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中国北斗导航卫星简况

2013-08-28 10:04:23 来源: www.w889vip.com.com论坛
聊聊
  
410日凌晨4点,我国在西昌中心成功发射第八颗北斗导航卫星,自2007414日第一颗实用导航卫星升空我国自主研发的全球卫星定位导航系统稳步发展,该系统将彻底摆脱美国GPS卫星导航系统的束缚,为我国人民生活、社会主义建设提供有力服务,最重要的是我军将步入完全信息化指挥的最高境界,为各种远程精确打击力量插上坚实的翅膀,令中国所有潜在敌人在未来的对抗中不得不三思而行。
 
目前世界上卫星导航系统只有美国GPS“全球定位系统”投入使用。GPS1993年投入试验使用(1973年发射第一颗)。正在组网建设的有:我国的“北斗卫星导航系统”、俄罗斯的“格洛纳斯卫星导航系统”和欧洲的“伽利略卫星导航系统”。
 
人类从文明起源开始就不断迁徙远行,每当出发在即往往意识到如何才能“确定方位”。进入近现代随着交通优德w88具的诞生出行的距离越来越远,人们发明了指南针、罗经罗盘、子午仪等利用天象星座和地球引力完成在茫茫的大海中的航行,这就是最初的导航。
 
什么叫导航:导航就是利用机载和地面相关设备,引导航空器沿着预定航线飞抵预定目标,并能随时给出航空器准确即时位置的过程。无论民用或军用飞行,精确无误的航行是保证安全和完成任务的基础。
 
那么飞机(航空器)是如何导航的呢?
 
按导航方式划分:自主式导航和引导式导航。(1)自主式导航包括:目视领航、陀螺仪表领航、惯性基准导航、多普勒雷达导航等;(2)引导式导航包括:无线电点信标导航(NDB/VOR等)、无线电组合导航(罗兰、塔康、欧米茄等)和卫星无线电定位导航。
 
按导航技术发展阶段划分:(1)目视飞行领航;(2)罗盘(定点推算)领航;(3)无线电(导航台)导航;(4)惯性(基准)导航;(5)多普勒(雷达)导航;(6)双曲线无线电(组合)导航;(7)卫星(时基定位)导航;(8)组合式导航;(9)中国北斗卫星导航。
为了好理解,我们且按“导航技术发展阶段”来逐步了解空中导航的演变。
 
  (一)目视领航方式
 
  飞机于1903年诞生,最初飞机上并没有仪表完全凭感觉驾驶。后来逐渐出现了高度表、速度表和简易发动机仪表。由于飞行高度低距离近,都是靠目视引领飞机前进。目视搜索的地标主要有铁路、公路、村落城镇、电线杆和河流等。驾驶员先要研究地图,沿着熟悉的地标一边飞一边看。
 
191199日英国飞行员哈梅尔驾驶“布雷里奥-6”型单人单翼飞机从伦敦北部卢顿到北安普顿,开始英国第一次官方空中邮件运输飞行,他沿着道路和河流前进,中间迷失方向还降落到村庄田地打听道路最终完成任务,尽管如此还是比邮政马车快了半天。“目视领航”的缺点:不准确、盲目性大、受天气影响大、疲劳不适合远距离航行。
 
 
  (二)定点推算式领航方式
 
  定点推算式领航开创了“地图+罗盘+计时钟”的技术领航时代。自从人们把航海用的大罗盘改造缩小固定到飞机驾驶仪表板上方,就有了指明航向的设备,可以完成点对点直线飞航任务。最初1912年使用的是“水罗盘”,一个浮动的航向刻度盘利用浮子原理悬浮在玻璃水容器中,像指南针一样,任你飞机转向都会有不同刻度指示方位角,驾驶员保持这个刻度不变,就会沿直线向前飞,结合地图作业测量出两点之间的直线(航线)的方位角大小,就是你的“航向角”,再根据飞行速度和距离推算出飞行时间,结合地标地貌,一个标准齐全的“领航要素”具备了。
 
它们是:飞行高度、速度、时间、航线、航向;领航仪表有:罗盘、时钟、地图;飞行仪表有:空速表、高度表、发动机仪表等。1920年以后随着陀螺技术发展,电动罗盘航向仪(电动陀螺磁罗盘)代替水罗盘,航向指示更稳定,一直到现在许多飞机还保留电动磁罗盘为备份领航仪表。“定点推算式领航”是飞行员领航驾驶技术的基本功,它的主要缺点:远距离飞行航迹角(有风情况下的偏流角)误差大,飞行员高度紧张易疲劳,不适合较复杂天气飞行。
(三)无线电导航方式
 
  为了克服磁罗盘领航准确性差问题,人们根据广播电台的原理,研制出无线电引导设备。最早在1917年一次大战期间飞机上安装了收音机式的中波电台接受器和监听式测向器,驾驶员在航线上不断收听城市公开广播,根据“测向器”大致指明的方向保持航行,形成了“无线电导航”的雏形。
 
  由于广播电台安全保密性问题,1932年研制成功中波NDB归航导航台,并在飞机上装配专门的接收设备(无线电定向机ADF)和指示器,“无线电罗盘”诞生了。到1946年二次大战结束,发明了“甚高频全向信标台VOR”,NDBVOR都采用振幅式测向优德w88作模式发射电波来定向,不同的是,NDB采用高频单信号电波,只起到近距离(50-100公里范围)导航定向作用(亦称“归航台”);而VOR甚高频信标采用两个低频调制信号(基准相位信号和可变相位信号),即能定向还能为地面和飞机同时提供针对对方的方位信息,更适合较复杂天气下导航使用,导航范围提高到100-400公里(根据飞机高度不同)。
 
到目前为止,VOR还广泛应用在航路点、转弯点、空中走廊等信标指示点上,NDB仍有少量起辅助导航作用。与此同时还诞生了“无线电测距机DME(脉冲测距)”,测距距离为300-500公里。DME一般和VOR配置在一块,共同起到定位测距作用。主要缺点:易受干扰,作用范围近,不适合远距离导航,俗称“回家导航台”。
(四)惯性导航系统(INS
 
  由于飞机航程越来越远,得不到地面导航台的有效保障,飞机自主导航系统应运而生,它就是“惯性导航系统 INS”。基本原理是根据飞机所在空间位置,由惯性陀螺组件和加速度计测量出运动中的飞机相对于惯性空间的“角速度、角位移、角加速度”等数据,推算出飞机的位置,经过连续不断的推算,构成了保持正确航行诸元的导航方式。它不发射电波不与外界联系不受干扰,是完全自主的稳定导航系统。已经在飞机、导弹、舰船、潜艇等方面得到广泛应用。
 
  惯导原理无疑是牛顿惯性原理最重要的应用,1851年法国人傅科第一次提出惯性运动的稳定性问题;1904年德国人安茨研制出世界第一个电动、三自由度、单轴陀螺仪,由于转速太低并不成功;1907年安茨研制出利用浮子原理和万向支架支撑的陀螺仪转速达到2100rnd/s,即世界第一个“指北陀螺仪:罗经”,并成功运用到德国“德意志号”战略舰上;19496月美国空军首次在B-29轰炸机安装首台惯性导航仪并持续试飞 10小时取得成功。为了增加精确度,组合三个轴向陀螺成为捷联式惯导平台。
 
  同时为了减低摩擦阻力、减少误差,惯导系统历经不断改进更新,先后从支架式结构发展出各类新型陀螺仪如:“绕行陀螺”(1967年美国军用)、“静电陀螺”(1957年美国军用)、“激光陀螺”(1975年美国军用)和“光纤陀螺”1995年美军试验)等。据了解,我国精密仪器设备科研院所从上世纪90年代也开始了自主“光纤陀螺”惯性导航系统的研制,已经取得喜人成果并成功运用新型战机和远程精确打击武器引导头上。
 
  当然惯性导航也存在固有的缺点,随着飞行时间的增加累积偏差也增大。例如中等精确度的惯导:距离每增加100公里误差增加0.2公里(1000公里为2-3公里;5000公里则为10-20公里),这对民航客机不算什么,对轰炸机、巡航导弹则误差太大了。
 
  (五)多普勒雷达导航
 
  惯导的误差主要来自大气流动(风速)的影响,当空中风向与航向存在夹角,飞机轨迹运动速度方向受侧风风速影响,会偏离预计轨迹一个角度,叫“偏流角”,根据三角函数定理计算,飞机真实地速大小会受影响,同时偏离航迹造成偏航误差,惯导很难察觉到细小的变化。
 
  多普勒雷达是根据“多普勒效应原理”设计的雷达系统,它通过向地面发射电波,并根据回波及时发现飞机受风影响产生的微小附加移动变化,经过几个来回即可测出当前空中风的“风向、风速”数据,并通过计算机和自动驾驶仪自动发出修正偏流角的指令,使飞机始终保持预定航向前进。
 
  所以多普勒雷达导航系统是主动修正错误的导航系统,一般大型客机、战略轰炸机要发射5-6个不同方向的电波束,来捕捉前后左右来向的风对飞行地速、偏流角影响。但是由于多普勒雷达体积较大设备复杂,战斗机和巡航导弹较难装备(当然他们的航程短暂时不需要,除非小型化成功)。
 
  (六)联合式无线电导航
 
  这里所谓“联合式”是指非“点对点”导航,而是通过多个无线电发射台组成专门的导航网,利用双曲线函数交汇原理完成导航的系统。像“罗兰-A”导航系统(美国1942年);“奇”导航系统(英国1942年);“罗兰-C”远距导航系统(美国1955年,有效距离可达2000公里范围);
 
  “欧米茄”全球导航系统(美国1966年建成,利用八个大功率导航台交叉组成电波网络,可对高空美军机进行全球指挥引导);还有一种“塔康空中战术”近距导航系统TACAN(美国、北约1968年组建,由于采用了多波瓣脉冲测向技术和机载敌我识别系统结合,测向及识别精度很高,多为北约前线空战导航引导服务。后来美国也把TACANVOR结合使用叫“伏尔塔克VORTAC”提供给军民航使用)。
(七)全球定位卫星导航系统
 
  世界上最早使用卫星导航的是美国,他的第一代系统叫“子午仪”导航卫星系统。从1960年到1964年共发射30多颗子午仪卫星。而“全球定位卫星导航系统”GPS属于新一代无线电卫星导航系统。它具有全天候、全球覆盖、精度高和用户容量无限等特点。美国 FAA(联邦航空署)决定用GPS逐步取代民用VOR/DME近程导航系统;美国防部逐步淘汰“罗兰C”、澳米伽和战术塔康等系统。
 
GPS1973年开始研制,1978年至1993年全部部署24颗卫星并投入使用,先军方后民用发挥了巨大作用。GPS5个地面控制站:主控站(美国本土)、监控站(大西洋、太平洋、印度洋美军基地上)。
 
  (八)组合导航系统
 
  由以上两种或多种导航系统组合起来完成导航任务。现代飞机往往不再使用单一系统导航,像远程客机、运输机、轰炸机等大型飞机几乎使用全部导航手段。作战飞机或导弹则根据需要安装特定的导航系统。比较典型的组合有:多普勒—惯性组合系统(1965年研制 1970年使用、每小时圆概率误差930米);多普勒—惯导—罗兰C组合系统(1968年使用,由于加入罗兰系统小时累积误差减少到3米);惯导—卫星组合系统(1990年开始军民用航空广泛使用)。
 
  (九)我国“北斗卫星”导航系统将达到导航最高境界
 
  (1)既然有GPS为何还要“北斗”?GPS已成为全球导航服务体系,上至空天下到行车走路无所不用早就进入平常百姓家。其实GPS的真正价值在军方使用,飞机大炮坦克军舰潜艇导弹通讯侦察,全都是用GPS定位,打起仗来可以作到指哪打哪。我们能依靠人家的系统为人民解放军服务吗?有大脑的人都懂得这个道理,不行。打仗时人家一关你就白瞎了。
 
  (2)和平时期我军能使用GPS训练吗?答案也是“不能”。从原理上讲用户使用GPS并没有障碍,但美国防部在GPS进入民用领域之初,就制定了特殊“游戏规则”。他把军用和民用信道分开的,美军北约使用“F”码;民用为“K”码(对不起:FK编号是本人任意加的并非实际应用,仅为避免麻烦而已)。其中K”码为模糊数据语言,其“人为误差”是“F”码的数倍,如果“F”精确度为100%,则“K”码仅为80%,作为民用导航足够了,相差几十米几百米对民用飞机轮船不算什么误差。而军用导航则谬之千里,如果我军设备都按GPS设计导航基准,不但平时训练打不准,要不断修误差;到战时即使GPS不关停你也打到准,谈什么“精确打击”。
 
  (3)卫星导航是个巨大的市场。目前美国GPS独霸全球份额,这种独家垄断无形中提高了美国竞争地位,像世界民航组织、世界海运组织、世界通信组织都以GPS为视听。如果“北斗”组网成功,就像3G通信一样带来我们自己的发言权,争取中国、亚太乃至全球卫星导航市场份额。
 
  (4)我国“北斗”卫星的特点。
 
  根据航天权威人士透露,我国卫星导航布网建设分三步走。第一阶段试验阶段,2003年以前发射3颗卫星,主要以验证北斗系统的原理及可行性为目标。该阶段已经圆满完成;第二阶段:2004年到2012年间形成区域定位能力,将发射14颗北斗卫星,形成为中国和亚太周边国家提供导航能力。该阶段已发射8颗北斗卫星,已经初步覆盖我国部分地区并为特定用户提供试验服务;第三阶段:2013年到2020年期间卫星发射总数将达到35颗左右,覆盖全球的北斗卫星导航系统将全面建成。
 
  第一阶段试验阶段,共发射3颗卫星,即“二加一”(2颗同步轨道静止卫星和1颗带倾角度的卫星)组成一个试验小网。和GPS最大不同的是我们使用同步卫星导航,大大加强局部地区在轨导航能力,既经济又快速准确。经用户使用验证达到研制要求取得完全成功。当 2020年最后北斗完成组网,将使用5颗正式同步静止轨道卫星、30颗正式非同步轨道卫星。
 
第二阶段发射全记录:第一颗(2007414日);第二颗(2009415日);第一三颗(2010117日);第四颗(201062日);第五颗(201081日);第六颗(2010111日);第七颗(201012 18日);第八颗(2011410日)。
5)北斗卫星导航系统的重要意义。
 
  只有自己的卫星导航系统建成,才能真正做到远程精确打击。科索沃战争期间一颗精确制导炸弹准确击中中国大使馆主楼,让国人记忆犹新,此耻辱被我国航空航天科技战线人员永记心间。没有自主的卫星导航,只靠雷达制导、惯导和末端电视制导攻击敌人准确率并不高,像四代战机隐蔽出击、东风-21攻击航母、超音速对舰导弹和视界外滑翔攻击炸弹,都要靠卫星末端制导才能发挥最大效益。
 
  卫星导航的隐蔽指挥优势。传统的指挥靠无线电联络极易暴露位置。美国通过GPS自动指挥系统,无需潜艇航母发出任何信号,只要接受就OK,就是监听到密令只见卫星不知在指挥谁,其隐蔽巡逻全球能力大大加强。有了北斗我国核潜艇将能真正达到远航四大洋梦想。
 
  北斗系统建成意味着我国“空天系统”将发挥巨大威力。所谓“空天系统”是指五大卫星系统联网构成的新系统。它们是:导航定位卫星系统;通信联络卫星系统;侦察/“间谍”卫星系统;遥感www.w889vip.com.com卫星系统;气象卫星系统;再加上我国顶尖的超级计算机,可以想见未来信息化战争条件下,敌方所有部署都暴露在我方屏幕前(就像现在美国一样)。一个强大中国谁还敢和你开仗?和平就需要实力强大更强大,就像毛主席老人家所说“只有拥有原子弹才能反对原子弹”。