基本介紹
- 中文名：主動導航
- 外文名：active guidance
- 定義：用戶主動傳送導航指令
- 代表：北斗一代導航衛星系統
- 一級學科：航天科技
- 二級學科：太空飛行器
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北斗一代導航衛星系統
北斗一代導航衛星系統的導航原理和美國的GPS基本相同，都是通過時間測距導航，但功能與GPS不同。GPS是被動導航系統，用戶只需使用終端設備接收導航衛星傳送的無線電信號即可解算出導航信息，無需嚮導航衛星傳送無線電信號；北斗一代導航衛星系統是主動導航系統，用戶需要使用終端設備嚮導航衛星傳送無線電信號，然後兩顆導航衛星同時把無線電信號轉發到地面控制中心，地面控制中心根據兩顆導航衛星轉發的無線電信號進行解算，得出用戶的導航信息，再把用戶的導航信息通過導航衛星轉發給用戶。
北斗一代導航衛星系統的主要缺點是對地面控制中心的依賴性比較大、時間延遲比較大、容量比較小、用戶隱蔽性比較差，因此在國防上的套用受到一定的限制。
北斗定位導航原理
35顆衛星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。
由於衛星的位置精確可知，在接收機對衛星觀測中，我們可得到衛星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X,Y,Z）。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。
事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆，然後通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。
衛星在空中連續傳送帶有時間和位置信息的無線電信號，供接收機接收。由於傳輸的距離因素，接收機接收到信號的時刻要比衛星傳送信號的時刻延遲，通常稱之為時延，因此，也可以通過時延來確定距離。衛星和接收機同時產生同樣的偽隨機碼，一旦兩個碼實現時間同步，接收機便能測定時延；將時延乘上光速，便能得到距離。
每顆衛星上的計算機和導航信息發生器非常精確地了解其軌道位置和系統時間，而全球監測站網保持連續跟蹤衛星的軌道位置和系統時間。
位於地面的主控站與其運控段一起，至少每天一次對每顆衛星注入校正數據。注入數據包括：星座中每顆衛星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數據是在複雜模型的基礎上算出的，可在幾個星期內保持有效。
衛星導航原理：衛星至用戶間的距離測量是基於衛星信號的發射時間與到達接收機的時間之差，稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛星的信號。
由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用的定位精度只有數十米量級。為提高定位精度，普遍採用差分定位技術（如DGPS、DGNSS），建立地面基準站 (差分台)進行衛星觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，並對外發布。接收機收到該修正數後，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分定位技術，定位精度可提高到米級。
定位精度
中國北斗衛星導航系統是繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略之後的全球第四大衛星導航系統。定位效果分析是導航系統性能評估的重要內容。此前，由於受地域限制，對北斗全球大範圍的定位效果分析只能通過仿真手段。
由武漢大學測繪學院和中國南極測繪研究中心杜玉軍、王澤民等科研人員進行的這項研究，在2011—2012年中國第28次南極科學考察期間，沿途大範圍採集了北斗和GPS連續實測數據，跨度北至中國天津，南至南極內陸崑崙站。同時還採集了中國南極中山站的靜態觀測數據。為對比分析不同區域靜態定位效果，在武漢也進行了靜態觀測。
科研人員利用嚴謹的分析研究方法，從信噪比、多路徑、可見衛星數、精度因子、定位精度等多個方面，對比分析了北斗和GPS在航線上不同區域、尤其是在遠洋及南極地區不同運動狀態下的定位效果。
結果表明，北斗系統信號質量總體上與GPS相當。在45度以內的中低緯地區，北斗動態定位精度與GPS相當，水平和高程方向分別可達10米和20米左右；北斗靜態定位水平方向精度為米級，也與GPS相當，高程方向10米左右，較GPS略差；在中高緯度地區，由於北斗可見衛星數較少、衛星分布較差，定位精度較差或無法定位。
