导航如同引路的明灯，指引我们走向目的地。从古至今，随着科技的进步，导航系统也在不断发展和完善。本文将简单科普现代导航系统及其基本原理。

什么是导航系统

导航系统是运动物体动态调整行进路径的重要设备，广泛应用于陆、海、空、天乃至太空领域的各类载体。导航系统根据姿态角、航向、位置、速度等精确的导航参数，在预先规定好航行计划的前提下，以要求的精度将载体引航到目的地。

导航系统可以分为无线电导航系统和自主式导航系统两类。

无线电导航系统又可分为地基、星基和基于无线网络三种。自主导航系统又可以分为惯性导航、多普勒导航、地形辅助导航、数字景象匹配导航、地磁导航以及天文导航等多种。

无线电导航系统

无线电导航系统通过测量无线电导航基站所发射信号的时间、相位、幅度、频率参量，可确定物体相对于导航基站的方位、距离和距离差等参量，从而确定物体与导航基站之间的相对位置关系，并据此实现对物体行径的定位和导航。

根据按导航基站的不同，无线电导航系统又可细分为地基、星基和基于无线网络三种。

地基无线电导航系统，是指在陆上（有时也在舰上）设置导航基站，进行导航定位的导航系统。主要有伏尔/地美依系统（VOR/DME）、塔康系统（TACAN）、无线电信标系统（RBS）、罗兰-C系统（LORAN-C）、奥米加系统（Omega）、航管系统、着陆引导系统等。地基无线电导航的主要缺点是不能同时实现大的覆盖范围和高的导航精度。

星基无线电导航系统，是在人造卫星上设置导航基站，进行导航定位的导航系统。世界四大全球卫星导航系统，包括美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航定位系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航定位系统（Galileo）以及中国北斗卫星导航系统（BDS）。其优点在于可利用由多颗卫星组成星座覆盖全球，又有较高精度；缺点是，卫星信号弱（卫星信号一般距离地面20000公里左右），易受到干扰。

卫星导航系统

基于无线网络的无线电导航系统，是把用户设备组织成网络，用户之间除了能够通信之外，还可以经过不同的路由中继用于定位。基于无线网络的无线电导航主要有“通讯、导航、识别综合系统（CNI）”等。其优点是信号抗干扰和保密性极强，但是覆盖范围有限。

自主导航系统

自主导航系统是指物体在仅利用自身持有设备，进行实时相对定位，并进行引导航行的导航系统。

惯性导航，通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息，经积分运算得到载体的速度和位置信息。惯性导航不依赖于外界的导航基站，也没有电波传播，可用于海、陆、空、天及水下环境，隐蔽性好，不可能被干扰，无法反利用，生存能力强。惯性导航的主要缺点是位置误差随工作时间的增加而不断累积，通常与其他导航系统组合使用。惯性导航的典型代表就是MEMS陀螺仪！

意法半导体推出的三轴陀螺仪

多普勒导航，通过雷达斜向对地面发射电波，根据地面的漫反射回波中带有的多普勒频移，计算三维速度，从而进行定位。

地形辅助导航，事先测量行进路径的三维数字地图，根据行进过程中气压高度与雷达高度得到相对高度差，进行实时定位。

数字景象匹配导航的原理与地形辅助导航类似，预先拍摄地面景象照片，并数字化为基准图，根据行进过程中正下方地面图像，进行实时定位。

地磁导航的原理是通过地磁传感器测量物体所在位置的地磁信息，再与事先测绘完备并储存在载体计算机上的地磁图进行匹配，对物体进行实时定位的导航。

天文导航（太空航行）是根据天体在相对于地球的精确坐标和地球的运动规律来测量物体相对于天体的准确坐标，通过相应的数学模型求解实时定位。

小结

导航系统作为人类探索未知的重要工具，不断推动着科技的发展和进步。

随着科技的进步，多模融合导航技术逐渐成为发展趋势。这种技术将多种导航方式（如GPS、北斗、惯性导航等）进行融合，以提高导航精度和可靠性。例如，在无人驾驶汽车领域，多模融合导航技术为车辆提供高精度、高可靠性的导航服务，确保行驶安全。