书城工业技术图说导航的诞生与发展
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第10章 走进生活——小导航大用途

1.战场上的“侦察兵”

GPS可为全球范围内的飞机、舰船、地面部队、车辆、低轨道航天器,提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度以及时间数据。其主要任务是使海上舰船、空中飞机、地面用户及目标、近地空间飞行的导弹以及卫星和飞船,实现各种天气条件下连续实时的高精度三维定位和速度测定,还用于大地测量和高精度卫星授时等。是作航空,航海,陆上,导弹的定位用的导航系统。在信息化时代,GPS已成为高技术战争的重要支持系统。它极大地提高了美军的指挥控制、多军兵种协同作战和快速反应能力,大幅度地提高了武器装备的打击精度和效能。

军人手中的手持式GPS

GPS在战场上的作用很大。在1990年的海湾战争中, 虽然当时GPS系统还未全面建成,空间只有部分GPS卫星在运行,但它在多国部队多兵应用,显示了它的优越性,发挥了很大的作用。战争初期,美国装备了900 套GPS接收机,在战争中迅速增加,到战争后期装备了 5,000 多套。连同它的盟国部队共装备了 10000 多套。直到战争结束还有数千套合同产品还在生产中。因为当时多国部队是跨国界、跨地区作战,地理环境相当陌生,仅依靠地图是实在有限的,据说正是因为有了手持型GPS的帮助,才使许多美国士兵得以生还。事实证明它最适合单兵及快速反应部队行动,因为它满足快速、灵活、多变的战时环境,功效是传统导航工具无法达到的。目前已成为许多国外士兵的标准装备之一。

首先是空中轰炸。安装GPS接收机的飞机,不仅改善了导航精度,并且由于把要轰炸的目标作为一个“航路点”,有效改善炸弹投放精度。利用GPS导航功能,战斗机的飞行与投弹不受白天黑夜、可视距离的影响,可以避开敌方雷达视距低空穿越飞行,减少损失,重创敌人。

然后是搜索救援。始终监视救援范围内的情况,跟踪目标,根据GPS测定的位置组织救援,提高救援成功率。或配备带有GPS接收机的紧急求救无线发信装置(一般放在头盔上)的指战员们主动求救。

GPS制导导弹

GPS制导有精度高、制导方式灵活等特点,已成为精确制导武器的一种重要制导方式。导弹弹头上安装GPS接收机,随时测定导弹位置,进行弹道偏差修正,准确命中目标。命中目标的误差可达到1米,并且命中目标的误差不受导弹射程(即使为数千公里)的影响。在近几场高技术局部战争中,美军使用精确制导导弹和炸弹的比例比海湾战争时增加了近100倍,而它们全部或大部分都依靠GPS制导。GPS还可以对打击目标命中率进行评估。在装有GPS接收终端的弹药击中目标引爆的瞬间,触发用户机进行定位,并将位置信息和时间信息迅速传送到指挥中心,从而进行命中率评估,其评估效果已在伊拉克战争中得到充分检验。

GPS不止在陆地上的战争有重大作用,在水上一样能占据一席之地。法国的ASCA公司为美海军开发了利用水下全球定位系统(GPS)技术进行搜索与救援以及对抗水雷的系统,它可以利用水下的GPS信号确定目标的经、纬度和深度坐标。海军海上系统司令部已于2001年8月购买了一套该系统,该系统可用于跟踪沉在水下的飞机或潜艇中释放的移动黑匣子声波发送器,只需要不到半天的时间就能寻找到目标。在2001年夏天进行的一次试验中,该系统只用了1个小时就寻找到了目标。

另外,GPS在电子战争中也充分得到应用。譬如,对敌方电子发射源的定位。多架飞机,利用GPS连续测定自身位置,利用无线电测向等方法确定敌方地面防空系统或雷达的位置,进而直接摧毁敌军地面雷达系统。还有诱惑导弹脱靶。敌方导弹攻击我方飞机时,为了摆脱导弹,我方飞机需要投放金属箔条,造成假目标,好象孙捂空一把毫毛就出来千万个小捂空,诱惑导弹打错目标,脱离飞机。但敌方导弹还受敌方雷达指挥。雷达只有在我方飞机机头对准基本地面雷达时投放金属箔条,才会被诱惑,分不清真假。而GPS实时确定我方飞机位置,根据预先已知的敌方雷达位置,控制飞机进入适宜投放金属箔条的飞行方向。

总之,GPS在战争中起着不可忽视的作用,它就好比一个“侦察兵”,为士兵们探明线路,救援伤者,监视敌况。是现在军事设备中不可或缺的一部分。

知识卡片:

制导

导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。制导过程中,导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系,发出制导信息传递给飞行器控制系统,以控制飞行。分有线制导、无线电制导、雷达制导、红外制导、激光制导、音响制导、地磁制导、惯性制导和天文制导等。

2.无所不知的“导游”

导航应用在军事上出色,那应用在个人身上不知道又是怎么样呢。现在我们一起来了解一下导航应用在个人所发挥的作用。

GPS导航仪指引道路

(1)地图查询。可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置,输入目的地后,可以实时告诉你如何走才能到达目的地,例如:到某个路口后会用语音及图示告诉你左转、右转或直行;可以记录你常要去的地方的位置信息,并保留下来,也和可以和别人共享这些位置信息;模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站,宾馆、取款机等信息。

手持式GPS

(2)路线规划。GPS 导航系统会根据你设定的起始点和目的地,自动规划一条线路。规划线路可以设定是否要经过某些途径点,可以设定是否避开高速等功能。还可以测速,确定你的当前的位置。提醒你是否已经超速;提醒你前方有测速或拍照装置等。

(3)自动导航。包括语音导航、画面导航。如果在开车的时候不方面看导航仪的画面,导航仪会发出语音提示,提醒该怎么走。

(4)导航还有很多很贴心的小功能。譬如,提供娱乐休闲及办公功能。看电影、听音乐、看电子书、小游戏,有些还带有OFFICE功能;时间显示,GPS所显示的时间是由卫星授时的,相当准确,世界上许多设备,包括我们的通信基站大多利用GPS卫星授时;带蓝牙功能的导航仪,可以实现蓝牙免提,方便接打电话等等。

很多电子设备内置GPS模块

GPS导航就好像一个无所不晓的“导游”,有了它就再也不会担心迷路了,还能更加安全的行走在道路上。

知识卡片:

蓝牙

是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。

3.从“测量”到“自动化”

我们最常接触到的GPS定位,其实是连续性的,我们使用最多的车载GPS导航仪等产品,其实就是在不断的重复着定位,不停的刷新当前位置,这样连续起来就构成了导航仪所展现的功能,导航仪因为是基于地图软件商固定的线路完成导航的全部过程的,所以在导航的过程中可以提前预知我们要去的方向。当一个指令是需要匹配到特定的位置时,卫星定位理所当然的成为了中间的一个环节。

卫星定位后可以实现无人自动灌溉

??而连续的定位对于测绘依旧机械自动化来说是非常必要的,如果说我们可以用尺来量取多边形的边长,算出它的面积,那么一个不规则的图形,比如说一个一个山头的面积,我们利用GPS采集数据滞后交由计算机计算,要远比我们人为进行估算测量要准确的多。

而在机械自动化方面,GPS覆盖面广、定位连续性则对无人操作的一些农产机械、车辆等定位导航非常有帮助,而且构成成本也会低很多,相信没有人为了几百亩的农田自己建造一个小型的区域定位装置,所以覆盖面非常广的GPS系统成为了首选。

通过掌握每一个单体的位置 进行系统调控是交通自动化的必要条件

只要在我们的生活中需要确定位置的应用中,不难发现我们都可以找到GPS卫星定位的踪影,而且不少应用逐渐开始涉及到我们的日常生活必备设施当中,那么卫星导航的战略意义也就不仅仅只是局限于军事目的,而更多的是保障这些基础设施能够正常高效的运行,所以这么多国家开始建立自己的卫星定位系统也不足为奇。

GPS远程自动化安全监测系统

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机械自动化

自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程,而机械自动化既是机器或者装置通过机械方式来实现自动化控制的过程。

4.坐标是救援的重要手段

地球上的坐标点是唯一的,所以我们一旦知道了自己所在的坐标,那么对于许多事情都非常有帮助,这也就与救援相互对应起来,一个精准的位置能够使救援更加高效、快速、准确,这往往通过口述等形式所无法达到的效果。只要需要定位的时候,不用说,卫星定位肯定是最优的选择。

灾后救援,GPS起大作用

GPS定位救助,3年惠及10万老人

比如说地震在何处发生、海啸何时到达,通过GPS定位之后,这些数据都能够更加准确的呈现在我们面前,而一些模拟灾情的系统在演算的过程中也需要这样的数据,GPS定位在这一方面是非常好的工具。特别是地震发生过后很短时间内,安装了GPS监控功能的营运车辆得到更及时的救援提供了重要帮助,救援的成功率和准确性都大大提高。还有一个很重要的GPS延伸功能的潜在市场也在此次地震中让人们更早认识了,这就是路况信息。以往我们对路况信息的认知更多的是限于可以为交通带来方便,而在地震后的救援中对路况信息的掌握很大程度上决定了救援的速度。在这段时间里,大量的志愿者开赴灾区,我们作为其中一分子也深有感受,由于受灾面大,塌方、泥石流等次生灾害受余震的影响还在不断增加,所以路况信息在时刻变化。通过电视上报道的路况信息不能满足即时性的要求,很多志愿者因此遇到出发时获得的路况信息和实地情况不符的情况,如车到中途又发现某高速路临时封闭、某路段塌方了;还有就是通过电台了解路况,志愿者自发的将自己所经路段的情况向电台报告,再通过电台广播,这能解决一部分即时路况的问题,但是信息量很有限,而且对于不熟悉道路的司机不直观。在余震的这段日子里,常常会出现城市交通的极端堵塞现象,特别是大家一听说有余震的消息,在成都多次看到所有车辆在同一时间为避震开出城区,这时堵车严重到连自行车都无法前行,如果这时有路况信息的指引就可以在一定程度上缓解这一问题。

户外GPS导航仪

盘点是个GPS救援场景

以前我们也曾经说过,在野外郊游的时候尽量配备上一台GPS,这样对于自身的安全是一种保障,在遇到紧急情况的时候,GPS定位的坐标就成为了一种非常高效的求救数据。而GPS还被广泛引用在检测地球运动的项目中,根据科学杂志上发表的关于地球运动高精度测量,在美国西部版块上安装的PBO边界观测接收器研究人员可以观察到潮汐,可以推测出包括版块的位移、地球的运动,精确到毫米级。

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监控

对装备及系统的工作状态不间断地实时监测,并根据反馈信息自动对系统中异常部位实施相应措施的闭合自动控制作用。

5.“精准授时”是GPS的核心服务

GPS定位是基于授时的原理上进行的,通过在不同位置上的卫星发布时间信息,接收机在接到时间差之后可以计算出距离每一个卫星的距离,从而得到接收机的具体位置在什么地方。所以说GPS系统在另一个角度上来看的话,本身就是一个超大型的授时系统。只要需要同步时间的时候,GPS都可以发挥作用。

根据GPS授时的连续性与精准性,要比我们能够接触到的广播授时、电波授时更加准确,后面所说到的授时方式有一定的间隔,那么势必会使误差累积,这样以来GPS系统的连续、全区域授时就显得更为有价值。因为可以同步时间,那么在我们的电力系统、通讯系统、金融系统中,只要是需要多个个体需要时间进行精准匹配的话,那么GPS系统的授时对于这些个体来说都是必要的。比如说电力系统中需要的故障测距、雷电监测、继电保护等都可以通过准确的时间差进行判断,通过人力排查效率会变得非常低下。

市面上6局电波对时其中一个就是我国河南商丘的授时塔

通讯系统则需要准确的授时,这样才能分辨不同的通讯系统接收与发送信息时不会出现混乱,减轻系统的压力,金融系统也是一样,全球的金融机构如果没有统一的时间,那么金融交易可靠性就会大打折扣。也正是因为GPS系统涉及到我们生活的一些基础设施的正常运转,所以各国都希望能够建立起属于自己的定位导航系统,很大一部分是为了自主授时系统,避免受限于美国GPS系统。

GPS全局授时可以让电力系统各个单位正常运作

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授时系统

授时系统是确定和发播精确时刻的工作系统。

金融机构

金融机构,是指专门从事货币信用活动的中介组织。我国的金融机构,按地位和功能可分为中央银行、银行、非银行金融机构和外资、侨资、合资金融机构四大类。