無線電導(dǎo)航系統(tǒng)選擇與問題研究

周早君

摘 要：目前，世界各國應(yīng)用的無線電系統(tǒng)的種類不下10種，主要包括無線電信標(biāo)、臺(tái)卡、塔康、羅蘭、全球定位系統(tǒng)、微波著陸系統(tǒng)等。在全球定位系統(tǒng)建立健全的局勢中，如何正確的選擇無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，從而將其實(shí)效性充分的彰顯出來？這已經(jīng)是船舶行業(yè)極為關(guān)注的課題。筆者對無線電信標(biāo)、臺(tái)卡、以及全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無線電；導(dǎo)航系統(tǒng)；選擇；問題；研究

中圖分類號：TN961 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0018-02

1 無線電信標(biāo)

該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)又被稱之為歸航臺(tái)，可以在船舶與飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中安裝。其是在低或是中頻波段的輔助下實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)的，并且其應(yīng)用的是全方位的發(fā)射方式，最大的應(yīng)用特點(diǎn)在于其臺(tái)站識別信息包含在信號中。主要是為飛機(jī)提供航運(yùn)信息服務(wù)，并且很多機(jī)場將其用在航路導(dǎo)航的細(xì)節(jié)中，此時(shí)無線電信標(biāo)可以被視為轉(zhuǎn)換設(shè)備，發(fā)揮著非精密性引導(dǎo)的作用，相關(guān)研究資料記載其所提供的位置精度在3～10°之間波動(dòng)。當(dāng)其為船舶提供航海信標(biāo)這一服務(wù)項(xiàng)目之時(shí)，一般針對的對象為游艇，此時(shí)該無線電系統(tǒng)可以為其提供基礎(chǔ)性、簡易性的導(dǎo)航形式，其精確度在3°之內(nèi)，正因如此很多領(lǐng)航員將其視為最先進(jìn)的備用系統(tǒng)。

具相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前全球信標(biāo)數(shù)目大于4500個(gè)，其中美國擁有1800個(gè)航空信標(biāo)、200個(gè)航海信標(biāo)，航空與航海信標(biāo)使用用戶高達(dá)18萬與50萬個(gè)。盡管該種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)相對陳舊化，而且系統(tǒng)技術(shù)一直沒有實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的目標(biāo)，但是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有成本低廉、操作簡單以及安全性能相對較高的優(yōu)勢，所以該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)中也有較高的應(yīng)用頻率。

2 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的類型

2.1 臺(tái)卡

在上個(gè)世紀(jì)50年代中期，該無線電導(dǎo)航被研發(fā)并且被廣泛的推廣，從工作原理上分析，臺(tái)卡可以被視為一類連續(xù)波雙曲線定位系統(tǒng)。相關(guān)研究資料記載其作用長度在370公里左右，定位精準(zhǔn)度也不小于15m。該種類型的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)在歐洲國家擁有較高的應(yīng)用頻率，并且英國北部技術(shù)人員已經(jīng)對臺(tái)鏈實(shí)施改造的措施，取得了一定的技術(shù)改造成果。目前，該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)主要在英國、瑞典、丹麥以及荷蘭等國家應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空中用戶數(shù)量在1000個(gè)左右，航海用戶不少于3萬個(gè)。伴隨著GPS的研發(fā)，以及C/A碼信號對全世界民間用戶體現(xiàn)出開放性的特征，再加上美國將羅蘭C系統(tǒng)安置的挪威、格蘭林、冰島以及德國地面臺(tái)免費(fèi)移交給所處國管理，此時(shí)臺(tái)卡演變西北歐與北大西洋民用型的導(dǎo)航系統(tǒng)。從某種意義上來講，這將會(huì)對臺(tái)卡現(xiàn)存在功能造成巨大的威脅。但是基于英國很多地氣已經(jīng)對其使用上具有了習(xí)慣性，同時(shí)也隨對其實(shí)施了技術(shù)改造這一措施，大大優(yōu)化了該系統(tǒng)應(yīng)用的性能。臺(tái)卡作為近、中程低頻相位雙曲線無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。最大的優(yōu)勢在于其工作頻率在100kHz附近幾個(gè)相關(guān)頻率，作用距離始終不小于200公里。

2.2 羅蘭C

在1957年第一個(gè)鏈臺(tái)被建設(shè)，經(jīng)過十幾余年的發(fā)展歷程由軍用轉(zhuǎn)型為軍民合用。該系統(tǒng)工作頻段為90kHz～110kHz，作用距離地波約為2000公里，天波4000公里，定位精確度地波為460米。其與世界時(shí)（UTC）同步，因此又被稱之為“授時(shí)系統(tǒng)”，目前，“無線電鐘”已被研發(fā)。該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)具有精準(zhǔn)性、實(shí)用性、整體性以及經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢，海、陸、空對其可以共同應(yīng)用，在GPS系統(tǒng)覆蓋范圍不斷擴(kuò)張的局勢中，將羅蘭C系統(tǒng)的發(fā)展推向了巔峰時(shí)期，美、俄、法、中國以及南朝鮮等眾多國家均建立起羅蘭C臺(tái)。

2.3 北斗二號導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)

北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（BDS），其作為世界上第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，即空間端、地面端和用戶端，空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端構(gòu)成?？稍谌蚍秶鷥?nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具備短報(bào)文通信的功能，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力，定位精度約為10m，授時(shí)精度優(yōu)于100ns。

3 探究全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展趨勢

第二代全球定位系統(tǒng)被簡稱為GPS，經(jīng)歷了漫長的研究歷程，在上個(gè)世紀(jì)末期空中已經(jīng)有20多顆衛(wèi)星在軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)。在不斷的研究過程中，該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)不斷向微型化、節(jié)能性以及經(jīng)濟(jì)性的領(lǐng)域靠攏，并且在全球海、陸、空等眾多空間均能夠?qū)⒕哂羞B貫性全天候的三維位置、三維速度以及精準(zhǔn)性的時(shí)間信息系統(tǒng)性的提供給使用用戶。

GPS這一無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，具有很大的實(shí)用性，以下筆者對其進(jìn)行一一列舉：一是為使用者提供標(biāo)準(zhǔn)化的定位業(yè)務(wù)（SPS）；二是在軍事領(lǐng)域中提供了精密定位業(yè)務(wù)（PPS）。在實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程中，技術(shù)人員為了最大限度的掌握SPS的定位精確度，可以實(shí)施人為降低精度的舉措，將其稱之為選擇可用性（SA）。具體是將SPS在水平方向的定位精度將至100m，將其豎直方向的精度設(shè)置為156m。而對于PPS業(yè)務(wù)，一旦該系統(tǒng)真正的被投入使用，就可以將其稱之為反電子欺騙的加密技術(shù)，普通用戶是對其是沒有使用權(quán)的。PPS的水平精度為17.8m，豎直精度為27.7m。當(dāng)該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)在局部區(qū)域應(yīng)用之時(shí)，差分技術(shù)的使用，將會(huì)使SPS與PPS業(yè)務(wù)精確度的系數(shù)都會(huì)大幅度的提升，相關(guān)研究資料記載差分技術(shù)在SPS業(yè)務(wù)中的使用，能夠使其相對定位精度達(dá)到5m之內(nèi)。

在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代中，Loran系統(tǒng)在GPS系統(tǒng)中的添置，一方面實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化GPS系統(tǒng)性能的目標(biāo)，另一方面該系統(tǒng)的添加也成為了GPS系統(tǒng)的后備軍。對其原因進(jìn)行深度的剖析，前者主要是由于GPS接收機(jī)若能夠與Loran系統(tǒng)接收機(jī)的相結(jié)合，就會(huì)大大優(yōu)化GPS系統(tǒng)接收信號的性能，同時(shí)GPS發(fā)射機(jī)與Loran發(fā)射機(jī)以Loran系統(tǒng)的基礎(chǔ)改造理念進(jìn)行創(chuàng)新，就可以打造出GPS星座中的一顆偽衛(wèi)星，該偽衛(wèi)星實(shí)質(zhì)上就是Loran發(fā)射機(jī)。此外Loran系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的坐標(biāo)是精確的這已經(jīng)是不可推翻的事實(shí)，那么如果將其配置給GPS基準(zhǔn)接收機(jī)，此時(shí)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)就可以獲得各類差分GPS（DGPS）校正數(shù)據(jù)。例如荷蘭研發(fā)的Eurofix系統(tǒng)就應(yīng)用了Loran系統(tǒng)，此時(shí)該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)就可以在離發(fā)射機(jī)1000公里的方位上將DGPS校正數(shù)據(jù)傳送出去，該無線電導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋的范疇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于美國海岸警衛(wèi)隊(duì)海軍無線電燈塔DGPS工作的范疇。事實(shí)上，Loran系統(tǒng)導(dǎo)航的距離是極為長遠(yuǎn)的，最具代表性的數(shù)據(jù)是1800～2000公里，那么由此可見Eurofix系統(tǒng)的性能有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 組合式無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展趨勢

組合式無線電導(dǎo)航系統(tǒng)大體上是由GPS、無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)中的一個(gè)或幾個(gè)與慣導(dǎo)組合在一起，又被稱之為綜合導(dǎo)航系統(tǒng)。大多數(shù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)以慣導(dǎo)系統(tǒng)為主，其原因主要是由于慣性導(dǎo)航能夠提供比較多的導(dǎo)航參數(shù)，還能夠提供全姿態(tài)信息參數(shù)，這是其他導(dǎo)航系統(tǒng)所不能比擬的，這也是組合式無線電導(dǎo)航系統(tǒng)最大的優(yōu)勢。該系統(tǒng)具有巨大的發(fā)展空間，民航上正在研發(fā)新一代組合導(dǎo)航系統(tǒng)，即飛行管理系統(tǒng)，旨在對將行姿態(tài)控制、飛行性能管理、導(dǎo)航、氣象信息，數(shù)字儀表飛行和彩色屏幕顯示等要素整合在一起，進(jìn)行系統(tǒng)化的管理。

5 結(jié)語

目前，“北斗一號”等眾多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開發(fā)的目標(biāo)，并取得了較好的應(yīng)用效果。我國研究人員應(yīng)該全身心的投入進(jìn)路基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以被視為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)用性降低之時(shí)可以作為后備系統(tǒng)開展獨(dú)立性的工作。積極對頻譜技術(shù)實(shí)施拓展方法，使我國無線電導(dǎo)航系統(tǒng)精度更高、覆蓋范圍更廣以及安全性能更為的優(yōu)質(zhì)化。

參考文獻(xiàn)

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