【现代导航技术概览】
1. 传统导航与现代导航的区别
- 传统导航主要依赖陆基设施，如VOR（甚高频全向信标）、DME（测距仪）、NDB（非定向信标）、TACAN（战术空中导航系统）和ILS（仪表着陆系统）等。它受到地形和自然环境的限制，通常采用导航台到导航台的飞行路径。
- 现代导航，又称基于性能的导航（PBN），强调的是FMS（飞行管理系统）的运用，实现多维度导航和综合导航服务。首选的导航源是全球导航卫星系统（GNSS），如GPS（全球定位系统）。
2. GPS系统基础
- GPS星座由24颗卫星构成，分布在6条轨道上，每条轨道上有4颗卫星，轨道倾角55度，周期约11小时58分钟。
- GPS导航定位基于伪距测量原理，接收机解调卫星信号中的导航电文，计算信号传播延迟即伪距，从而确定三维位置和时间。
- GPS接收机根据功能和使用场景可分类为星载、弹载、机载、车载、船载、手持等多种类型，以及按码型、测量方法、频率和保密程度划分的不同接收机。
3. GPS信号与测距码
- GPS卫星广播的L1载波频率为1575.42MHz，L2载波频率为1227.60MHz。
- 测距码主要有C/A码（民用码）和P码（军用或高精度码）。C/A码码长1023bit，周期1毫秒；P码（Y码）用于更高级别的导航需求。
4. GPS定位误差来源
- 系统误差包括星钟误差、星历误差、相对论效应、电离层延迟、对流层延迟和多径效应等。
- 接收机相关误差包括观测误差、时钟误差和天线相位中心位置误差。
5. 坐标系与GPS解算
- GPS定位参考地心地固坐标系ECEF（地球中心固定坐标系），而机载导航数据库通常使用WGS84坐标系。
- GPS定位需要4颗卫星是因为3个伪距可以确定三维位置，第4颗卫星则用于消除时钟误差。
6. GPS系统组成与功能
- GPS系统由空间段（卫星星座）、地面控制段（监控站、主控站和注入站）和用户段（接收机）组成。它们分别负责信号发射、监控和数据更新以及接收和解算定位信息。
7. GPS导航性能指标
- 主要指标包括导航精度、完好性、可用性和连续性。在民用航空导航中，导航精度是最重要的。
8. 差分GPS（DGPS）技术
- DGPS能消除星钟误差、大部分星历误差、电离层延迟和对流层延迟，但无法消除接收机相关误差。
9. GPS干扰类型
- 干扰类型包括窄带干扰、宽带干扰、系统内、系统间和系统外干扰，以及人为和无意干扰。
- SA（选择可用性）和AS（抗干扰性）是针对民用和军用GPS服务的特定干扰策略，旨在限制非授权用户的定位精度和安全性。
10. GNSS系统构成
- ICAO附件10定义的GNSS系统包括GPS、GLONASS、GALILEO等。GLONASS系统由24颗卫星构成，分布在3条轨道上，每条轨道8颗卫星。
总结：现代导航系统，尤其是GPS，极大地提高了全球定位和导航的准确性和效率。它不仅应用于航空、航海、车辆导航，还广泛应用于测绘、科学研究和日常生活多个领域。随着技术的发展，未来的导航系统将进一步提高性能，减少误差，增强安全性和可靠性。
