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罗兰-C导航系统应用问题与对策研究论文

发布时间:2022-04-25 10:34:00 文章来源:SCI论文网 我要评论














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  摘要:目前,世界各国应用的无线电系统的种类不下10种,主要包括无线电信标、台卡、塔康、罗兰、全球定位系统、微波着陆系统等。在全球定位系统建立健全的局势中,如何正确的应用无线电罗兰-C导航系统,从而将其实效性充分的彰显出来?这已经是船舶行业极为关注的课题。笔者对无线电罗兰-C导航系统的应用问题进行初步分析研究,为罗兰-C导航系统台站建设有其指导意义。

  关键词:无线电;导航系统;应用;对策;研究

  Research on Application Problems and Countermeasures of Roland-C Navigation System

  ZHOU Zaojun

  (Unit 91821 of the Chinese Peoples Liberation Army,Chaozhou Guangdong 515729)


  【Abstract】:At present,there are no less than 10 types of radio systems used in countries all over the world,mainly including wireless beacons,deca,tacon,Roland,global positioning systems,microwave landing systems,etc.In a situation where the global positioning system is established and sound,how to correctly apply the radio Roland-C navigation system to fully demonstrate its effectiveness?This is already a topic of great concern to the shipbuilding industry.The author conducts a preliminary analysis and research on the application of the radio Roland-C navigation system,which has guiding significance for the construction of the Roland-C navigation system station.

  【Key words】:radio;navigation system;application;countermeasure;research


  在航海事业迅猛发展的历程中,航海技术的研究工作就不能停滞,而无线电导航系统的应用可以被视为航海技术实现创新发展的基础。在路标、天体定位不明确之时,无线电导航系统设备发挥自体功能,以确保船舶定位精确性以及航行的安全性,与此同时其还能够提升船舶周转率以及大幅度的降低其运行的成本[1]。在知识经济一体化时代中,市面上无线电系统类型日趋繁杂化,那么此时积极对无线电罗兰-C导航系统的应用方面存在的问题进行深入的研究就显得尤为重要了。

  1罗兰C应用中的问题

  1.1体制限制

  在距离导航台50km的范围内,由于存在地面反射等影响,一般不用该台定位,这使得罗兰C的使用范围受到了限制。我国现有六个罗兰C导航台,构成了我国沿海的罗兰C台链。由于定位时需要使用1个主台、2~3个副台,由于布台的不合理,导致在某些区域因为地理位置、距导航台较近而出现无台可选的情况。

  1.2缺乏相应的制度要求

  目前的训练和考核对罗兰C的操作没有要求,部队在训练过程中主要训练的是考核要求的内容。比如天文定位,只是因为其在全训考核以及各级比武中占有重要的地位而受到部队的重视。实际上,罗兰C导航在没有GPS、北斗系统等导航方式的情况下比天文定位导航具有更加重要的意义[2]。

  1.3 ASF修正误差较大

  罗兰C信号在海平面传播时,平均相速为299500km/s;信号在陆地上的传播平均相速为299250 km/s。但是,罗兰C导航仪中电波传播速度以海上为准,由此产生的误差称为附加二次相位因子(ASF),它是影响系统定位精度最主要的因素,需要进行修正。

  1.4 GPS、北斗系统等对罗兰C的冲击

  自20世纪90年代全面运行以来,GPS以其高精度的定位为民用航海带来了巨大的经济效益。与罗兰C相比,GPS精度更高、操作更方便,因而得到广泛的应用,目前在部队也大量存在依赖GPS进行导航的情况。我国自主研发的北斗系统在特定海域的精度与GPS不相上下,因此与罗兰C相比也具有精度优势。

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  2罗兰C导航的优点

  罗兰C导航相比目前的卫星导航定位技术也存在优势,体现在[3]:

  2.1抗干扰能力强

  在目前信息化作战条件下,GPS导航信号很容易受到干扰,一个4w的干扰器可以干扰方圆数百公里以内的GPS信号,而罗兰C信号的发射功率为2兆瓦,而且采用了相位编码技术,提高了接收机抑制干扰的能力。

  2.2自主导航

  相对于北斗系统,罗兰C是一种自主导航方式,不需要用户发送任何信息,提高了舰船的隐蔽性能,在目前远距离发现和打击成为主要作战样式的条件下,隐蔽对于提高舰船的生存能力具有重要的意义。

  2.3可潜用

  罗兰C还能用于潜艇,由于GPS导航以及北斗系统的载波为高频波,在水中传播时能量衰减快,传播距离有限;而罗兰C采用低频波发送信号,在水中传播时能量衰减慢,传播的距离远,可以为潜艇提供较为准确的推算舰位。

  2.4维持罗兰C导航的必要性

  2009年,美国宣布逐步停止罗兰C系统的运行,但并没有立即将其拆除,以备将来紧急情况下还可以再次启用。在作战双方导航卫星都被摧毁,或者我方卫星被摧毁且GPS的使用被限制的情况下,罗兰C将作为唯一的无线电导航方式存在,这就决定了罗兰C导航方式不能被完全废除。为了应对目前罗兰C系统存在的问题,主要的措施是提高罗兰C定位的精度,同时可把罗兰C导航方式与其它导航方式组合使用,提高系统的整体性能。例如,罗兰C与GPS的组合导航,在编队航行时可以利用罗兰C与视频导航相结合的组合导航技术等。

  3双边插值法计算罗兰C导航中的ASF修正值

  目前,罗兰C最大的问题是与GPS等卫星导航技术相比精度不高,解决此问题的主要手段是提高ASF修正的精度。一种方式是利用差分GPS得到测点的准确信息,然后计算罗兰C的ASF,得到这些位置点的准确ASF,然后再利用这些ASF对未测量的海域进行插值,从而得到较为准确的ASF。利用差分GPS得到某些位置的准确ASF的做法需要大量的经费,因此,不可能得到所有海域的ASF,而利用这些准确的ASF值再进行准确的插值,就成为了一条解决问题很好的途径[4]。
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  通常可以利用插值的方法求取未测量海域的ASF修正值。根据已测得的ASF值可知,ASF不是线性分布的,所以传统的线性插值得到的ASF修正值与真实值相比失真较大。本文利用双边滤波的思想提出了一种双边插值法计算罗兰C的ASF的修正值。

  设A(ϕ,λ)为待计算修正值的位置,已测的ASF修正值的位置为Aij(ϕi,λj),i=1,…,m,j=1,…,n,相应的ASF值为tij。则位置A的修正值t是测得的tij共同影响的结果,这种影响的大小与A相对于Aij的位置有关,越接近则影响越大,相对位置关系的直观表示就是经纬度的插值。同时,经度和纬度方向上的影响也不是相同的,所以不能简单的利用距离差作为衡量影响大小的标准,应该对经度方向和纬度方向分别进行讨论。这与图像滤波中的双边滤波方法相似,可以将经度和纬度作为两个不同的影响因素考虑。根据双边滤波的思想,A位置的ASF修正可以由式(1)求得:
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  其中σ1和σ2分别是经度和纬度方向上选取的方差,它们决定了经度和纬度插值对ASF修正值的影响程度。
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  利用文献提供的数据,通过实验验证该方法的插值精度。表1是插值是所需的样本数据,表2和表3是实验的结果。其中,表2是本文双边插值方法所求的结果和误差,表3是以距离为标准的线性插值结果即误差。通过对比,本文方法的误差远远小于线性插值的误差。

  4现实问题对策提高教学与训练水平

  4.1注重实践与理论相结合

  当前,罗兰C的教学大都集中在院校。罗兰C的定位原理、操作使用等在《航海基础》《航海仪器》中分别有所介绍,前者偏重对罗兰C定位原理的讲解,后者注重实际操作。但是,由于院校使用的罗兰C只能提供其所在位置的数据,不能使学生对罗兰C的精度在不同海域的差别形成感性的认识,且大多只注重理论,不注重实际的操作过程。为了使学生认识到罗兰C在不同海域的精度不同,必须将罗兰C的理论教学与实际操作结合起来,利用每年的航海实习、当兵锻炼等机会,将罗兰C的定位原理、操作等学懂、学精。

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  4.2严格条令条例

  严格条令条例,从制度上保证部队的罗兰C应用水平。部队考什么,基层就练什么,把部队的考核作为训练的指挥棒,并将其写进训练大纲使其制度化,对于保证罗兰C的正规化训练具有重要意义

  5总结

  本文阐述了罗兰C在信息化作战条件下的不可替代性,总结了当前部队在使用罗兰C进行导航定位中的一些问题,主要概括为两个方面:第一,罗兰C的定位精度不高;第二,罗兰C在部队的训练与考核中涉及较少,形成了训练不足,使用不精的局面。针对上述问题,提出了相应的两个对策:通过双边插值方法提高罗兰C定位精度;严格条令条例,使罗兰C的操作和训练得到基层部队的重视,提高操作使用水平;另外,将罗兰C与其它导航定位方式组合,提高导航系统的组合性也是目前的发展趋势。

  参考文献

  [1]黄智刚,孙国良,冯文全,等.无线电导航原理与系统[M].北京:北京航天航空出版社,2011.

  [2]张绍鹏.罗兰C固态发射机[J].海军电子工程学院,2000(3):15-16.

  [3]李小强,石运付,梅国中.长河二号导航系统设备维修大全[M].天津:天津大学出版社,2013.

  [4]刘钝,甄卫民,冯健,等.长河二号东、北海台组发射机线路图集[D].西安:西安电子科技大学,2014.

 
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