从北斗星定向到北斗卫星导航:定位与导航是一样的吗?

出品:“科学与中国”院士专家巡讲团

制作:中国科普博览

监制:中国科学院部工作局中国科学院计算机网络信息中心

导航,起源于海洋中船舶的航行,起初人们通过罗盘和天文等手段对航行在海洋中的船舶进行导航和领航,后来发展到陆地车辆以及空中飞行器的领航。导航确定当前的位置,还要确定目标的位置,而且必须要有参照,否则不叫导航。可以说,定位方法有多少种,导航方法就有多少种,但定位绝对不等于导航。

导航的种类非常多,有罗盘、指南针、惯性导航,比如:行人接触的地图导航,这是典型的匹配导航。惯性导航是最常用的导航模式之一,它是利用惯性敏感器以及载体的初始信息,它的速度信息、姿态信息进行积分,确定我们的位置差,来进行导航和定位的。

在浩瀚的海洋,无垠的大漠荒原,崇山峻岭之中,利用天文导航是极好的导航手段。除此以外,天文导航也可以观测太阳,观测其他恒星的位置进行导航,确定地面位置,但它会受天气的影响。

为了克服天气影响,脉冲星导航研究开始。所谓脉冲星导航,借用河外星系发出的脉冲星信号,用一个接收机把脉冲星信号接收下来,确定它的时间,位置,这样不受天气的影响和外来干扰。中国是世界上最早以实测数据进行绘制导航地图的国家。

匹配导航的另一种是磁力导航和重力导航,是典型的物理匹配导航,另外无线电导航也是导航的一种,陆基导航和星基导航是典型代表。

无线电导航的最好方式是卫星导航。其实,卫星导航是一道简单的中学几何题,原理非常简单,在一个地面,有两个已知点,有两个观测者,这两个距离是已知的,通过观测角度,就可以把第三点交会出来。到了卫星导航,就是在地面点观测若干个已知点,通过已知点观测若干颗卫星,所有的已知点观测卫星信号的时候,可以确定卫星的位置,再通过卫星确定地面点的位置,这样实施导航。

“科学与中国”院士专家巡讲活动是中国科学院学部发起,由中科院、中宣部、教育部、科技部、工程院、中国科协共同主办的高层次公益性科普活动。精彩内容关注“科学与中国”官方网站(cs.kepu.cn)。中国科学院学部工作局为网站委托单位,中国科普博览为网络传播合作伙伴,中国科学院计算机网络信息中心提供技术支持。