舰艇无线电导航
ship radio navigation
jianting wuxiandian daohang
舰艇无线电导航
利用无线电技术与设备测定舰艇的有关导航参数，实现舰艇定位和导航的技术。无线电导航的原理建立在无线电波传播基本特性的基础上，即无线电波在理想的均匀介质中按直线等速传播，在两种介质的界面上会产生折射和反射。舰艇上的无线电导航设备，可测量地面导航台或空间导航台(导航卫星)发射的电波的频率、振幅、方位、相位和传播时间等参数，求得舰艇相对于导航台的方位、距离、距离差，经过电波传播误差改正，获得舰位线；具有计算功能的无线电导航设备，经过坐标变换可直接显示舰位地理坐标，并提供航路计算、计时、导航报警等多种导航信息。
分类 舰艇无线电导航按工作距离，分为近程(50～100海里)、中程(300～600海里)、远程(约1500海里)和全球覆盖等导航；按导航系统中有无专用导航台，分为自备式(如雷达)和非自备式(如“奥米伽”)导航；按测量无线电信号的参数，分为振幅式、脉冲式、相位式、频率式和混合式等导航；按定位的几何原理，分为测向、测距、测距差等导航。
发展概况 1908年第一部实用的无线电测向仪问世，舰艇用以测定岸上无线电信标的方位实现定位，克服了气象能见度的限制，成为当时舰艇上的重要导航手段。20世纪40年代，装有平面显示器的雷达开始投入航海实用，它能连续显示舰艇周围活动目标和岛岸情况，并能测定其方位距离，至今仍为舰艇避碰和近岸狭水道定位、导航中常用的航海设备。40年代起，又先后出现了一系列以地面导航台为基准的双曲线导航系统和测距导航系统。1942年，美国建立了“罗兰A”中程导航系统，1944年，英国建立了“台卡”中、近程导航系统。50年代末，美国的“罗兰C”远程导航系统开始投入使用。70年代美国开始建立可供水下一定深度潜艇定位的“奥米伽”超远程导航系统。1964年，美国研制的可供全球定位的“子午仪”卫星导航系统问世；1973年，美国开始研制第二代卫星导航系统，取名为“导航星”全球定位系统，1994年全部建成，它可在全球范围内，全天候、高精度、连续地提供三维(经度、纬度、高度)位置、三维速度和时间信息，使舰艇无线电导航技术有了划时代的进步。在这期间，苏联发展了类似“奥米伽”、“子午仪”、“导航星”等超远程和全球定位系统。中国也建有自己的“长河”各型近、中、远程无线电导航系统。
导航功能及特点 各类无线电导航仪，除能自动定位外，一般都具有如下导航功能：①航路设定和计算。可输入计划航线各航路点(转向点)的经纬度，自动计算每两航路点间的大圆或恒向线航向、航程，及按预定速度的航行时间。②航法计算。可自动计算由实时舰位到预定航路点的方位、距离、航行时间、当时的航迹向、实际航速、流向、流速(含风压等)、舰位偏离计划航线的横距等，还可自动累计航行里程和航行时间。③其他功能。可自动显示准确格林时，到达离预定航路点及危险物一定距离时自动报警，有的还可自动进行定位精度评估等。无线电导航基本不受时间和气象因素的限制；定位精度可满足一般航行需要，有的定位标准差小于10米，可满足特殊导航需要；工作距离较远，可从数十海里到全球覆盖；但无线电导航设备需依靠导航信号，易遭受自然和人为的干扰和破坏，有的还会暴露己舰的位置；电波通过电离层或陆地路径传播，会产生传播误差，如不经改正会严重影响定位精度；无线电波入水深度有限，潜艇水下应用受到一定限制。
定位导航原理 ①无线电测向导航。用舰上无线电测向仪测量岸上无线电信标信号的振幅，确定方位舰位线，同时测定2～3个信标的方位，求得舰位。在设有定向无线电信标的地区，可按信标的无线电信号，引导舰艇沿预定航线航行。近程甚高频无线电测向系统，可在与对方用近程甚高频电话通信的同时测定其方位。②无线电测距导航。用舰上设备测量导航台无线电信号的传播时间或相位，换算成距离，求得距离圆舰位线，同时测得两距离圆位置线相交于两点，靠近推算舰位的一点即为当时舰位，故亦称圆－圆系统或距离－距离系统。无线电测距有单程测距和双程测距之分。单程测距，由导航台发射无线电信号，舰上的接收设备测定信号到达舰艇的时间或相位(如微波测距、导航星导航系统等)，计算出舰艇与导航台的距离。单程测距定位，要求导航系统拥有高精度的计时装置。普通的计时装置存在不可忽略的误差，据此计算出的距离称为伪距离。至少需测定3个导航台的伪距离，通过平差可获得准确舰位和距离改正量。双程测距，由舰上导航设备先发射一询问信号，导航台收到信号后，立即发射应答信号，舰上收到应答信号后，根据信号往返时间或相位变化，计算出舰艇到导航台的距离，如为舰载机导航的“塔康”系统。③无线电测距差导航。由岸上两个导航台组成一个台对，用舰上导航设备测定两导航台信号到达舰艇的时间差或相位差，换算成距离差，得到一条距离差舰位线，同时测得两个台对的距离差，即可确定舰位。距离差位置线为双曲线，故测距差导航亦称双曲线导航。如“罗兰”、“台卡”、“奥米伽”等导航系统。④无线电混合式导航。测向、测距、测距差等导航方法的混合应用。如雷达为测向－测距导航系统，“塔康”系统为测向－双程测距导航系统。
电波传播误差及其改正 导航电波经电离层反射后到达舰艇，使传播时间延长，产生天波误差，如“罗兰A”、“罗兰C”的天波传播误差；电波通过陆海界面，会改变方向，称为岸折差，如无线电测向；电波通过不同介质的陆地传播，较之正常的全海面传播，传播速度会有不同程度的下降，如“罗兰C”会产生较大的传播速度误差；“奥米伽”电波传播属波导传播，受季节、时间、传播路径等多种因素影响，产生复杂的“奥米伽”传播误差。以上误差在定位过程中必须予以改正，否则将严重影响定位精确度。传播误差可利用专用导航图、表进行改正或由导航仪器进行自动改正。“罗兰A”、“罗兰C”可利用各自的专用导航图表查找推算舰位附近不同台对的天波改正值进行天波改正；“奥米伽”可按不同台对、日期、时间和推算舰位查预测传播改正值(PPC)表进行传播误差改正，现代的“罗兰C”导航仪可自动进行速度误差或附加二次相位因子(ASF)改正；“奥米伽”导航仪也可自动进行传播误差预测改正。有的导航仪在精确综合定位后，可实时测定实际传播误差，改正效果更佳。
舰位绘算 由两个或两个以上、经过传播误差改正、同步观测的观测值(时差、相位差等)，经过查表、作图或解析计算求得舰位地理坐标。利用“罗兰A”、“罗兰C”、“奥米伽”双曲线导航图，可根据观测值寻找相应的双曲线，在图上作图定位；也可利用各自的无线电导航表，查得各相应双曲线在推算舰位附近一小段位置线上两点的经纬度，转绘到航行海图上交会定位。现代无线电导航仪都具有将两个或两个以上观测值，自动转换为舰位地理坐标的计算程序，称为坐标变换。经自动坐标变换求得舰位，更加迅速、准确、可靠。有的导航系统与航行海图所用大地坐标系不同，必要时还需进行大地坐标系改正。
展望 建立和完善能在全球范围内，实现全天候、高精度、高可靠性、实时、连续定位的无线电导航系统；为潜艇水下大深度导航改进现行和研制新型导航系统；研制人工智能避碰雷达；根据不同用户的需要，将多种导航系统的导航信息，加以综合优化处理，实现多功能综合导航等，将是今后无线电导航的发展重点。