定位技术的发展及现代应用 .pdfVIP

定位技术的发展及现代应⽤

定位技术的发展及现代应⽤⼀、定位技术的发展

早在15世纪，⼈类开始探索海洋的时候，定位技术也随之催⽣。主要的定位⽅法是运⽤当时的航海图和星象图，确定⾃⼰的

位⼦。

随着社会和科技的不断发展，对导航定位的需求已不仅仅局限于传统的航海、航空、航天和测绘领域。GPS作为常见的导航

定位系统已经逐渐进⼊社会的各个⾓落。尤其在军事领域，对导航定位提出了更⾼的要求。导航定位的⽅法从早期的陆基⽆线

电导航系统到现在常⽤的卫星导航系统，经历了80多年的发展，从少数的⼏种精度差、设备较庞⼤的陆基系统到现在多种导

航定位⼿段共存，设备⽇趋⼩型化的发展阶段，在技术⼿段、导航定位精度、可⽤性等⽅⾯均取得质的飞越。

1.1陆基⽆线电导航系统

1.1.1第⼀次世界⼤战期间

陆基⽆线电导航系统是从20世纪20年代第⼀次世界⼤战期间开始发展起来的。⾸先是应⽤在航海，逐渐扩展到航空领域。其

技术⼿段主要是采⽤⽆线电信标。

舰船和飞机接受信标的发射信号，通过⽅向图调制测出与信标的⽅位，从⽽确定⾃⾝的航向。这时的导航主要侧重是侧向，定

位能⼒⽐较差。

1.1.2第⼆次世界⼤战及战后时期

第⼆次世界⼤战及后期，⽆线电导航定位系统飞速发展，出现了许多新的系统，并在不断发展，到⽬前⼤多系统仍在⼴泛使

⽤。

这其中主要有罗兰-A（Loran-A）、罗兰-C（Loran-C）、台卡（Decca-A）、奥⽶伽系统、伏尔/测距器（DME）和塔康

（Tacan）等。

（1）罗兰-A和罗兰-C

罗兰-A和罗兰-C的基本原理是发射脉冲信号，利⽤双曲线交会定位，20世纪50年代末产⽣的罗兰-C在罗兰-A的基础上，对发

射信号进⾏了改进，使得⽤户可以得到⼏百⽶量级的定位精度和微妙级的授时精度。⽬前各国已建成近100个发射台站，但仍

不能覆盖全球。

（2）台卡和奥⽶伽

台卡也是⼀种双曲线，主要针对欧洲的海上⽤户。其精度和覆盖范围均不如罗兰-C。随着罗兰-C西北欧台链的建成，其永华

逐渐减少。

奥⽶伽是针对以上⼏种系统存在的不能覆盖全球的问题⽽由美国在20世纪50年代中期研制的。采⽤低频连续波发射（10—

14KHz）,双曲线定位。缺点是定位精度低、有多值性、数据率低和设备昂贵等。随着卫星导航定位系统的使⽤，奥⽶伽已于

1997年关闭。（3）伏尔+测距器（DME）

该系统主要针对航空⽤户研制。本质仍是⼀种甚⾼频全向信标，只能给飞机指⽰⽅位。所以，在1949年⼜将测距器纳⼊了系

统中。测距器与伏尔信标置于⼀地，采⽤询问和应答的⽅式，能够为110架左右飞机提供距离测量的服务。

（4）塔康（Tacan）

⼯作在L频段，采⽤脉冲体制，同时提供⽅位和距离坐标，具有设备⼩的优点，在航空导航欧较为⼴泛的应⽤。

1.2⾃主式导航

路基导航定位系统虽然具有价格低、可靠新⾼等优点，但它依赖于电磁波在空中的传播，系统的⽣存能⼒、抗⼲扰能⼒和抗欺

骗能⼒较为薄弱。因此，⾃主导航也逐渐得到了发展。主要有惯性导航和多普勒导航两种。

1.2.1惯性导航

惯性导航系统（INS）是⼀种推算导航，20世纪60年代开始投⼊使⽤。是以惯性测量器件——陀螺为中⼼，通过测量载体的三

维加速度。积分测速和测距，然后根据起点坐标推算载体当前坐标的⼀种定位⽅法。其优点是完全⾃主导航，缺点是精度随着

距离和时间的退役逐渐降低，往往需要定期校准。

⽬前惯性导航系统⼀般都和卫星导航系统结合使⽤，利⽤卫星导航系统为其提供校准坐标。

1.2.2多普勒导航

20世纪50年代开始发展，利⽤机载多普勒雷达探测地⾯，测出飞机的三维速度，进⾏推算导航。与惯性导航的区别是使⽤机

载雷达完成载体的实时三维速度测量。相同之处是：由于雷达存在测量误差，所以其定位误差随时间的累积逐渐扩⼤。

⼆、现代定位技术

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，⼈们对定位与导航的需求⽇益增⼤，尤其在复杂的室内环境，如机场⼤厅、展厅、仓

库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受

定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，⽐较完善的定位技术⽬前还⽆法很好地利⽤。因

此，专家学者提出了许多定位技术解决⽅案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝⽛技术、红外线技术、射频识别技

术、超宽带技术、⽆线局域⽹络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些定位技术从总

体上可归纳为⼏类，即GNSS技术（如伪卫星等），⽆线定位技术（⽆线通信信号、射频⽆线标签、超声波、光跟踪、⽆线传

感器定位技术等），其它定位技术（计算