;选择;问题;研究 
  中图分类号TN961 文献标识码A 文章编号1671-264(217)4-18-2 
  1 无线电信标 
  该无线电导航系统又被称之为归航台,可以在船舶与飞机导航系统中安装。其是在低或是中频波段的辅助下实现应用目标的,并且其应用的是全方位的发射方式,最大的应用特点在于其台站识别信息包含在信号中。主是为飞机供航运信息服务,并且很多机场将其用在航路导航的细节中,此时无线电信标可以被视为转换设备,发挥着非精密性引导的作用,相关研究资料记载其所供的位置精度在3~1°之间波动。当其为船舶供航海信标这一服务项目之时,一般针对的对象为游艇,此时该无线电系统可以为其供基础性、简易性的导航形式,其精确度在3°之内,正因如此很多领航员将其视为最先进的备用系统。 
  具相关资料统计,目前全球信标数目大于45个,其中美国拥有18个航空信标、2个航海信标,航空与航海信标使用用户高达18万与5万个。尽管该种无线电导航系统相对陈旧化,而且系统技术一直没有实现创新发展的目标,但是因为该系统具有成本低廉、操作简单以及安全性能相对较高的优势,所以该无线电导航系统在现代社会中也有较高的应用频率。 
  2 无线电导航系统的类型 
  2.1 台卡 
  在上个世纪5年代中期,该无线电导航被研发并且被广泛的推广,从工作原理上分析,台卡可以被视为一类连续波双曲线定位系统。相关研究资料记载其作用长度在37公里左右,定位精准度也不小于15m。该种类型的无线电导航系统在欧洲国家拥有较高的应用频率,并且英国北部技术人员已经对台链实施改造的措施,取得了一定的技术改造成果。目前,该无线电导航系统主在英国、瑞典、丹麦以及荷兰等国家应用。据统计,空中用户数量在1个左右,航海用户不少于3万个。伴随着GPS的研发,以及C/A码信号对全世界民间用户体现出开放性的特征,再加上美国将罗兰C系统安置的挪威、格兰林、冰岛以及德国地面台免费移交给所处国管理,此时台卡演变西北欧与北大西洋民用型的导航系统。从某种意义上来讲,这将会对台卡现存在功能造成巨大的威胁。但是基于英国很多地气已经对其使用上具有了习惯性,同时也随对其实施了技术改造这一措施,大大优化了该系统应用的性能。台卡作为近、中程低频相位双曲线无线电导航系统。最大的优势在于其工作频率在1kHz附近几个相关频率,作用距离始终不小于2公里。 
  2.2 罗兰C 
  在1957年第一个链台被建设,经过十几余年的发展历程由军用转型为军民合用。该系统工作频段为9kHz~11kHz,作用距离地波约为2公里,天波4公里,定位精确度地波为46米。其与世界时(UTC)同步,因此又被称之为“授时系统”,目前,“无线电钟”已被研发。该无线电导航系统具有精准性、实用性、整体性以及经济性的优势,海、陆、空对其可以共同应用,在GPS系统覆盖范围不断扩张的局势中,将罗兰C系统的发展推向了巅峰时期,美、俄、法、中国以及南朝鲜等众多国家均建立起罗兰C台。 
  2.3 北斗二号导航卫星系统 
  北斗二号卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),其作为世界上第三个成熟的卫星导航系统。系统由三部分构成,即空间端、地面端和用户端,空间端包括5颗静止轨道卫星和3颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端构成。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具备短报文通信的功能,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度约为1m,授时精度优于1ns。 
  3 探究全球定位系统(GPS)的发展趋势 
  第二代全球定位系统被简称为GPS,经历了漫长的研究历程,在上个世纪末期空中已经有2多颗卫星在轨道上运转。在不断的研究过程中,该无线电导航系统不断向微型化、节能性以及经济性的领域靠拢,并且在全球海、陆、空等众多空间均能够将具有连贯性全天候的三维位置、三维速度以及精准性的时间信息系统性的供给使用用户。 
  GPS这一无线电导航系统的应用,具有很大的实用性,以下笔者对其进行一一列举一是为使用者供标准化的定位业务(SPS);二是在军事领域中供了精密定位业务(PPS)。在实际应用进程中,技术人员为了最大限度的掌握SPS的定位精确度,可以实施人为降低精度的举措,将其称之为选择可用性(SA)。具体是将SPS在水平方向的定位精度将至1m,将其竖直方向的精度设置为156m。而对于PPS业务,一旦该系统真正的被投入使用,就可以将其称之为反电子欺骗的加密技术,普通用户是对其是没有使用权的。PPS的水平精度为17.8m,竖直精度为27.7m。当该无线电导航系统在局部区域应用之时,差分技术的使用,将会使SPS与PPS业务精确度的系数都会大幅度的升,相关研究资料记载差分技术在SPS业务中的使用,能够使其相对定位精度达到5m之内。 
  在科学技术高速发展的时代中,Loran系统在GPS系统中的添置,一方面实现了强化GPS系统性能的目标,另一方面该系统的添加也成为了GPS系统的后备军。对其原因进行深度的剖析,前者主是由于GPS接收机若能够与Loran系统接收机的相结合,就会大大优化GPS系统接收信号的性能,同时GPS发射机与Loran发射机以Loran系统的基础改造理念进行创新,就可以打造出GPS星座中的一颗伪卫星,该伪卫星实质上就是Loran发射机。此外Loran系统发射机的坐标是精确的这已经是不可推翻的事实,那么如果将其配置给GPS基准接收机,此时无线电导航系统就可以获得各类差分GPS(DGPS)校正数据。例如荷兰研发的Eurofix系统就应用了Loran系统,此时该无线电导航系统就可以在离发射机1公里的方位上将DGPS校正数据传送出去,该无线电导航系统覆盖的范畴远远大于美国海岸警卫队海军无线电灯塔DGPS工作的范畴。事实上,Loran系统导航的距离是极为长远的,最具代表性的数据是18~2公里,那么由此可见Eurofix系统的性能有更大的发展潜力。 
  4 组合式无线电导航系统的优点和发展趋势 
  组合式无线电导航系统大体上是由GPS、无线电导航、天文導航、卫星导航等系统中的一个或几个与惯导组合在一起,又被称之为综合导航系统。大多数组合导航系统以惯导系统为主,其原因主是由于惯性导航能够供比较多的导航参数,还能够供全姿态信息参数,这是其他导航系统所不能比拟的,这也是组合式无线电导航系统最大的优势。该系统具有巨大的发展空间,民航上正在研发新一代组合导航系统,即飞行管理系统,旨在对将行姿态控制、飞行性能管理、导航、气象信息,数字仪表飞行和彩色屏幕显示等素整合在一起,进行系统化的管理。 
  5 结语 
  目前,“北斗一号”等众多卫星导航系统实现开发的目标,并取得了较好的应用效果。我国研究人员应该全身心的投入进路基无线电导航系统,该系统可以被视为卫星导航系统实用性降低之时可以作为后备系统开展独立性的工作。积极对频谱技术实施拓展方法,使我国无线电导航系统精度更高、覆盖范围更广以及安全性能更为的优质化。 
  参考文献 
  1高帆.基于双通道矢量信号发生器的多模无线电导航系统性能测试方法J.国外电子测量技术,214,1211-14. 
  2孙毅刚,吕凤桐,张文林,樊智勇.机载无线电导航系统集成射频激励器的设计与实现J.科学技术与工程,215,33243-248.