5无线电定位(第五章)程序.doc

第五章 无线电定位 无线电定位通常是指在地面上利用无线电波测定测量船艇至岸上控制点的距离或距离差，从而确定船艇位置。本章主要论述电磁波传播知识、定位原理、点位坐标计算等有关内容。 5.1 电磁波传播 5.1.1 电磁波的产生 根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场在其周围空间感生磁场，并遵从如下规律： （5—1）同时变化的磁场在其周围空间感生电场，并遵从如下规律： （5—2） 式中：—磁场强度；—电位移矢量；—电场强度；—磁感应强度。 图 5—1 电磁波传播 因此，若在空间某区域有变化的电场（或变化磁场），在其临近区域将产生变化磁场（或变化电场），这变化磁场（或变化电场）又在较远区域内产生新的变化电场（或变化磁场），并在更远的区域内产生新的变化磁场（或变化电场）。 这种变化电场和变化磁场交替产生，由近及远地在空间传播，形成电磁波。 如图5—1，电磁波在自由空间传播时，和互相垂直，且两者都与传播方向垂直。 图 5—2 电磁波及其参数的图示 根据物理学中的概念，电磁波是一种随时间变化的正弦（或余弦）波。若设电磁波的初相角为，角频率为，振幅为，则有电磁波的数学表达式： （5—3） 如果取为横轴，为纵轴，则上述关系可用图5—2来表示。 若设电磁波的频率为，周期为，相位为，且当时初相位为，则： ， ， （5—3） 电磁波在一个振荡周期内的传播距离被称做波长，通常以表示。若以来表示电磁波的传播速度，则有如下关系： （5—4） 式中：的单位为‘赫兹’；的单位为‘米/秒’；的单位为‘米’。 电磁波的分类可以根据频率或波长来划分。如表5—1所示。 电磁波的频段和波段分类表 表5—1 频 率（f） 频段(缩写) 波 长(() 波段名称 10kHz-30kHz 甚低频(VLF) 30000m-10000m 甚长波 30kHz-300kHz 低频（LF） 10000m-1000m 长 波 300kHz-3MHz 中频（MF） 1000m-100m 中 波 3MHz-30MHz 高频（HF） 100m-10m 短 波 30MHz-300MHz 甚高频(VHF) 10m-1m 超短波 300MHz-1GHz 特高频(UHF) 1m-30cm 微 波 1GHz-2GHz L-段 30cm-15cm 2GHz-4GHz S-段 4GHz-8.2GHz C-段 8.2GHz-12.4GHz X-段 12.4GHz-18GHz Ku-段 18GHz-30GHz 30GHZ-300GHz 1cm-1mm 300GHz-3(1013Hz 1mm-0.01mm 3(1013Hz-3(1014Hz 红外线 0.01mm-0.001mm 3(1014Hz-3(1015Hz 可见光 0.001mm-0.0001mm 3(1015Hz-3(1018Hz 紫外线 3(1018Hz-3(1021Hz X-射线 5.1.2 电磁波的传播特性 一、大气层的构成 通过大量观测资料的分析表明，大气在垂直方向的物理性质有很大的差异。根据温度、成分和电荷等物理性质的不同，大气按高度可分为对流层、同温层、电离层和磁层等部分。 对流层系指从地面到约11公里高范围内的大气底层。对流层与地面接触，从地面得到辐射热能，其温度一般随高度的上升而降低，平均每升高1公里降低约6.5(C。而在水平方向上每100公里温度差一般不会超过1(C。对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风等主要天气现象，均出现在其中。该层大气的组成，除含有各种气体元素外，还含有水滴、冰晶和尘埃等杂质，它们对电磁波的传播具有很大的影响。电磁波在对流层中的折射率略大于1，且随高度的增加逐渐减小，与大气密度的降低相应。 同温层系指距地面约11公里到50公里范围内的大气。该层大气的温度约为-56(C的恒定值，不随高度的增加而变化。同温层中风暴雷雨绝迹，空气随高度的增加逐渐稀薄。同温层中的大气是属中性的，对电磁波的传播一般没有什么影响。 电离层位于地球大气层的顶部，约在50公里至700公里范围内。由于太阳紫外线的辐射，大气中的原子氧吸收了紫外线的能量，使得电离层的温度随高度的