陆基无线电导航干扰源定位技术综述
陆基无线电导航干扰源定位技术综述
摘要：陆基无线电导航系统应当具备对干扰源进行
测向和定位功能。通过对导航台干扰源定位发展现状进行分析，总结了干扰定位方法分类、干扰定位体制两个方面关键技术以及典型系统研发情况，最后对发展陆基无线电导航系统干扰源定位技术提出建议。
关键词：无线电导航；干扰源；定位
DOI：10.16640/https://www.wendangku.net/doc/be8572986.html,ki.37-1222/t.2017.10.123
1 引言
卫星导航系统信号微弱、公开，导航卫星需要经过长期的研发和发射入轨过程，而陆基无线电导航系统建站成本低，能采用尖端的信号处理手段，在军事应用方面具有应急性强，抗毁能力强，抗干扰能力强、信号处理能力强的特点。因此，运用陆基无线电导航系统对运载体进行导航保障能增强无
线电导航系统的抗干扰能力，增加航行可靠性。按照运载体与导航台之间是否进行应答，陆基无线电导航系统可分为半自主和自主陆基无线电导航。陆基无线电导航系统运用于军事领域必然会受到敌对电子干扰的影响，敌对电子干扰的目标包括导航信标台和导航运载体。尤其，在半自主导航系统中，运载体向导航台发射呼叫信号时，由于信号功率不够大，
容易遭受压制型的电子干扰。所以，快速准确地确定电子干扰源的位置，能迅速为陆基导航系统提供决策信息，是陆基无线电导航台应当具备的能力。
2 干扰源定位方法分类
干扰源定位的目的是确定干扰源的方向和距离。目前，基于导航台获取辐射源位置的方法主要有[1-3]：
（1）基于信号到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）的定位技术；
（2）基于信号到达频率差（Frequency Difference of Arrival，FDOA）的定位技术；
（3）基于信号到达角（Angle of Arrival，AOA）的测向
定位技术；
（4）联合定位技术，包括时差/频差联合（TDOA/FDOA）定位、测向/测频差联合定位、测向/测时差联合定位、测向/测相位变化率联合定位。
3 干扰源定位体制介绍
基于导航台的干扰源定位体制主要有以下几种：单站定位体制、多站组合定位体制等。单站干扰源定位体制利用单个导航站在间对干扰源信号进行接收和处理[4，5]。这种方
法一般针对多波束天线的干扰定位开展研究。日本学者Y. Matsumoto、M. Tanaka等提出使用高增益多波束天线的方向性，利用不同波束接收信号强度的差异，实现对干扰源的空
间定向。我国学者H. Tsuji和J. Xin等在此基础之上，利用调制信号与噪声在周期平稳性方面的差异来区分敌意干扰信
号和噪声。美国的W. Smith和G. Steffes研究了利用导航台
接收天线正反极化的天线间距产生的相位差来实现对干扰
源的定位方法。美国学者的R. Wachs提出利用干涉仪天线阵列的相位输出测量干扰信号的角度，从而实现干扰源定位。利用单站确定干扰源方向之后，可以利用定位方向在空间交汇于一点的原理，计算得到干扰源的实际空间坐标。
三站TDOA定位，又称为双曲线定位，它通过处理三个或三个以上的导航台采集到的信号到达时间测量数据对干
扰源进行实时定位。地面或者空中的干扰源信号到两个导航台站的到达时间差确定了一对以导航台为焦点的单叶双曲面。三个导航台之中的两两导航台之间确定三个单叶双曲面，则可得到三个双曲面交点，再利用先验信息排除虚假定位点，即可精确地确定干扰源位置。在精确的定位模型下，利用时差信息求解干扰源的位置，需要解决非线性方程组求解的问题。一般而言，时差定位能够实现比测角交叉定位高出一个数量级的定位精度，它是最佳的基于导航台的干扰源无源定位方法。
3.1 TDOA干扰源定位原理
位于地面的M个（M≥3）受干扰导航站接收到单个干
扰源的干扰信号，由两两导航站所接收干扰信号之间的
TDOA值能够确定一个单叶双曲面，所有的M个单叶双曲面的交点，即为电磁干扰源的空间位置。这里以三站TDOA定
位系统为例，对其原理进行说明。导航站、和采用相同的系统工作时钟并且具有接收、处理干扰电磁波的能力。通过导航站天线接收到的干扰信号，经过参数估计和相关运算，可确定干扰源信号到达导航站和到达的时间之差，即TDOA值，每个TDOA能够确定一个位置点集合所组成的单叶双曲面。
我们记、确定的双曲面为，类似的有双曲面、。则一般情况下，三个独立的单叶双曲面、、与相交于两个点和。其中，
为干扰源的真实位置，为镜像点，通过先验知识判断，可以消除镜像点得到真实的干扰源位置。
TDOA卫星定位系统的关键技术主要包括TDOA参数高
精度、快速测量技术；干扰源高精度、快速空间定位算法；?Ш秸究占湮恢酶呔?度获取技术，宽带、高灵敏度侦查接收
机技术等方面。这里主要介绍参数测量算法和空间定位算法。
3.2 FDOA干扰源定位原理
类似上述的三站TDOA测定方法，三站FDOA定位中，
两两导航站通过测量信号的到达频差，能够确定三个类轮胎曲面，曲面交点即为干扰源位置。类轮胎曲面B1的定义为
干扰源与导航站S1，S2之间多普勒值fdop1，fdop2满足fdop1-fdop2=fFDOA的点的集合。与TDOA测量类似，曲面
B1，B2，B3相交于两点R’和R，利用先验知识可以消除镜
像点R’，得到干扰源的真实空间位置。
与TDOA观测量不同的是，FDOA测量的是与干扰源信号与导航台站之间的相对多普勒频移。国外K.C.Ho利用目标的高程信息来提高地面静止干扰源的三站TDOA定位及双站TDOA/FDOA定位的精度；Ha. T. T等提出用三个以上TDOA测量值来简化计算双曲线解；Chan. Y. T等提出用二阶LS法来减少解的计算量。这几位学者的努力提高了三站定位体制的应用场景和范围。
4 典型系统研发情况国外研究情况如下[6]，英国国防评估研究局（DERA）利用TDOA和FDOA测量原理，与Matrix公司合作，所研制的干扰源定位系统NavID，其对距离200～800公里距离干扰源目标的定位误差为1公里以内；美国Interferometrics公司所研制的商业化干扰源定位系统TLS Model 2000，定位误差不详；法国于2004年研制成功Hyperloc干扰源定位系统，它的定位误差一般为几十公里。
我国的导航台干扰源无源定位技术起步较晚，1980年代初才开始这方面的理论研究，研究方向集中于多站测向协同定位法。西南电信技术研究所于2002年开始系统性研究干扰源定位系统的原理及关键技术，并在同年开始研制实用的干扰源定位系统SatILS。SatILS采用双站TDOA/FDOA定位体制。2010年正式投入使用。该系统技术成熟，设计合理，干扰源定位精度较高。
5 总结与展望
陆基导航系统干扰源定位技术的分类方法如下：从几何定位原理划分可分为曲面交汇定位法、多站测向空间交汇定位法，从定位观测量划分可分为测时差、测频差和测幅度法，通过对观测量的处理可以得到干扰信号的入射角度和空间
位置；?母扇哦ㄎ凰?需的导航台数量划分可分为单站定向和多站联合定位。陆基导航系统干扰源定位技术是一项复杂的、涉及面广的技术，需要从系统建设的角度综合考虑。应深入开展陆基导航系统干扰定位技术的研究，包括软件无线电技术、数字信号处理技术、高灵敏度微波测量技术、微电子技术等在陆基导航系统干扰源定位技术中的应用和研究。
参考文献：
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作者简介：彭海（1988-），男，上海人，硕士，工程师，主要从事卫星导航定位研究。
卫星导航抗干扰技术应用
卫星导航抗干扰技术应用 发表时间：2018-11-15T20:03:58.540Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：倪大森 [导读] 摘要：抗干扰技术一直是卫星导航领域的研究热点。 天津七六四通信导航技术有限公司天津 300210 摘要：抗干扰技术一直是卫星导航领域的研究热点。在众多的抗干扰方法中，采用基于空时联合处理的阵列天线抗干扰是目前最有效且应用最广的一种方法。而对于阵列天线抗干扰，权值精度和权值更新速度是决定其抗干扰性能优劣的重要因素。当采用相同的自适应算法时，权值精度越高，权值更新速度越快，则抗干扰处理的效果越好。为此，在接下来的文章中，将围绕卫星导航抗干扰技术应用方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。 关键词：卫星导航；抗干扰技术 引言：卫星导航定位系统提供精确的位置、时间和速度的同时，存在着信号微弱，易受干扰的天然弱点。在定位导航过程中，导航接收机的抗干扰能力是决定导航定位服务可用性的关键因素，伴随着卫星导航的推广应用和深入研究，抗干扰技术不断迭代更新。文章对卫星导航系统的抗干扰接收技术进行分析。 1.抗干扰技术分析 抗干扰是指设备能够防止经过天线输入端，设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。雷达往往工作在复杂的电磁环境中，雷达抗干扰性能的优劣直接决定了整个雷达系统的性能。然而，如何评价雷达抗干扰性能的优劣，至今还没有公认的标准。因此人们难以把握雷达抗干扰能力的好坏，严重阻碍了雷达抗干扰技术和战术的发展。目前对于雷达抗干扰性能的评估，已经有了部分研究成果，但存在以下缺点：第一，干扰和抗干扰性能分开评估，没有把两者联系起来，这不符合实际情况；第二，由于雷达系统的复杂性，往往不能表征整个雷达的抗干扰性能，而仅从雷达采取的抗干扰措施或雷达本身固有的特性来研究；第三，度量值具有不可测性，计算繁琐 1.1虚拟卫星法 虚拟卫星法是在卫星导航抗干扰接收系统中广泛应用的一种方法，利用小型无人机或者地基发射装置播发模拟卫星信号，增强导航接收机的接收信号进而改善信噪比，从而实现抗干扰的目的。 1.2天线抗干扰法 天线抗干扰法是卫星导航抗干扰系统中的关键技术，其应用具有多种优势，技术操作简单，成本相对较低。天线抗干扰法可以通过提升波速发生量的方式来完成天线阵元的加权工作，从而将外界干扰信号的强度控制在较小的范围，减小或避免对导航接收机的影响。 1.3扩展频谱抗干扰法 这种方法可使导航接收机有效抑制干扰信号。采用直接序列扩频，当接收机解扩之后将有用的信号变成了窄带信号，原来一些频带比较窄的干扰信号就会变成宽带信号，从而使得信号中的大部分能量都被窄带滤波器滤除掉，提高了信干比。当前扩展频谱抗干扰法的应用十分广泛，尤其是在工业领域普及程度很高。 1.4光通信技术 光通信技术是卫星导航干扰接收系统的主要技术之一，是结合现代科学技术产生的一种新技术。与传统的卫星导航抗干扰技术相比较而言，光通信技术更高效、科学，但是其原理相对复杂，应用成本相对较高，当前还处于推广阶段。 1.5编码调制技术 编码调制技术在卫星导航抗干扰接收系统中的应用，可以借助卫星导航系统的修正、调整、编排优势，增强抗干扰接收系统稳定工作的持续性。 2.抗干扰导航接收机实现 2.1波束形成抗干扰方法 形成抗干扰波束并借助惯性测量数据或者卫星历史数据，可以抵御和消除外界的干扰信号，从而提高导航接收机的抗干扰能力。卫星信号和干扰信号都会通过全向天线阵列进入大动态射频转换器前端，大动态射频转换器对射频信号进行初步处理再移交后端的数模转换器。大动态射频转换器的设计，可以采用自动增益控制技术，在射频与中频之间设置多个程控衰减器，每一个衰减器都会使得信号逐渐衰减变小，而且信号是逐级衰减，防止其中的敏感元件出现饱和状态。这种衰减结构是比较灵活的，可以对进入模数转换器的信号电平进行精确控制，实现对信号与噪声之间的比值的优化。当射频转换器把信号变成中频的时候，数字化中频信号就会进入波束形成算法模块，同时，在惯性测量数据可用的情况下，还可以从惯性测量数据获得自身的姿态信息，并且可以结合卫星历史数据，通过波束控制模块产生波束自适应控制权值，然后将该值传输到波束形成算法模块中，波束形成算法模块根据波束自适应控制权值，对数字化中频信号进行自适应滤波，可以降低或者消除进入导航接收机的干扰信号影响。波束形成算法模块可以对输入的数字中频数据进行处理，并且可以得到所有通道的数字波束总和，根据这个值再进入导航接收机的捕获跟踪模块。在整个传输过程中，波束形成算法模块可以同时对都不同方向的波束进行控制，在卫星信号中如果存在干扰信号，则该模块可以对数据中的干扰成分进行降低或者完全消除，从而减少干扰信号对卫星信号带来的影响，得到更准确的定位结果。 2.2自适应零陷抗干扰方法 如果缺乏惯性导航设备、电磁罗经等设备的惯性测量数据，导航接收机很难确定卫星接收天线的姿态。此种情况下，自适应零陷抗干扰方法更合适，这种方法的基本原理是功率倒置算法，确保期望信号增益为常数时输出的功率最小。按照功率倒置算法所形成的天线方向图，可以在各个干扰方向上产生对应的零陷，零陷与干扰信号的强度成正比。当卫星信号从空中传输到导航接收机的天线时，信号电平会衰减得十分微弱，甚至低于噪声，所以算法不会剔除有效的卫星信号。算法在强干扰方向上产生零陷，可以有效抑制干扰信号的影响，提高导航接收机的信噪比[1]。 2.3抗干扰导航接收机实现技术 从抗干扰导航接收机的结构来看，卫星导航系统的抗干扰导航接收机主要有两个模块，一个是自适应抗干扰模块，一个是基带接收机模块。自适应抗干扰模块中一共有7组天线，这些天线的数据经过采集之后，可以通过FPGA的SRAM存储器将数据转存送入DSP中，再对数字进行加权计算，另外也可以利用上次计算所得到的权值在FPGA中对当前采样的数据做波束形成或者零陷滤波处理，最终生成I、Q两
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尤其是战争的需要，各国开始竞相开展无线电导航技术的研究，在这期间先后出现了一批又一批的陆基无线电导航系统及设备。陆基无线电导航按作用距离可分为近程 （100-500km）、中程（500-1000km）、远程（1000-3000km）。据不完全统计，在战争期间以及战后不长的岁月里，出现的路陆基无线电导航系统有数十种之多。典型的系统如近程的伏尔、测距器、塔康（tacav）、雷迪斯特、哈菲克斯（hi-fix）等；中程的罗兰-b（loran-b）、低频罗兰（lf-loran）、康索尔（consol）等；远程的那伐格罗布（navaglobe）、法康（facan）、台可垂亚（dectra）、那伐霍（navarho）、罗兰-c（loran-c）和无线电网（radiomesh）等；超远程的台尔拉克（delrac）、伏尔斯康（volscan）、塔康数据传递系统（tacandata-link）、萨特柯（satco）等；另外还有多普勒导航雷达（dopplernavigationradar）。 这些系统中只有一小部分经过试用、改进、不断完善，得到了历史的认可和广泛地应用，进而得以保存下来，其它的系统仅在试验阶段就结束了生命。保存下的系统主要有：mf无方向信标自动测向仪，lf无方向信标，75mhz信标，vhf/uhf测向仪，伏尔/测距仪，多普勒伏尔，台卡，罗兰-a，罗兰-c，天线电网。 我国对罗兰-c技术的研究工作早在本世纪60年代初就
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手机定位技术
一、定位技术的必要性 职务犯罪侦查部门在接到案件线索后，首先要做大量的前期初查工作，掌握一定信息后，就到了关键阶段：接触被举报人、有关知情人等涉案人员，进行谈话。而且为了达到出其不意的效果，侦查员需要迅速、准确地找到涉案人员，在有多名涉案人员的情况下，还要保证他们同时到案。 但如今的社会交通发达便利、人员流动迅速，特别是在像这样大城市中，从茫茫人海里要找到一个人，谈何容易。很多涉案人员已知信息很少，可能只知道其名字，而不知道其号，其单位也可能只是一个皮包公司，要找到这样的人就很困难。还有的涉案人员已知信息多一些却不确定，可能出现多个办公地点，多套住房，居无定所，要找到这样的人也不容易。
如果不弄清涉案人员具体位置，贸然出击，就有可能扑空进而打草惊蛇，涉案人员就会闻风而逃，影响办案进程。所以对涉案人员的位置定位是侦查工作中经常面临的棘手问题。 随着当今社会信息化的发展，整个社会的通信、网络、消费等交互信息在爆炸式增长，人与人之间，人与社会之间的信息交流随时随地在发生。同样涉案人员在社会生活中也会留下自己的信息，而这些信息与其所在地理位置会产生对应关系，应用技术手段发现这些信息，从而找到这个人的位置，这就是技术定位的实现基础。 采用技术手段对涉案人员进行定位，有时间短、定位精确等优点，是职务犯罪侦查部门进行人员定位的优先选择。
二、定位技术分析 一般来说，定位技术通过以下几种方式实现，一是无线终端设备定位，包括手机等无线通信终端定位及无线网络终端定位等。二是有线网络终端定位。三是社会监控信息定位。四是人员身份信息定位。 （一）无线终端设备定位 1、手机等移动通信终端定位。 目前中国的手机普及率已相当高，手机已经成为人们必不可少的随身物品。手机定位的原理是通过特定的定位技术来获
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速度、航姿和时间等导航信息，成为支持未来航空运输发展的又一股强大动力。 1民航导航技术的现状 1.1支持航路的导航技术 1.1.1惯性导航系统 从20世纪20年代末开始，虽然陆基无线电导航逐渐成为航空的主要导航手段，但由于需要地面系统或设施的支持，无法实现自主定位和导航，限制了航空的发展。首先，军事上对导航系统提出了生存能力、抗干扰、反利用和抗欺骗的需求，具有自主导航能力的惯性导航系统(INS)于60年代在航空领域投入使用。但民用飞机采用INS 的主要原因是由于INS提供的导航信息连续性好，导航参数短期精度高，更新速率高(可达50～1000Hz)。 20世纪70年代后，由于数字计算机的使用和宽体飞机的发展，INS也开始了大发展阶段。由于INS具有许多陆基导航系统不具备的优点，尤其是可以产生包括飞机三维位置、三维速度与航向姿态等大量有用信息，在民航中得到了应用，是民航飞机的基本导航系统。当然它自生的垂直定位功能不好误差是发散的，不能单独使用，在现代
卫星导航系统接收机抗干扰关键技术综述
卫星导航系统接收机抗干扰关键技术综述 卫星导航系统，就是用于对目标定位、导航、监管，提供目标位置、速度等相关信息的卫星系统。卫星导航系统具有很多优点，定位精度非常高，如美国的GPS（全球定位系统）精度可达厘米和毫米级；效率高，体现在观测时间短，可随时定位；全天候的连续实时提供导航服务。因此，卫星导航系统广泛应用于各个领域，发展前景十分广阔。但是，卫星导航系统有一个缺点，就是卫星信号的功率比较低，信道容易受到其他形式的各种干扰，导致卫星导航接收机的性能下降。因此，为了提升我国的卫星导航系统的抗干扰能力，本文主要研究探讨了卫星导航系统接收机抗干扰的关键技术。 1 卫星导航系统抗干扰技术 卫星导航系统接收机的干扰主要有三种形式，欺骗式干扰、压制式干扰、欺骗式/压制式组合干扰。欺骗式干扰有针对民码的干扰和针对军码的干扰；压制式干扰有宽带压制式干扰和窄带压制式干扰。为了应对各种干扰，卫星导航系统使用扩频技术，扩频技术具有很好的隐蔽性，能够精密测距，并且可以实现多址通信，抗干扰能力大大增加。而对于连续波干扰、窄带干扰，就要采用带阻频谱滤波方法滤掉干扰信号。而对于宽带干扰，这些方法效果都不理想，一般选择自适应阵列天线技术，这种技术能够根据外部的信号强弱，自动改变各个针元的加权系数，从而对准干扰信号方向。 1.1 自适应滤波技术 自适应滤波技术是随着自适应滤波理论与算法的发展而发展起来的，最小均方算法和最小二乘算法对自适应滤波技术起到的非常大的作用。除此以外，采样矩阵求逆算法也属于另一种自适应算法，直接矩阵求逆算法使得系统处理速度大大提升。 1.2 卡尔曼滤波技术 卡尔曼滤波技术是卡尔曼在20世纪60年代提出的，卡尔曼滤波技术是在被提取信号的相关测量中利用实时递推算法来估计所需信号的一种滤波技术。这种技术的理论基础是随机估计理论，在估计过程中，用观测方程、系统状态方程以及白噪声激励的特性作为滤波算法。卡尔曼滤波技术不仅用于估计一维的平稳的随机过程，而且可以用于多维的非平稳随机过程估计。卡尔曼滤波技术实质上属于一种最优估计方法。虽然卡尔曼滤波技术操作简单，应用范围十分广泛，但有一个基本要求，就是必须在计算机上实现。 2 抗压制式宽带干扰技术 2.1 压制式宽带干扰的工作原理 所谓压制式干扰，就是指干扰信号的强度远远高于经过扩散后的卫星信号强度，进而使卫星导航系统接收机无法获取准确信号，从而达到干扰卫星导航系统的目的。压制式干扰有窄带压制式和宽带压制式干扰。窄带单频连续波干扰，是一台干扰机对卫星导航系统发射单频信号，当单频信号与用伪码调制的宽带进行混频后，就输出宽带干扰信号。宽带扩频相关干扰，原理是利用卫星信号的伪码序列与干扰信号的伪码序列的强关联性来干扰接收机的接受能力。这种干扰可以以较小的干扰功率就能达到有效干扰目的。 2.2 自适应阵列天线技术 阵列天线的结构决定抗干扰性能，阵列天线的几何结构对抗干扰性能的影响主要体现在三个方面。第一，阵列天线的阵元间隔。第二，阵列天线的几何布局。第三，阵列天线的阵元个数。确定阵元间的相对距离，要考虑的因素有，较小的阵元之间的间隔形成的互藕效应，和半波长的阵元间隔形成的旁瓣。一般的阵元间隔选择半波长，能够有效避免大的旁瓣的产生，并且此时的互藕效应最小。阵列天线的几何结构布局不同，对应的最佳阵元的个数就不同。所以在进行干扰抑制性能的量化比较时，不能将阵元个数相同的，但阵元几何结构不同
苏科版-信息技术-六年级下册-《智能导航-卫星定位导航》参考教案
智能导航——卫星定位导航 一、教学目标 1.知识与技能： (1)认识卫星定位导航仪。 (2)了解卫星定位导航技术及其应用。 2.过程与方法： (1)通过自主学习和知识迁移,对智能导航做出描述; (2)通过教师导读,了解卫星定位工作原理。 3.情感态度与价值观： (1)让学生养成观察、调查的良好习惯; (2)通过卫星定位导航应用,感受技术给我们生活带来的变化。 4. 行为与创新：通过认识北斗星导航系统,激发学习的积极性和创造性。 二、学情分析 大部分学生对卫星定位导航有所体验,对卫星定位导航仪或手机导航应用有所了解,但对卫星定位等技术比较陌生,对为什么能够导航并不清楚。 三、重点与难点 重点:卫星定位导航技术及其应用。 难点:利用卫星定位导航技术体验导航。 四、教学活动 1.激趣导入 播放爸爸去哪儿的音乐。 师:Angela父女俩又快乐出游了,不过这次他们遇到了些麻烦,你能帮帮他们吗?我们一起去瞧一瞧! 出示父女对话情景。 师:同学们有什么好办法吗? 生:可以用导航仪啊! 揭示课题:是呀,用导航仪就方便多了,况且现在也十分的普及。这节课我们就来认识卫星定位导航。 智能导航——卫星定位导航(板书)
2.教授新知 （1）了解导航仪的外观以及种类。 师:首先我们先来看看导航仪都长什么样? (课件出示导航仪)谁来说说看? 生:都有显示屏。 生:有很多的输入、输出按钮。 生:有的会说话!(师:那叫语音系统) 师:除了这种,你们还见过其他导航仪吗? 生:还见过用手机做导航仪的。 师:同学们真是见多识广啊,因为手机本身具备定位功能,所以可以在手机上安装导航软件,从而实现手机的导航功能。同样平板电脑也可以。 （2）认识什么叫做导航仪。 师:那么导航仪到底是什么呢?我们一起来读一读导航仪的科学定义。 生:卫星定位导航仪借助卫星定位导航技术按照出行人要求确定目的地和行驶路线,提供自动语言导航和交通安全提示等功能。 师:你觉得这个定义里的哪些词特别的重要? 生:卫星!没有卫星根本不可能有定位系统。 生:我认为是确定目的地和行驶路线。这是导航最重要的功能。 师:同学们说的都很好。 （3）初步体验导航仪。 师:我们知道了什么是导航仪,那么同学们想不想体验一下导航仪的神奇呢?(想) 师:那我们就来帮Angela父女找到他们的目的地。我们先观看视频,学习如何在平板电脑上使用卫星定位导航功能。 师:看同学的样子已经跃跃欲试了!我们来看下要求。 出示体验馆1:利用手机导航仪,初步判断目的地(锡惠公园)的方向和大概距离。 学生体验。 师:找到了吗?锡惠公园在我们的哪个方向?
定位技术有哪些
定位技术有哪些 一．古代的定位方式 古代的定位方法，第一是利用星象。东晋僧人法显在访问印度乘船回国时曾记述：“大海弥漫无边，不识东西，唯望日、月、星宿而进”。到了元、明时期天文定位技术有很大发展。当时采用观测恒星高度来确定地理纬度的方法，叫做“牵星术”，所用的测量工具，叫做牵星板。根据牵星板测定的垂向高度和牵绳的长度，即可换算出北极星高度角，它近似等于该地的地理纬度。郑和率领的船队在航行中就是采用“往返牵星为记”来导航的。在航行中，他们还绘制了著名的《郑和航海图》。我国的航海图虽然宋代就已应用，但多只是以近海为主，不能满足大船队的远航需要。郑和与他的助手王景弘依据多次航行所得的海域和陆地知识，制成了远航图册，名为“自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸蕃国”，后人称之为“郑和航海图”。该图以南京为起点，最远达非洲东岸的图作蒙巴萨。全图包括亚非两洲，地名50O 多个，其中我国地名占200多个，其余皆为亚洲诸国地名。所有图幅都采用“写景”画法表示海岛，形象生动，直观易读。在许多关键的地方还标注“牵星”数据，有的还注有一地到另一地的“更”数，以“更”来计量航海距离等。可以说，郑和航海图是我国古代地图史上真正的航海图。 司南是我国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向的指南器，还不是指南针。 早在两千多年前汉（公元前206－公元220年），中国人就发现山上的一种石头具有吸铁的神奇特性，并发现一种长条的石头能指南北，他们管这种石头叫做磁石。古代的能工巧匠把磁石打磨凿雕成一个勺形，放在青铜制成的光滑如镜的底盘上，再铸上方向性的刻纹。这个磁勺在底盘上停止转动时，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，这就是我国祖先发明的世界上最早的指示方向的仪器，叫做司南。 司南的“司”就是“指”的意思。
MEMS技术发展综述
MEMS技术发展综述 施奕帆04209720 （东南大学信息科学与工程学院） 摘要：对于MEMS技术进行简要的介绍，了解其诞生与发展，所涉及的学科领域，目前的研究成果以及在生活、军事、医学等方面的应用。目前MEMS在我国的发展已取得一定成果，在21世纪可以有更大的突破，其未来在材料、工艺、微器件、微系统方面也具有巨大的发展空间。 关键词：MEMS、传感器、微制造技术 一、MEMS简介 微机电系统(micro electro mechanical system，MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，其起源可以追溯到20世纪50～60年代，最初贝尔实验室发现了硅和锗的压阻效应，从而导致了硅基MEMS传感器的诞生和发展。在随后的几十年里，MEMS得到了飞速发展，1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～120／μm的硅微型静电电机；1987～1988年，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，所以20世纪80年代后期微机电系统一词就渐渐成为一个世界性的学术用语，MEMS技术的研究开发也成为一个热点，引起了世界各国科学界、产业界和政府部门的高度重视，经过几十年的发展，它已
成为世界瞩目的重大科技领域之一。 二、MEMS涉及领域及作用 MEMS技术涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等学科。MEMS开辟了一个新的技术领域，它的研究不仅涉及元件和系统的设计、材料、制造、测试、控制、集成、能源以及与外界的联接等许多方面，还涉及微电子学、微机构学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学、材料学、物理学、化学、生物学等基础理论 三、MEMS器件的分类及功能 目前，MEMS技术几乎可以应用于所有的行业领域，而它与不同的技术结合，往往会产生一种新型的MEMS器件。根据目前的研究情况，除了进行信号处理的集成电路部件以外，MEMS内部包含的单元主要有以下几大类： （1）微传感器： 主要包括机械类、磁学类、热学类、化学类、生物学类等。其主要功能是检测应变、加速度、速度、角速度（陀螺）、压力、流量、气体成分、湿度、pH值和离子浓度等数值，可应用于汽车、航天和石油勘探等行业。
现代导航复习资料
第1章 （1）传统导航的特点是什么？传统陆基导航包括哪些导航源？ 1.只能依赖陆基导航2导航台到导航台飞行3导航台建设受地形，自然环境影响大。导航源：VOR, DME, NDB, TACAN, ILS, MLS （2）现代导航的特点是什么？首选导航源是什么？ 1基于性能的导航2基于FMS管理的导航3基于飞行制导的导航4多维导航5导航的综合利用。首选导航源：GNSS （1）GPS星座至少需要多少颗卫星构成？分布轨道数为多少？每根轨道至少分布多少颗卫星？轨道倾角是多少？轨道周期是多少？ 24颗，6个轨道，每个轨道分布4颗卫星，轨道倾角55度，周期11 h 58 min. （2）GPS导航定位基本原理是什么？导航型GPS接收机能够输出的主要参数有哪些？GPS 接收机有哪些分类标准？可以分为哪些类型接收机？ GPS卫星信号从发射天线到用户接收天线进行单向传输。用户接收机接收来自卫星的信号，从信号中解调出导航电文，并通过测量信号传播的延迟时间求出伪距，将伪距作为观测量。 GPS能输出的参数：三维位置和一维时钟 分类标准：1按安装位置分：星载，弹载，机载，车载，船载，手持2、按用途分：测量，导航，定位，授时3、按码型分：P码，C/A码，M码，新民用码和无码4、按测量方法分类：多普勒法，伪距法5、按频率分:单频，双频6、按保密程度分：军用，民用 （3）GPS卫星广播的信号中，L1和L2载波的频率是多少？ L1：1575.42MHZ L2：1227.60MHZ （4）GPS卫星广播的测距码有哪两种？民用测距码是什么码？民用码码长和码周期是多少？美国军用或授权用户高精度导航使用什么码？ C/A码，P（Y）码， 民用测距码是C/A码，码长1023bit，周期1毫秒， P（Y）码 （5）GPS导航定位误差源主要有哪些？ 有系统自身误差和干扰误差，其中系统自身误差有： 与卫星相关的误差：星钟误差，星历误差，相对论效应 与传播相关的误差：电离层附加延迟误差，对流层附加延迟误差，多径效应误差 与接收机相关的误差：观测误差，时钟误差，天线相位中心的位置误差 （6）GPS导航定位结果，参考的坐标系是什么坐标系？使用GPS导航时，机载导航数据库使用的坐标系是什么坐标系？ 地心地固坐标系ECEF WGS84坐标系。 （7）GPS系统由哪三部分组成？每部分的基本功能是什么？ GPS由空间段，地面控制段，用户段组成。
惯性导航文献综述报告
一、引言 惯性技术是惯性制导、惯性导航与惯性测量等技术的统称。惯性技术已应用于军用与民用的众多技术领域中，应用于宇宙飞船、火箭、导弹、飞机、舰船等各种运载器上。在各类导航系统（例如无线电导航、天文导航等）中，惯性导航系统被认为是最有发展前途的一种导航系统。惯性导航系统依照惯性原理，利用惯性元件（加速度计和陀螺仪）来测量载体本身的加速度和角速度，经一系列运算后得到载体的导航参数，从而达到对载体导航定位的目的。惯性导航是一种自主式的导航方法，它既不需要向外界发送信号,也不需要从外界接收信号,所以, 它具有隐蔽性好,工作不受气象条件制约和外界干扰等优点,从而广泛地应用于军用和民用的众多领域中。 随着现代数学、现代控制理论与计算机技术的发展，在平台惯导系统的基础上又发展出了捷联惯导系统。捷联系统是将惯性元件(陀螺和加速度计)直接安装在载体上,直接承受载体角运动，不再需要稳定平台和常平架系统的惯性导航系统。捷联管道系统使用数学平台而非物理平台，简化了平台框架和相连的伺服装置，因而消除了平台稳定过程中的误差，简化了硬件，提高了可靠性和可维护性，降低了成本，体积小、重量轻。 在捷联惯导系统中，用加速度计代替陀螺仪测量运动载体的角速度,称为无陀螺捷联惯导系统（The Gyroscope Free Strapdown Inertial Navigation System，简称GFSINS)。GFSINS舍弃了陀螺，所以能够避开由于陀螺的抗震性差、恢复时间长、动态范围小等缺陷所引起的一系列难以解决的关键技术问题。目前无陀螺捷联惯导系统给的研究已经引起了国内外很多专家学者的重视。无陀螺捷联惯导系统成本低，可靠性高，功率低，寿命长，反应速度快，适用于角加速度大、角速度动态范围大、冲击大的载体的惯性导航，也适合一些较短程飞行器的惯性制导，还可以与其它导航装置组成组合导航系统。 无陀螺捷联惯导系统虽然具有多种突出的优点，但也有美中不足之处。与传统的惯导系统相比，无陀螺捷联惯导系统的载体角速度是从加速度计输出的比力信号中解算出的，且各轴角速度信号互相耦合，因此，目前广泛应用的六加速度计配置方案和九加速度计配置方案都采用了方便解耦的配置，一般选择角加速度作为解算对象，角速度为辅助或不用。而由角加速度到角速度需要一次积分，到姿态需要两次积分，造成角速度计算值和导航参数的误差随时间增长不断积累。此外，加速度计精度和加速度计的安装精度也对无陀螺惯导系统的精度有所制约。 随着加工技术及数字计算机的发展、高精度加速度计的不断问世、滤波技术、组合导航技术的发展，无陀螺捷联惯导系统的研究具有重要意义和广阔的应用前景。本文后续内容中就对无陀螺捷联惯导系统的研究动态和发展前景进行了介绍。 二、国内外研究动态 惯性测量通常利用加速度计敏感线加速度，用陀螺仪敏感角速度来确定载体的姿态。惯性测量系统应用于炮射制导弹药时，炮弹减旋后出炮口的转速仍然很高，比如155mm炮弹的减旋后转速仍达15r/s~20r/s。发射时，炮弹在火药压力下做高加速旋转运动，速度在数毫秒内达到数百m/s，炮弹所受轴向加速度可达几千到几十万个m/s2。这样恶劣的环境对陀螺和加速度计的性能有很高要求：动
导航战及GPS干扰导航战是指在战场环境下用电子干扰的方法对敌
1. 导航战及GPS干扰 导航战是指在战场环境下,用电子干扰的方法对敌方导航系统进行干扰或攻击,使其不能正常导航或降低导航精度,并对敌方对己方导航系统所实施的干扰进行抗干扰,使其在干扰条件下仍能高精度地工作。 GPS干扰: (1) 瞄准式阻塞干扰 保证阻塞式干扰在GPS 接收机的带宽内产生均匀的干扰频谱(梭状和连续波) , 在时域上呈等幅包络, 该干扰信号的功率达到一定程度时, 便可对GPS 信号产生全面的阻塞作用. (2) 伪随机噪声阻塞干扰 人为地产生伪随机码噪声, 这些伪随机码噪声在被GPS 接收机相关解扩过程后的信号功率只要大于GPS 接收机的干信比, 就足以有效干扰GPS接收机. (3) 转发式欺骗干扰 将某一区域内GPS 卫星信号通过一些特殊的设备(如DRFM) 进行降频、采样、存储、延时、调制、再升频后转发出去. 这样在空中就形成与GPS接收机真实信号相参性很好的欺骗信号, 通过GPS接收机相关解扩后, 起到欺骗使用. 这些信号人为地改变了在空中的传输时间、相位和频率. 最终使得GPS 接收机的定位精度产生很大误差. (4) 组合干扰 由于每一种干扰方式的优缺点不尽相同, 为了取长补短, 我们可以同时采用两种或两种以上的干扰方式, 以求达到更好的干扰效果. 如伪随机噪声阻塞干扰与转发式欺骗干扰的组合. 2. GPS抗干扰措施 由于GPS空间卫星的设计起点主要考虑战争环境下导航和定位的军事安全，而没有把干扰环境下的工作能力提到突出的位置。实际上，GPS卫星信号到达地面用户时其信号很弱，信噪比很低，从而导致了GPS用户接收机很容易遭受欺骗性干扰和压制性干扰。加上导航战中民用频段的军用化，导致美国与其敌对双方突出较量于战场，迫使其GPS系统不得不采取抗干扰措施或者改革其体制。为此，美军正在从GPS卫星、地面控制站、用户接收设备等方面采取措施，提高该系统的抗干扰能力。其中主要包括：①提高GPS星座后续星的发射功率，研制第三代GPS卫星；②军用GPS接收机采用保密结构、自适应调零天线、抗干扰信号处理技术；③在武器应用方面，特别强调复合使用GPS与惯性制导系统（INS），“联合直接攻击弹药”（JDAM）就是如此；④研制GPS干扰源探测定位系统。 2.1 美国GPS抗干扰技术研究现状： 一、研制抗干扰GPS 接收机天线。 美国陆军航空与导弹司令部导弹研究发展与工程中心将投资“创新研究”工程,研制小型廉价的GPS 接收机天线,用于各种导弹和火箭弹上的GPS 接收机。目前这类弹药上的GPS 接收机天线对干扰信号的跟踪和抑制过程需要50 秒,而有效制导多管火箭炮和陆军战术导弹系统要求该过程不能超过10 毫秒,所以必须使用小于10 ×10 ×2. 5cm3 的天线。“创新研究”计划的目标是研制一种可抗连续波、宽带噪声、脉冲等多种干扰的抗干扰GPS 接收机天线,并用其取代现有天线。如果获得成功,将制造10 套天线用于飞行等各种试验。
详解无线传感器网络定位技术
详解无线传感器网络定位技术 引言 无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息，否则，这些数据就是不确切的，甚至有时候会失去采集的意义，因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。首先，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次，了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置，改善整个网络的覆盖质量。因此，必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位。 无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节点装载全球卫星定位系统（）接收器，用以确定节点位置。但是，由于经济因素、节点能量制约和对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。因此，一般只有少量节点通过装载或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。另外，无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容，包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等，如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。因此，研究节点定位问题不仅必要，而且具有很重要的现实意义。 定位技术基本概念 定位方法的相关术语 ）锚节点（）：也称为信标节点、灯塔节点等，可通过某种手段自主获取自身位置的节点； ）普通节点（）：也称为未知节点或待定位节点，预先不知道自身位置，需使用锚节点的位置信息并运用一定的算法得到估计位置的节点； ）邻居节点（）：传感器节点通信半径以内的其他节点； ）跳数（）：两节点间的跳段总数； ）跳段距离（）：两节点之间的每一跳距离之和； ）连通度（）：一个节点拥有的邻居节点的数目；
无人机导航定位技术简介与分析
无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。