GPS的航海導航應用

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衛(wei)(wei)星(xing)技術(shu)用(yong)于海上(shang)導(dao)(dao)航可以追溯到(dao)60年(nian)代(dai)(dai)的(de)第一代(dai)(dai)衛(wei)(wei)星(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)TRANSIT，但(dan)這種衛(wei)(wei)星(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)最初設計主(zhu)要(yao)(yao)服務于極區，不能(neng)連(lian)續(xu)導(dao)(dao)航，其定位(wei)的(de)時間間隔隨緯(wei)度(du)而變(bian)化。在南北緯(wei)度(du)70度(du)以上(shang)，平(ping)均(jun)定位(wei)間隔時間不超過(guo)30分鐘(zhong)，但(dan)在赤道附近則需要(yao)(yao)90分鐘(zhong)，80年(nian)代(dai)(dai)發射的(de)第二代(dai)(dai)和第三代(dai)(dai)TRANSIT衛(wei)(wei)星(xing)NAVARS和OSCARS彌補了這種不足，但(dan)仍需10至15分鐘(zhong)。此外采用(yong)的(de)多仆勒測速技術(shu)也難以提(ti)高定位(wei)精度(du)（需要(yao)(yao)準確知道船舶的(de)速度(du)），主(zhu)要(yao)(yao)用(yong)于2維導(dao)(dao)航。

GPS系統(tong)的(de)(de)(de)出現克服(fu)了TRANSIT系統(tong)的(de)(de)(de)局限性，不(bu)僅精度(du)高、可連續導(dao)航、有很強(qiang)的(de)(de)(de)抗(kang)干擾(rao)能力； 而且能提供七維(wei)的(de)(de)(de)時空位置(zhi)速度(du)信息(xi)。在最初的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)性導(dao)航設(she)(she)備(bei)測試中，GPS就展示了其(qi)能代替 TRANSIT和(he)路基無線電導(dao)航系統(tong)，在航海(hai)導(dao)航中發(fa)揮劃時代的(de)(de)(de)作用。今天很難(nan)想象哪一條船舶 不(bu)裝備(bei)GPS導(dao)航系統(tong)和(he)設(she)(she)備(bei)，航海(hai)應用已名副其(qi)實(shi)成為GPS導(dao)航應用的(de)(de)(de)最大(da)用戶，這是(shi)其(qi)他任何(he)領域的(de)(de)(de)用戶都(dou)難(nan)以比(bi)擬的(de)(de)(de)。

GPS航海導航用(yong)戶繁多，其分類(lei)標準也各不(bu)相(xiang)同，若按照航(hang)(hang)路類(lei)型劃分、GPS航(hang)(hang)海(hai)導航(hang)(hang)可以分為五大(da)類(lei)：遠洋導航(hang)(hang)；海(hai)岸導航(hang)(hang)；港(gang)口(kou)導航(hang)(hang)；內河導航(hang)(hang)；湖泊(bo)導航(hang)(hang)。

不同階段(duan)或區域(yu)，對航行(xing)安全要求也因環境不同而各(ge)異,但都是為了保證(zheng)最小航行(xing)交(jiao)通(tong)沖突，最有效地利(li)用(yong)日益(yi)擁擠的(de)航路，保證(zheng)航行(xing)安全，提高交(jiao)通(tong)運輸效益(yi)，節約(yue)能(neng)源(yuan)。按照導(dao)航系統(tong)的(de)功能(neng)劃分大致有以下幾類：

1、自主導航

自主導(dao)航(hang)(hang)(hang)系(xi)統(tong)適(shi)于上述五種(zhong)航(hang)(hang)(hang)路的(de)任何一種(zhong)，它基本上是(shi)一種(zhong)單純的(de)導(dao)航(hang)(hang)(hang)系(xi)統(tong)，其主要特征 是(shi)僅向用戶提供(gong)位置、航(hang)(hang)(hang)速、航(hang)(hang)(hang)向和時間信(xin)息(xi)，也可(ke)包括海(hai)圖航(hang)(hang)(hang)跡(ji)顯示，不需通信(xin)系(xi)統(tong)。 適(shi)應(ying)于任何海(hai)面、湖面和內河(he)上航(hang)(hang)(hang)行的(de)船(chuan)舶，從大型遠(yuan)洋貨(huo)輪到私人游艇。

2、港口管理和進港引導

這(zhe)種(zhong)系(xi)(xi)統(tong)主要(yao)(yao)用在(zai)港(gang)(gang)口/碼(ma)頭的船(chuan)舶(bo)(bo)(bo)調(diao)度管理、進(jin)(jin)港(gang)(gang)船(chuan)舶(bo)(bo)(bo)引導(dao)，以確保港(gang)(gang)口/碼(ma)頭航行的 安全(quan)和(he)秩序。該系(xi)(xi)統(tong)需要(yao)(yao)雙向數據(ju)/話(hua)音通信(xin)，以便于領航員引導(dao)船(chuan)舶(bo)(bo)(bo)；港(gang)(gang)區情境(jing)/海圖顯(xian)示(shi)， 以表明(ming)停泊的船(chuan)舶(bo)(bo)(bo)和(he)可利用的進(jin)(jin)港(gang)(gang)航線，避免沖(chong)撞。這(zhe)種(zhong)系(xi)(xi)統(tong)對(dui)導(dao)航系(xi)(xi)統(tong)的精(jing)度要(yao)(yao)求高(gao)， 要(yao)(yao)采(cai)用差(cha)分GPS和(he)其他增強技(ji)術。

3、航路交通管理系統

這(zhe)類系統與2類似，但主要用于近海和內(nei)陸河(he)航路上的船舶導航和管理，通常需要衛星通訊系統支持，如INMARSAT等。

4、跟蹤監視系統

這類系(xi)統(tong)主要(yao)用于(yu)海上巡邏艇、緝私(si)艇及各種游(you)(you)艇，特別是私(si)人(ren)游(you)(you)艇以防(fang)盜(dao)(dao)。根(gen)據具體的使用對象，有些系(xi)統(tong)需要(yao)給(gei)(gei)出導(dao)航(hang)參量和雙向(xiang)數據/話音通訊(xun)，如緝私(si)艇。而有時則不(bu)需要(yao)給(gei)(gei)出 導(dao)航(hang)參量，如用于(yu)私(si)人(ren)游(you)(you)艇防(fang)盜(dao)(dao)，僅需要(yao)單向(xiang)數據通訊(xun)，一旦發生(sheng)被盜(dao)(dao)，游(you)(you)艇上的導(dao)航(hang)系(xi)統(tong) 不(bu)斷(duan)把自己的位置和航(hang)向(xiang)送(song)到有關中(zhong)心，以便于(yu)跟蹤。

5、緊急救援系統

系(xi)統也(ye)包括兩棲飛機，直(zhi)升機和陸地車(che)輛。它適應于(yu)所有五類航(hang)路(lu)，用于(yu)搜尋和救援各種(zhong)海面、湖面、內(nei)河上的(de)遇(yu)(yu)險、遇(yu)(yu)難(nan)船舶和人員。這類系(xi)統需要雙(shuang)向(xiang)數據/話(hua)音通信，要求 響應時間快、定位精度高。

6、GPS/聲納組合用于水下機器人導航

該類(lei)組(zu)合系統可(ke)(ke)用于水下管道鋪設和維(wei)修（需要視覺系統），水文測(ce)量以及其它海(hai)下作(zuo)業(ye)，如(ru)用于港口(kou)/碼頭(tou)水下勘測(ce)，以便于進場(chang)航道阻(zu)塞物清除，保證航道暢(chang)通，也可(ke)(ke)用于遠洋捕撈，漁(yu)船作(zuo)業(ye)引導等。

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

無線電(dian)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(he)TV副載波單向數據/話音通(tong)信；

信標(biao)臺網雙向數據通信；

集群通信；

蜂窩通信；

陸(lu)基移(yi)動數字(zi)通信；

衛星移動通信；

流量(liang)余跡通(tong)信(xin)等(deng)。

前(qian)5種通信技術主要用于近海、內河和湖泊區域。