惯性、卫星与天文三种不同的导航原理

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所属分类:科普

导航设备一般可以分为三类:惯性导航、卫星导航与天文导航。

惯性导航比较传统,一开始出现在第二次世界大战期间,那时候德国的导弹能从德国发射后很精确地飞到英国伦敦上空。这主要就是因为导弹里安装有惯性导航的设备——那时候还没有卫星导航这个技术。惯性导航的设备主要由加速度传感器与陀螺仪组成。加速度传感器可以定出飞行器(导弹等)在空中相对于自身固连惯性参考系的加速度。而陀螺仪则可以定出飞行器自身固连惯性参考系与地面参考系之间的变换矩阵。

这种应用于导弹的惯性导航后来被用到飞机与潜艇等设备中。但惯性导航很少用到汽车里,在全球定位系统建成之前,家用汽车是没有导航的,那时候的人开汽车去陌生地方很容易走错路。

卫星导航主要依靠天上的人造地球卫星给地面上的运动物体导航。最著名的卫星导航系统有美国的全球定位系统与中国的北斗系统等。在天上的四颗卫星可以定出地面上运动物体的(X,Y,Z,T)四个时空坐标,这就能实现定位导航。但卫星导航有一个缺点——这需要电磁波的传递,在深海里的潜艇无法接受到空间的电磁波,因此接受卫星导航信号。

天文导航则是一个既古老又现代的概念。中国古人就用北斗七星中的北极星来导航,这就是一种古老的天文导航思想。在科幻小说《三体》中,作者这写到了利用恒星之间的距离关系来导航的思想。在现实中,最近中国的航天五院有一些科学家提出了利用宇宙空间的脉冲星来进行导航的思想——不过脉冲星导航也许在地球上的飞行器飞出太阳系之后才有实际用处。天文导航是未来星际旅行时代的导航发展方向。

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