無線電導航系統選擇與問題研究

周早君

摘 要：目前，世界各國應用的無線電系統的種類不下10種，主要包括無線電信標、臺卡、塔康、羅蘭、全球定位系統、微波著陸系統等。在全球定位系統建立健全的局勢中，如何正確的選擇無線電導航系統，從而將其實效性充分的彰顯出來？這已經是船舶行業極為關注的課題。筆者對無線電信標、臺卡、以及全球定位系統（GPS）的發展趨勢進行研究。

關鍵詞：無線電；導航系統；選擇；問題；研究

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

1 無線電信標

該無線電導航系統又被稱之為歸航臺，可以在船舶與飛機導航系統中安裝。其是在低或是中頻波段的輔助下實現應用目標的，并且其應用的是全方位的發射方式，最大的應用特點在于其臺站識別信息包含在信號中。主要是為飛機提供航運信息服務，并且很多機場將其用在航路導航的細節中，此時無線電信標可以被視為轉換設備，發揮著非精密性引導的作用，相關研究資料記載其所提供的位置精度在3～10°之間波動。當其為船舶提供航海信標這一服務項目之時，一般針對的對象為游艇，此時該無線電系統可以為其提供基礎性、簡易性的導航形式，其精確度在3°之內，正因如此很多領航員將其視為最先進的備用系統。

具相關資料統計，目前全球信標數目大于4500個，其中美國擁有1800個航空信標、200個航海信標，航空與航海信標使用用戶高達18萬與50萬個。盡管該種無線電導航系統相對陳舊化，而且系統技術一直沒有實現創新發展的目標，但是因為該系統具有成本低廉、操作簡單以及安全性能相對較高的優勢，所以該無線電導航系統在現代社會中也有較高的應用頻率。

2 無線電導航系統的類型

2.1 臺卡

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

2.2 羅蘭C

在1957年第一個鏈臺被建設，經過十幾余年的發展歷程由軍用轉型為軍民合用。該系統工作頻段為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（UTC）同步，因此又被稱之為“授時系統”，目前，“無線電鐘”已被研發。該無線電導航系統具有精準性、實用性、整體性以及經濟性的優勢，海、陸、空對其可以共同應用，在GPS系統覆蓋范圍不斷擴張的局勢中，將羅蘭C系統的發展推向了巔峰時期，美、俄、法、中國以及南朝鮮等眾多國家均建立起羅蘭C臺。

2.3 北斗二號導航衛星系統

北斗二號衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統（BDS），其作為世界上第三個成熟的衛星導航系統。系統由三部分構成，即空間端、地面端和用戶端，空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星。地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO等其他衛星導航系統兼容的終端構成。可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具備短報文通信的功能，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度約為10m，授時精度優于100ns。

3 探究全球定位系統（GPS）的發展趨勢

第二代全球定位系統被簡稱為GPS，經歷了漫長的研究歷程，在上個世紀末期空中已經有20多顆衛星在軌道上運轉。在不斷的研究過程中，該無線電導航系統不斷向微型化、節能性以及經濟性的領域靠攏，并且在全球海、陸、空等眾多空間均能夠將具有連貫性全天候的三維位置、三維速度以及精準性的時間信息系統性的提供給使用用戶。

GPS這一無線電導航系統的應用，具有很大的實用性，以下筆者對其進行一一列舉：一是為使用者提供標準化的定位業務（SPS）；二是在軍事領域中提供了精密定位業務（PPS）。在實際應用進程中，技術人員為了最大限度的掌握SPS的定位精確度，可以實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置為156m。而對于PPS業務，一旦該系統真正的被投入使用，就可以將其稱之為反電子欺騙的加密技術，普通用戶是對其是沒有使用權的。PPS的水平精度為17.8m，豎直精度為27.7m。當該無線電導航系統在局部區域應用之時，差分技術的使用，將會使SPS與PPS業務精確度的系數都會大幅度的提升，相關研究資料記載差分技術在SPS業務中的使用，能夠使其相對定位精度達到5m之內。

在科學技術高速發展的時代中，Loran系統在GPS系統中的添置，一方面實現了強化GPS系統性能的目標，另一方面該系統的添加也成為了GPS系統的后備軍。對其原因進行深度的剖析，前者主要是由于GPS接收機若能夠與Loran系統接收機的相結合，就會大大優化GPS系統接收信號的性能，同時GPS發射機與Loran發射機以Loran系統的基礎改造理念進行創新，就可以打造出GPS星座中的一顆偽衛星，該偽衛星實質上就是Loran發射機。此外Loran系統發射機的坐標是精確的這已經是不可推翻的事實，那么如果將其配置給GPS基準接收機，此時無線電導航系統就可以獲得各類差分GPS（DGPS）校正數據。例如荷蘭研發的Eurofix系統就應用了Loran系統，此時該無線電導航系統就可以在離發射機1000公里的方位上將DGPS校正數據傳送出去，該無線電導航系統覆蓋的范疇遠遠大于美國海岸警衛隊海軍無線電燈塔DGPS工作的范疇。事實上，Loran系統導航的距離是極為長遠的，最具代表性的數據是1800～2000公里，那么由此可見Eurofix系統的性能有更大的發展潛力。

4 組合式無線電導航系統的優點和發展趨勢

組合式無線電導航系統大體上是由GPS、無線電導航、天文導航、衛星導航等系統中的一個或幾個與慣導組合在一起，又被稱之為綜合導航系統。大多數組合導航系統以慣導系統為主，其原因主要是由于慣性導航能夠提供比較多的導航參數，還能夠提供全姿態信息參數，這是其他導航系統所不能比擬的，這也是組合式無線電導航系統最大的優勢。該系統具有巨大的發展空間，民航上正在研發新一代組合導航系統，即飛行管理系統，旨在對將行姿態控制、飛行性能管理、導航、氣象信息，數字儀表飛行和彩色屏幕顯示等要素整合在一起，進行系統化的管理。

5 結語

目前，“北斗一號”等眾多衛星導航系統實現開發的目標，并取得了較好的應用效果。我國研究人員應該全身心的投入進路基無線電導航系統，該系統可以被視為衛星導航系統實用性降低之時可以作為后備系統開展獨立性的工作。積極對頻譜技術實施拓展方法，使我國無線電導航系統精度更高、覆蓋范圍更廣以及安全性能更為的優質化。

參考文獻

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