南京理工大学课程论文课程名称：导航定位技术概论论文题目：导航定位技术与光学的联系姓名：王彬学号： 1111100228成绩：导航定位技术与光学的联系姓名：王彬学号：1111100228专业：光信息科学与技术引言：本文主旨是探讨导航定位系统与光信息科学与技术专业之后间的联系。

对现代科技中的光学和导航技术作了详细的介绍。

讨论现代光学技术与导航系统的共通之处。

举例介绍了光在导航定位系统中应用的实例，如激光陀螺，光纤陀螺和激光跟踪导航。

并对未来可能的发展做了展望。

光学作为一门诞生340余年的古老科学 经历了漫长的发展过程 从经典光学到近代光学 再到现代光学 它的发展也表征着人类社会的文明进程。

展望21世纪 随着以光信息为代表的信息化社会的发展 人类将迈进光子时代 光子学的发展和光子技术的广泛应用将对人类生活产生巨大影响。

光学是研究光的产生和传播、光的本性、光与物质相互作用的科学。

光学作为一门诞生340 余年的古老科学, 经历了漫长的发展过程, 它的发展也表征着人类社会的文明进程。

20 世纪以前的光学, 以经典光学为标志, 为光学的发展奠定了良好的基础; 20 世纪的光学, 以近代光学为标志取得了重要进展, 推动了激光、全息、光纤、光记录、光存储、光显示等技术的出现, 走过辉煌的百年历程; 展望21 世纪的现代光学, 将迈进光子时代, 光子学已不是物理学的学术上的突破, 它的理论及其光子技术正在或已经成为现代应用技术的主角, 光子学的发展和光子技术的广泛应用将对人类生活产生巨大影响。

定位与导航技术是涉及自动控制，计算机，微电子学，光学，力学，以及数学等多学科的高技术，是实现飞行器特别是航天飞行任务的关键技术，也是武器精确制导的核心技术。

导航定位技术被应用于人类生活中的各处各地，时时刻刻。

他为我们的的生活提供了巨大的便利，深深地融入我们的生活。

他包涵天文导航，地文导航，惯性导航，无线电导航，卫星导航和其他等等。

目前应用最广，技术最完善最先进的是卫星导航。

有美国的GPS导航系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统和中国的北斗导航系统。

其中最具代表性的是美国的GPS。

最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。

每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。

这样 粗码精度可达100m，精码精度为10m。

由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量 改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。

然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。

1988年又进行了最后一次修改，21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。

这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。

GPS定位原理，GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

GPS全球定位系统的特点：1，全球全天候定位，GPS卫星的数目较多，且分布均匀 保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务，除打雷闪电不宜观测外 。

2，定位精度高，应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km 可达10-7m，1000km可达10-9m。

在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。

实时单点定位(用于导航)P码1~2m C/A码5~10m。

静态相对定位50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D)，50km以上可达0.1~0.01ppm。

实时伪距差分(RTD) 精度达分米级实时相位差分(RTK) 精度达1~2cm。

3，观测时间短。

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15-20分钟，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时 流动站观测时间只需1-2分钟 采取实时动态定位模式时 每站观测仅需几秒钟。

因而使用GPS技术建立控制网 可以大大提高作业效率。

4，测站间无需通视，GPS测量只要求测站上空开阔 不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。

这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，一般造标费用约占总经费的30% 至50%，同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。

5，仪器操作简便随着GPS接收机的不断改进 GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。

在观测中测量员只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高 监视仪器的工作状态 而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。

结束测量时，需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。

如果在一个测站上需作长时间的连续观测，还可以通过数据通讯方式 将所采集的数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。

另外，现在的接收机体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。

6，可提供全球统一的三维地心坐标，GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。

目前GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。

7，应用广泛光学在导航技术中有重要地位。

导航技术在现代社会应用如此的广，对人们生活影响如此的大。

然而现代导航技术也离不开光学，光凭借其特有的优良性质，在科技中有着重要地位。

他同样被应用于现代科技的方方面面，已经根植于人类生活。

而学科总是会有想通的地方。

光学和导航技术就是很好的例子，在科学的发展过程中，这两门学科有着很大的交集，光学技术在导航技术中有着特别大的应用。

狭义来说，光学是关于光和视见的科学，光学这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。

而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。

光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。

光学已成为为现代科研的重要内容，传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。

光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。

光学将成为今后光学工程学科的重要发展方向。

自20世纪50年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了所谓“博里叶光学”。

再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域——光学信息处理。

光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。

在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。

激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。

它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。

20 世纪60 年代激光器的发明带来了一场新的光学革命, 促进了光学与光电子学相结合, 也标志着现代光学的诞生。

此后, 光学开始进入了一个新的历史时期, 成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。

随着科学与技术的进步, 21 世纪的人类社会真正进入了高度信息化时代。

人们的生活、工作无不与信息的传输、重组、分析、处理、存储等密切相关。

在3C技术革命( Communicat ion 通信、Computerization 计算机化和Control 控制)和3A应用( FA 工厂自动化、OA 办公自动化和HA家庭自动化)的基础上, 社会运作对信息量的巨大需求将用3T!来表征( T 表示1012 ):TBs的信息传输速率、TB位的存储容量和1T/s的处理速度。

由于电子技术受到荷电性、带宽、互扰等固有的物理性质的限制, 已很难满足3T 的要求。

而光子技术无疑是对电子技术的发展与突破, 成为信息化社会的另一主要支柱。

现代光学已经发展成为一门相互交叉相互渗透 涉及到各个领域的综合性学科。

其中包括研究光学成像系统的像差、色差、像散、畸变和校正的成像光学仪器学 研究光的照度、亮度等的光度学 把数字技术和通讯理论相结合的“傅里叶光学” 并且产生了信息光学和纤维光学 还有量子光学、非线性光学、相干光学、激光光谱学 等等。

成为现代科学技术最活跃前沿领域之一。

光学的应用是与光学实验仪器的不断改进和光学理论的逐渐完善同步产生的。

十八世纪以前几何光学的形成 促进了成像光学仪器的发展 现代只不过在制造工艺和应用范围上有了新的突破。

光的干涉和衍射的波动性质 为现代科学技术中的精密测量提供了重要方法。

利用光的偏振性质还可以测定某些物质的浓度 它被广泛地应用于化学、制糖、制药行业。

红外线的热效应被人们用作烘烤食品。

红外遥感技术应用则更加广泛 小到各种家电的遥控器 大到卫星勘测地球资源、预报天气、军事侦察等。

红外线夜视仪、红外线瞄准器和红外线追踪导弹的使用 可以大大提高部队的战斗力。

紫外线具有杀菌脱水及激发萤光作用。

X光的强大穿透能力在医学上用作人体骨骼和内脏器官检查的照相 更高级的立体X光检查就是我们常说的做“CT” X光还可用来探测金属内部是否存在缺陷。

光电效应现象的应用 可以将可见或不可见的辐射转化为可以观察、记录、传输、存贮的图像。

各种波长的电磁波被广泛应用在远距离的通讯、导航、广播、雷达、电视、卫星控制、宇宙研究等。

光在现代科技中，尤其在通信方面扮演着重要的角色，光是电磁波，是信息与能量的载体。

光作为通信载体有着速度快，容量大，效率高，方向性好等优点。

光导纤维的应用就是一个很好的例子，它以光作为信息载体，实现了高速度，高效率的通信传输，成为了现代信息产业的支柱。

导航定位系统的核心是对信息的收集，处理和传输。

在整个系统和各个分系统都离不开信息。

而光是信息的良好载体，可以想象我们可以尝试把光应用于导航系统的各个环节包括对信息的收集，处理和传输。

而现代科技很好地实现了光在导航系统上的应用，如光学陀螺包括激光陀螺和光纤陀螺，还有激光跟踪导航等，并取得了巨大的成功。

下面是关于这些实例的介绍。

激光陀螺：1962年，美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪. 激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。