GPS的航海导航应用

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GPS的航海导航应用

卫星技术用于海上导航可以追溯到60年代的第一代卫星导航系统TRANSIT，但这种卫星导航系统最初设计主要服务于极区，不能连续导航，其定位的时间间隔随纬度而变化。在南北纬度70度以上，平均定位间隔时间不超过30分钟，但在赤道附近则需要90分钟，80年代发射的第二代和第三代TRANSIT卫星NAVARS和OSCARS弥补了这种不足，但仍需10至15分钟。此外采用的多仆勒测速技术也难以提高定位精度（需要准确知道船舶的速度），主要用于2维导航。

GPS系统的出现克服了TRANSIT系统的局限性，不仅精度高、可连续导航、有很强的抗干扰能力； 而且能提供七维的时空位置速度信息。在最初的实验性导航设备测试中，GPS就展示了其能代替 TRANSIT和路基无线电导航系统，在航海导航中发挥划时代的作用。今天很难想象哪一条船舶 不装备GPS导航系统和设备，航海应用已名副其实成为GPS导航应用的最大用户，这是其他任何领域的用户都难以比拟的。

GPS航海导航用户繁多，其分类标准也各不相同，若按照航路类型划分、GPS航海导航可以分为五大类：远洋导航；海岸导航；港口导航；内河导航；湖泊导航。

不同阶段或区域，对航行安全要求也因环境不同而各异,但都是为了保证最小航行交通冲突，最有效地利用日益拥挤的航路，保证航行安全，提高交通运输效益，节约能源。按照导航系统的功能划分大致有以下几类：

1 自主导航

自主导航系统适于上述五种航路的任何一种，它基本上是一种单纯的导航系统，其主要特征 是仅向用户提供位置、航速、航向和时间信息，也可包括海图航迹显示，不需通信系统。 适应于任何海面、湖面和内河上航行的船舶，从大型远洋货轮到私人游艇。

2 港口管理和进港引导

这种系统主要用在港口/码头的船舶调度管理、进港船舶引导，以确保港口/码头航行的 安全和秩序。该系统需要双向数据/话音通信，以便于领航员引导船舶；港区情境/海图显示， 以表明停泊的船舶和可利用的进港航线，避免冲撞。这种系统对导航系统的精度要求高， 要采用差分GPS和其他增强技术。

3 航路交通管理系统

这类系统与2类似，但主要用于近海和内陆河航路上的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯系统支持，如INMARSAT等。

4 跟踪监视系统

这类系统主要用于海上巡逻艇、缉私艇及各种游艇，特别是私人游艇以防盗。根据具体的使用对象，有些系统需要给出导航参量和双向数据/话音通讯，如缉私艇。而有时则不需要给出 导航参量，如用于私人游艇防盗，仅需要单向数据通讯，一旦发生被盗，游艇上的导航系统 不断把自己的位置和航向送到有关中心，以便于跟踪。

5 紧急救援系统

系统也包括两栖飞机，直升机和陆地车辆。它适应于所有五类航路，用于搜寻和救援各种海面、湖面、内河上的遇险、遇难船舶和人员。这类系统需要双向数据/话音通信，要求 响应时间快、定位精度高。

6 GPS/声纳组合用于水下机器人导航

该类组合系统可用于水下管道铺设和维修（需要视觉系统），水文测量以及其它海下作业，如用于港口/码头水下勘测，以便于进场航道阻塞物清除，保证航道畅通，也可用于远洋捕捞，渔船作业引导等。

7 其它应用

所采用的导航技术主要有：

GPS（GNSS）；

声纳技术；

INS；

航海图

无线电导航技术；

图象匹配技术；

其它技术。

所采用通信技术主要有：

FM和TV副载波单向数据/话音通信；

信标台网双向数据通信；

集群通信；

蜂窝通信；

陆基移动数字通信；

卫星移动通信；

流量余迹通信等。

前5种通信技术主要用于近海、内河和湖泊区域。

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