导航系统类型梳理

导航 系统可以分为无线电导航系统和自主式导航系统两类。

1、无线电导航系统

无线电导航系统的原理是，导航设备通过测量无线电导航台发射信号（无线电电 磁波）的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、 距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据 此实现对运动载体的定位和导航。按导航台站设置的位置不同，无线电导航系统 分为地基、星基和基于无线网络三种。

地基无线电导航

地基无线电导航是在陆上（有时也在舰上）设置一些导航台，发射无线电信号， 当装有相应机载或舰载导航设备的飞机或舰船进入其覆盖区后，便能确定自己的实时位置。 地基无线电导航主要有伏尔/地美依系统（VOR/DME）、塔康系统（TACAN）、无 线电信标系统（RBS）、罗兰-C 系统（LORAN-C）、奥米加系统（Omega）、航管 系统、着陆引导系统等。这些系统除了无线电信标是更早的系统之外，基本上是 在二次世界大战期间或基于大战中发展起来的军事技术在战后建立起来的。至今， 各种导航台已遍布全球，形成一套颇为完备的体系，仍在为飞机和舰船的各航行 阶段提供航行引导服务。 地基无线电导航的主要缺点是，一种系统不能同时实现大的覆盖范围和高的导航 精度两项要求。

伏尔/地美依系统（VOR/DME）：VOR 是工作在甚高频频段的相位测角系统，运 动载体可用它测知相对于航向台的方位。DME 是工作在超高频频段的脉冲测距系 统，运动载体用它可测知相对于该台站的距离。这二种设备常结合在一起，主要 用作航空港的终端导航设备。 塔康系统（TACAN）：是军用型的近程导航系统。工作在超高频频段，其测角精 度比 VOR 高，能同时给运动载体提供相对于台站的方位和距离，适合于以小型机 场或军舰为中心的战术活动，是美国和北大西洋公约组织国家的标准军用导航系 统。塔康台有时和伏尔台装在一起，组成军民共用的系统。 无线电信标系统（RBS）：一种测角系统。这类系统大多工作于中波波段，一般用 于国内航路和终端，引导飞机出航、归航和非精密进场着陆。也可用作地标，指 示地面目标、机场、航路点信标系统的位置。

罗兰-C 系统（LORAN-C）：工作频率为 100kHz 的脉冲相位测距差系统。其地面 设备通常由 3~4 座导航台组成导航台链。主要用于沿海导航。该系统还兼具授时 功能，其授时精度约 0.5μs。 奥米加系统（Omega）：工作于甚低频的相位测距差系统，也可以测距方式工作。 八座地面台就可覆盖整个地球表面。可用于越洋航行。甚低频有一定的入水能力， 因而可供潜艇在不深的水下作定位之用。 航管系统：通常由一次雷达（环视雷达、测高雷达）、二次雷达（地面询问器，机 载应答器）、通讯设备和地面控制中心组成，用以监视、识别其覆盖区域内的飞机， 提供航行安全保障。

着陆引导系统：目前广泛使用的民用着陆系统是仪表着陆系统（ILS），是工作于 米波波段的振幅测角系统。它给飞行员提供相对于下滑航道的水平和垂直方向上 的偏离信息，告诉飞行员已飞临离跑道始端规定距离上空，提醒飞行员查核此时应有的下滑高度。 星基无线电导航 大致可以说星基无线电导航是把地基无线电导航的导航台放到了人造卫星上。卫 星导航由空间段（卫星星座），地面段（分布在全球的主控站、监视站，上行注入 站）和用户设备组成。由于卫星可以看到大片地球表面，又发射高频率信号，因 此既可利用由多颗卫星组成的星座覆盖全球，又有高的精度。这就消除了地基无 线电导航的缺点。 目前，全世界有四大全球卫星导航系统，即，美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯 格洛纳斯卫星导航定位系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航定位系统（Galileo）、 中国北斗卫星导航系统（BDS）。除此之外还有区域系统及增强系统。

星基无线电导航最主要的缺点是，卫星发射的信号要经过 20000 公里左右的距离 才能传播到地面，因此信号太弱，容易受到干扰，也容易受到树荫和房屋的遮挡。 全球定位系统（GPS）：用户搜捕并有选择地跟踪四颗卫星发射的讯号，从讯号中 提取星历，测量讯号到达时间，经迭代定位计算，就可求得用户自己的位置和精 确的时间；从讯号中提取多普勒频率，就能得到用户的三维速度值。因而系统可 同时向用户提供七维导航数据（三维位置，三维速度，时间），适用于海、陆、空、 外层空间的各种运动载体。

基于无线网络的无线电导航

一些战术无线移动通信系统的结构是，把用户设备组织成网络，用户之间除了能 够作一对一的通信之外，还可以作一对多或多对一的通信，还可以经过不同的路 由中继。基于无线网络的导航的优点是信号采用跳频、直接序列扩频、纠检错编 码等方式和多重保密措施，通信距离近，因而抗干扰和保密能力都很强。基于无 线网络的无线电导航主要有“通讯、导航、识别综合系统（CNI）”等。 通讯、导航、识别综合系统（CNI）：一种多边测伪距系统，大多工作在分米波段。 所得到的导航位置数据是以系统中某一辐射源为基准的相对格网坐标表示的，因 而完成的是相对导航。若系统中某一成员已知其准确的地理坐标，则能实现绝对 导航功能。

2、自主导航系统

自主导航技术是指运动载体在不依赖外部支持的情况下，仅利用自身携带的测量 设备实时确定自身相对某个坐标系的位置、姿态和速度，来引导航行的导航方法。 一般而言，自主导航可以分为两类：1）从严格意义来讲，完全自主导航仅依赖自 身的惯导设备，既不发射、也不吸收外界的任何声、光、电等信息，具有很好的 隐蔽性和环境抵抗性；2）从更广义的角度来讲，所有不需要外部支持设备，可自己测得或主动获取外部信息的导航方式均为自主导航。 惯性导航：惯性导航通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息，经积 分运算得到载体的速度和位置信息。惯性导航不依赖于外界的导航台，也没有电 波传播，可用于海、陆、空、天及水下环境，隐蔽性好，不可能被干扰，无法反 利用，生存能力强。惯性导航的主要缺点是位置误差随工作时间而增加，因此一 般要和卫星导航相组合使用，以把两种系统的优点结合起来。 多普勒导航：多普勒导航是一种飞机导航系统。机载多普勒雷达斜向对地面发射 电波。因飞机在运动，地面的漫反射回波中带有多普勒频移，根据这种频移可以 算出飞机的三维速度，经过对时间的一次积分，便可以算出飞机的已飞距离。

地形辅助导航：运载平台事先存储所要飞越地区的三维数字地图。在飞行过程中， 运载平台上的气压高度表产生的海拔高度与由雷达高度表产生的相对高度相减， 得出飞过的地形剖面图。地形辅助导航系统将这一剖面图与所存储的数字地图相 比较，当达到匹配时，便求出了飞机所在点的位置。 数字景象匹配导航：数字景象匹配导航的原理与地形辅助导航类似，运载体将预 先拍摄到的地面景象照片，按照象素尺寸制成数字化地图，形成基准图。当运载 体飞到预定位置时，拍摄正下方地面的图像，并按象点尺寸、飞行高度和视场等 参数生成一定大小的实时图。数字景象匹配导航当系统将实时图与基准图相比较。 由于基准图的地理坐标位置(或与目标的相对位置)是事先知道的。因此，根据它与 实时图的配准位置，便可确定导弹相对于目标的位置。

地磁导航：地磁导航的原理是通过地磁传感器测量载体所在位置的地磁信息，再 与事先测绘完备并储存在载体计算机上的地磁图进行匹配，得出载体的实时位置 信息；其次，捷联于载体上的地磁传感器随着载体变换姿态，地磁传感器根据不 同的姿态输出不同的磁场矢量信息，以反映载体的姿态信息。 天文导航：天文导航是根据天体在天球上的精确坐标和地球的运动规律来测量天 体相对于载体的准确坐标，通过相应的数学模型解算出载体位置、航向或姿态的 导航方法。天文导航技术建立在恒星参考系基础之上，不需要地面设备，利用天 体辐射能（星光、射电及红外辐射），隐蔽性好，不受人工与自然电磁波干扰，测 量误差也不随时间而积累，对于远距离、长时间飞行（航行）的平台是一种较好 的导航手段。