航海历来都是很需要导航技术的一门行业,早期的航海利用罗盘和星历来导航,通过星座来确定自己的方位。1761年,英国人John Harrison经过多年的艰苦工作发明航海表后,航海导航又向前发展一步,人类开始通过综合利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。随着科学技术水平的提高,在第二次世界大战期间,英国和美国为了帮助轰炸机找准目标而发明了双曲线无线电定位系统,即罗兰A和罗兰C,后来雷达的发明及其在船上的应用更好地解决了船舶定位问题。后来随着子午卫星导航系统、GNSS卫星导航系统的建成,地球上任何位置的船舶都能获得精确的位置信息。
![北斗定位终端 北斗定位终端](/d/file/p/2018/07-02/83a67e1c3f215bc507b0afd9e4a2b5fe.png)
随着我国经济的不断发展,海上航运日益频繁,卫星导航在航行中的应用也一直在扩展,结合目前的航海状况和未来的态势,GNSS卫星导航系统可以在以下部分发挥重要作用。
1.在船舶航行中的应用
今天的航海已经十分依赖GNSS卫星导航,无论是大洋航行、船舶转向,还是记录船位、推算船位、对时、拨钟,官至抛锚都使用GNss卫星导航。例如,使用大圆航法时,有的航线可以节约几天的时间,如从中国驶往美国西海岸航线。在GNSS出现之前,船舶很难按照理论完成高纬度的大圆航行。因为大圆航法有几十个至几百个转向点,每一个转向点都需要测出一个准确的船位来确定转向,这在前GNSS时代是非常困难的,也是非常烦琐的。没有人能够较准确地走完大圆航线。多数是大圆航线变成了几边形的航线。GNSS的出现改变了这一切。多少个转向点都不再困难。
2.在船舶进出港中的应用
进出港时,由于有限的航道和有限的时间,尤其是船只交会时,可以选用差分定位来保证导航的精度,避免搁浅和碰撞。近年来,利用差分GNSS进行船舶进出港口管理具有极大的吸引力。这种系统功能强,可在地形图上显示出高精度定位的本船位置,能根据需要选择不同的比例尺显示;这种系统直观方便,引航员能准确知道自己的位置和航行趋势;这种系统全天候,在能见度很低的雾天条件下能正常工作,这是过去目视导标引航所不及的。
![GPS GPS](/d/file/p/2018/07-02/d6091084435a65aab30bc4ce5d02239f.jpg)
3.在测定船舶机动性能中的应用
GNSS的出现,使航速测量更加简单方便。利用差分GNSS定位技术,使用之字形等航行法,可使航速测量的相对误差不超过0.1%。在船舶旋回半径测量中,可通过GNSS接收卫星信号和差分GNSS信号,实时输出准确的位置信息,且至少每半分钟记录一次位置信息。先在同一速度和舵角条件下旋回3~4圈,然后反向航行相同的旋回,并记录信息。通过微机处理,可以把测量的结果绘制在航迹仪上,直接获得旋回圆曲线图,并计算出旋回半径和旋回周期。这种测量要反复进行,以求出不同舵角时的旋回半径和周期。另外,在船舶航向稳定性测量、船舶惯性测量、船舶舵角提前量的测量中,GNSS也扮演着重要的角色。
4.在航海中的其他应用
除了前面所介绍的GNSS在航海中的典型应用外,GNSS在航标管理与维护方面也可以发挥作用,如在浮标上安装GNss传感与报警装置后,一旦浮标移位超过设定距离,就自动关闭灯光信号,避免对船舶产生误导;GNSS与船舶雷达配合,雷达测出暴露在水面上的各种障碍物作为物标,将其距离与方位存储起来,船舶一旦接近这些物体后便会产生提示与报警信号。在海上救助中,将GNSS与搜救信标结合,在发出求救信号的同时将遇难船的正确位置报告搜救机构,可缩短搜救时间,用于船舶其他助航设备的校正,如计程仪、罗经等。这些设备结构简单,不依赖外部信息。但是有的仪器积累误差大(如计程仪、惯导设备等),需要定期校准。利用差分GNSS校准这种助航仪器,不但精度高,而且速度快。