GPS的航海導航應用

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衛(wei)星(xing)技(ji)術(shu)用(yong)(yong)于海(hai)上導(dao)航可(ke)以(yi)追溯到60年代的(de)第(di)(di)一代衛(wei)星(xing)導(dao)航系統TRANSIT，但這種衛(wei)星(xing)導(dao)航系統最初設(she)計主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)服務于極區，不能連(lian)續導(dao)航，其定位的(de)時間(jian)間(jian)隔(ge)隨緯度(du)(du)而變化。在(zai)南北(bei)緯度(du)(du)70度(du)(du)以(yi)上，平均(jun)定位間(jian)隔(ge)時間(jian)不超(chao)過30分(fen)(fen)鐘(zhong)，但在(zai)赤(chi)道附近(jin)則需要(yao)(yao)90分(fen)(fen)鐘(zhong)，80年代發射的(de)第(di)(di)二代和(he)第(di)(di)三代TRANSIT衛(wei)星(xing)NAVARS和(he)OSCARS彌補了這種不足，但仍需10至15分(fen)(fen)鐘(zhong)。此外(wai)采用(yong)(yong)的(de)多仆勒測(ce)速技(ji)術(shu)也(ye)難以(yi)提高定位精度(du)(du)（需要(yao)(yao)準確知道船(chuan)舶的(de)速度(du)(du)），主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)用(yong)(yong)于2維導(dao)航。

GPS系統(tong)(tong)的出現克(ke)服了TRANSIT系統(tong)(tong)的局(ju)限性，不僅精(jing)度高(gao)、可(ke)連續導航(hang)、有很強的抗干擾(rao)能力； 而且(qie)能提供七維的時空位置速(su)度信息。在(zai)最(zui)初的實驗(yan)性導航(hang)設備測試中(zhong)，GPS就(jiu)展示(shi)了其(qi)能代替 TRANSIT和路基無線電導航(hang)系統(tong)(tong)，在(zai)航(hang)海(hai)導航(hang)中(zhong)發揮劃(hua)時代的作用(yong)。今天(tian)很難(nan)想象哪一條(tiao)船舶 不裝備GPS導航(hang)系統(tong)(tong)和設備，航(hang)海(hai)應用(yong)已名副其(qi)實成為GPS導航(hang)應用(yong)的最(zui)大用(yong)戶(hu)(hu)，這(zhe)是其(qi)他(ta)任何領(ling)域的用(yong)戶(hu)(hu)都難(nan)以比擬(ni)的。

GPS航海導航用戶繁多(duo)，其分類(lei)標準也各不相(xiang)同，若按(an)照航(hang)路類(lei)型(xing)劃分、GPS航(hang)海導(dao)(dao)航(hang)可以分為五大(da)類(lei)：遠洋導(dao)(dao)航(hang)；海岸導(dao)(dao)航(hang)；港(gang)口導(dao)(dao)航(hang)；內河導(dao)(dao)航(hang)；湖泊(bo)導(dao)(dao)航(hang)。

不(bu)同階段或區域，對航(hang)行安全要求也(ye)因環境不(bu)同而各異,但(dan)都是為了保(bao)證最小航(hang)行交(jiao)通沖突(tu)，最有(you)效(xiao)地利用日(ri)益(yi)(yi)擁擠(ji)的航(hang)路，保(bao)證航(hang)行安全，提高交(jiao)通運輸效(xiao)益(yi)(yi)，節約能源。按照導航(hang)系統的功能劃分大(da)致有(you)以下幾類：

1、自主導航

自主(zhu)導航(hang)系統(tong)適(shi)于上(shang)述(shu)五種航(hang)路的任何一種，它(ta)基本(ben)上(shang)是一種單純的導航(hang)系統(tong)，其主(zhu)要特(te)征(zheng) 是僅(jin)向用戶提供位置、航(hang)速、航(hang)向和時間信(xin)息，也可(ke)包(bao)括(kuo)海圖(tu)航(hang)跡(ji)顯(xian)示(shi)，不需通(tong)信(xin)系統(tong)。 適(shi)應于任何海面、湖面和內河(he)上(shang)航(hang)行的船舶，從大型遠洋貨輪(lun)到私人游艇。

2、港口管理和進港引導

這種系(xi)統(tong)主要用在(zai)港口(kou)/碼(ma)頭的(de)(de)船(chuan)舶調度(du)管理、進港船(chuan)舶引(yin)導，以確保港口(kou)/碼(ma)頭航行的(de)(de) 安全(quan)和(he)秩(zhi)序。該系(xi)統(tong)需要雙向數據/話音通信，以便于領航員(yuan)引(yin)導船(chuan)舶；港區情境/海(hai)圖顯示(shi)， 以表明(ming)停泊的(de)(de)船(chuan)舶和(he)可利(li)用的(de)(de)進港航線，避免沖撞(zhuang)。這種系(xi)統(tong)對導航系(xi)統(tong)的(de)(de)精度(du)要求高， 要采用差分GPS和(he)其他增強技術。

3、航路交通管理系統

這類系統與2類似，但(dan)主要用(yong)于近海(hai)和內陸河航路上的船舶(bo)導航和管理，通常需要衛(wei)星通訊系統支持，如INMARSAT等(deng)。

4、跟蹤監視系統

這類系(xi)(xi)統(tong)主要用于(yu)海上(shang)巡邏艇(ting)(ting)、緝(ji)私(si)艇(ting)(ting)及各種游(you)(you)艇(ting)(ting)，特別是私(si)人游(you)(you)艇(ting)(ting)以(yi)防盜。根據具體(ti)的使用對(dui)象，有些系(xi)(xi)統(tong)需(xu)要給出(chu)導航參(can)量和(he)雙向數據/話音通訊，如(ru)(ru)緝(ji)私(si)艇(ting)(ting)。而有時則不需(xu)要給出(chu) 導航參(can)量，如(ru)(ru)用于(yu)私(si)人游(you)(you)艇(ting)(ting)防盜，僅需(xu)要單(dan)向數據通訊，一旦發生被盜，游(you)(you)艇(ting)(ting)上(shang)的導航系(xi)(xi)統(tong) 不斷(duan)把自己的位置和(he)航向送到有關中心，以(yi)便于(yu)跟蹤。

5、緊急救援系統

系統也包(bao)括兩(liang)棲飛機(ji)，直(zhi)升(sheng)機(ji)和陸地車(che)輛。它適應(ying)于所有五類航路，用于搜尋和救援各種海面、湖面、內河上的遇險、遇難船舶和人員。這類系統需要(yao)(yao)雙(shuang)向數(shu)據/話音(yin)通信，要(yao)(yao)求 響應(ying)時(shi)間快、定(ding)位精(jing)度(du)高。

6、GPS/聲納組合用于水下機器人導航

該類組(zu)合系統可(ke)用(yong)(yong)于水(shui)下(xia)管(guan)道鋪設(she)和維修（需要視覺系統），水(shui)文測量以及其它海下(xia)作(zuo)業(ye)，如(ru)用(yong)(yong)于港口(kou)/碼頭水(shui)下(xia)勘測，以便于進(jin)場航(hang)道阻塞(sai)物清(qing)除，保證(zheng)航(hang)道暢(chang)通(tong)，也可(ke)用(yong)(yong)于遠洋捕撈(lao)，漁船(chuan)作(zuo)業(ye)引導等(deng)。

7、其它應用

所采用的導航技術主要有：

GPS（GNSS）；

聲納技術；

INS；

航海圖

無(wu)線(xian)電導航技術；

圖象匹配技術；

其它技術。

所采用通信技術主要有：

FM和TV副載波單向數據/話音通(tong)信；

信標臺(tai)網雙(shuang)向數據通信；

集群通信；

蜂窩通信；

陸基移動數字通信(xin)；

衛星移動通信；

流量余跡通信等。

前5種通信技(ji)術主(zhu)要(yao)用于近海(hai)、內河和湖泊(bo)區域。