1. GPS航海導(dǎo)航應(yīng)用


　　衛(wèi)星技術(shù)用于海上導(dǎo)航可以追溯到60年代的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)TRANSIT，但這種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)主要服務(wù)于極區(qū)，不能連續(xù)導(dǎo)航，其定位的時(shí)間間隔隨緯度而變化。在南北緯度 70度以上，平均定位間隔時(shí)間不超過(guò)30分鐘，但在赤道附近則需要90分鐘，80年代發(fā)射的第二代和第三代TRANSIT衛(wèi)星NAVARS和OSCARS彌補(bǔ)了這種不足，但仍需10至15分鐘。此外 采用的多仆勒測(cè)速技術(shù)也難以提高定位精度（需要準(zhǔn)確知道船舶的速度），主要用于 2維導(dǎo)航。
　　GPS系統(tǒng)的出現(xiàn)克服了TRANSIT系統(tǒng)的局限性，不僅精度高、可連續(xù)導(dǎo)航、有很強(qiáng)的抗干擾能力； 而且能提供七維的時(shí)空位置速度信息。在最初的實(shí)驗(yàn)性導(dǎo)航設(shè)備測(cè)試中，GPS就展示了其能代替 TRANSIT和路基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，在航海導(dǎo)航中發(fā)揮劃時(shí)代的作用。今天很難想象哪一條船舶 不裝備GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備，航海應(yīng)用已名副其實(shí)成為GPS導(dǎo)航應(yīng)用的最大用戶，這是其他 任何領(lǐng)域的用戶都難以比擬的。
　　GPS航海導(dǎo)航用戶繁多，其分類標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，若按照航路類型劃分、GPS航海導(dǎo)航可以分為五大類：
　　　　遠(yuǎn)洋導(dǎo)航；
　　　　海岸導(dǎo)航；
　　　　港口導(dǎo)航；
　　　　內(nèi)河導(dǎo)航；
　　　　湖泊導(dǎo)航。 
　　不同階段或區(qū)域，對(duì)航行安全要求也因環(huán)境不同而各異,但都是為了保證最小航行交通沖突，最有效地利用日益擁擠的航路，保證航行安全，提高交通運(yùn)輸效益，節(jié)約能源。

按照導(dǎo)航系統(tǒng)的功能劃分大致有以下幾類：
1.1 自主導(dǎo)航
　　自主導(dǎo)航系統(tǒng)適于上述五種航路的任何一種，它基本上是一種單純的導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要特征 是僅向用戶提供位置、航速、航向和時(shí)間信息，也可包括海圖航跡顯示，不需通信系統(tǒng)。 適應(yīng)于任何海面、湖面和內(nèi)河上航行的船舶，從大型遠(yuǎn)洋貨輪到私人游艇。
1.2 港口管理和進(jìn)港引導(dǎo)
　　這種系統(tǒng)主要用在港口/碼頭的船舶調(diào)度管理、進(jìn)港船舶引導(dǎo)，以確保港口/碼頭航行的 安全和秩序。該系統(tǒng)需要雙向數(shù)據(jù)/話音通信，以便于領(lǐng)航員引導(dǎo)船舶；港區(qū)情境/海圖顯示，以表明停泊的船舶和可利用的進(jìn)港航線，避免沖撞。這種系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求高，要采用差分GPS和其他增強(qiáng)技術(shù)。
1.3 航路交通管理系統(tǒng)
　　這類系統(tǒng)與2類似，但主要用于近海和內(nèi)陸河航路上的船舶導(dǎo)航和管理，通常需要衛(wèi)星通訊 系統(tǒng)支持，如INMARSAT等。
1.4 跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)
　　這類系統(tǒng)主要用于海上巡邏艇、緝私艇及各種游艇，特別是私人游艇以防盜。根據(jù)具體的使用對(duì)象， 有些系統(tǒng)需要給出導(dǎo)航參量和雙向數(shù)據(jù)/話音通訊，如緝私艇。而有時(shí)則不需要給出 導(dǎo)航參量，如用于私人游艇防盜，僅需要單向數(shù)據(jù)通訊，一旦發(fā)生被盜，游艇上的導(dǎo)航系統(tǒng) 不斷把自己的位置和航向送到有關(guān)中心，以便于跟蹤。
1.4 緊急救援系統(tǒng)
　　系統(tǒng)也包括兩棲飛機(jī)，直升機(jī)和陸地車輛。它適應(yīng)于所有五類航路，用于搜尋和救援各種 海面、湖面、內(nèi)河上的遇險(xiǎn)、遇難船舶和人員。這類系統(tǒng)需要雙向數(shù)據(jù)/話音通信，要求響應(yīng)時(shí)間快、定位精度高。
1.5 GPS/聲納組合用于水下機(jī)器人導(dǎo)航
　　該類組合系統(tǒng)可用于水下管道鋪設(shè)和維修（需要視覺(jué)系統(tǒng)），水文測(cè)量以及其它海下作業(yè)，如用于港口/碼頭水下勘測(cè)，以便于進(jìn)場(chǎng)航道阻塞物清除，保證航道暢通，也可用于遠(yuǎn)洋捕撈，漁船作業(yè)引導(dǎo)等。
1.6 其它應(yīng)用
　　所采用的導(dǎo)航技術(shù)主要有：
　　 GPS（GNSS）； 
　　 聲納技術(shù)； 
　　 INS； 
　　 航海圖 
　　 無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)； 
　　 圖象匹配技術(shù)； 
　　 其它技術(shù)。 
　　所采用通信技術(shù)主要有：
　　 FM和TV副載波單向數(shù)據(jù)/話音通信； 
　　 信標(biāo)臺(tái)網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)通信； 
　　 集群通信； 
　　 蜂窩通信； 
　　 陸基移動(dòng)數(shù)字通信； 
　　 衛(wèi)星移動(dòng)通信； 
　　 流量余跡通信等。 
　　前5種通信技術(shù)主要用于近海、內(nèi)河和湖泊區(qū)域。 


2.GPS航空導(dǎo)航應(yīng)用


　　盡管從純技術(shù)革新和進(jìn)步的意義上講，第一代TRANSIT衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開創(chuàng)了導(dǎo)航技術(shù)的新紀(jì)元。但TRANSIT并未在航空導(dǎo)航領(lǐng)域得到應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù) 真正用于航空導(dǎo)航可以說(shuō)是始于GPS系統(tǒng)。70年代初期，當(dāng)GPS計(jì)劃正在醞釀和方案論證階段，有人就提出用有限的GPS衛(wèi)星和高度表組合實(shí)現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)航、 進(jìn)場(chǎng)和起飛，并進(jìn)行了大量的仿真研究。80年代初，即1983年，在當(dāng)時(shí)僅有5顆 GPS衛(wèi)星的情況下，ROCKWELL的商用飛機(jī)SABRELINER（軍刀）就載著《航空周刊 和空間技術(shù)》的公正觀測(cè)員和幾名客人，從美國(guó)的衣阿華州首航大西洋到達(dá)法國(guó)的巴黎，其導(dǎo)航系統(tǒng)使用一臺(tái)單通道雙頻軍用GPS接收機(jī)和一臺(tái)單通道單頻民用GPS接收機(jī)進(jìn)行全程 GPS導(dǎo)航，中途有四次著陸主要是為了等待GPS衛(wèi)星信號(hào)。這次GPS導(dǎo)航是成功的，但 FAA的官員對(duì)于利用GPS進(jìn)行航空導(dǎo)航仍持保留態(tài)度和疑慮，這些疑慮主要表現(xiàn)在以下幾方面：
　　 選擇可用性問(wèn)題； 
　　 5顆衛(wèi)星覆蓋的連續(xù)性和可用性問(wèn)題； 
　　 完善性問(wèn)題； 
　　 費(fèi)用（包括用戶系統(tǒng)價(jià)格和GPS收費(fèi)）； 
　　選擇可用性影響GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完善性、可用性和服務(wù)連續(xù)性，影響GPS用于航空導(dǎo)航可靠性和航行安全，而用戶GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的價(jià)格以及GPS的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)系到 用戶的承受能力。
　　80年代后期年代初，GPS用戶設(shè)備價(jià)格逐年下降，體積也越來(lái)越??；各種增強(qiáng)技術(shù)，差分技術(shù)和組合技術(shù)日趨成熟，GLONASS也完全安裝并投入使用，這些都為GPS在航空導(dǎo)航中的應(yīng)用 帶來(lái)了廣闊的前景。
　　可以預(yù)見(jiàn)：GPS將使全球無(wú)間隙導(dǎo)航和監(jiān)視成為可能，這將是航空導(dǎo)航史上的一次劃時(shí)代的 革命。
　　今天，GPS在航空導(dǎo)航中的應(yīng)用可謂無(wú)孔不入，如果按航路類型或飛機(jī)階段劃分，則涉及到：
　　 洋區(qū)空域航路 
　　 內(nèi)陸空域航路 
　　 終端區(qū)導(dǎo)引 
　　 進(jìn)場(chǎng)/著陸 
　　 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視和管理 
　　 特殊區(qū)域?qū)Ш剑甾r(nóng)業(yè)、林業(yè)等。 
　　在不同的航路段及不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完善性、可用性、服務(wù)連續(xù)性 的要求不盡相同，但都要保證飛機(jī)飛行安全和有效利用空域。
　　按照機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的功能劃分，GPS在航空導(dǎo)航中的應(yīng)用以下幾個(gè)方面：
2.1 航路導(dǎo)航
　　航路主要指洋區(qū)和大陸空域航路。各種研究和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，GPS和一種 稱之為接收機(jī)自主完善性監(jiān)測(cè)（RAIM）的技術(shù)能滿足洋區(qū)航路對(duì)GPS的導(dǎo)航精度、完善性 和可用性的要求，而且精度也能滿足大陸空域航路的要求。GPS和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)也能滿足大陸空域航路 精度、完善性和可用性的要求。GPS的精度遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有任何航路用導(dǎo)航系統(tǒng)，這種精度的提高 和連續(xù)性服務(wù)的改善有助于有效利用空域，實(shí)現(xiàn)最佳的空域劃分和管理、空中交通流量 管理以及飛行路徑管理，為空中運(yùn)輸服務(wù)開辟了廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也降低了營(yíng)運(yùn)成本， 保證了空中交通管制的靈活性。
　　GPS的全球、全天候、無(wú)誤差積累的特點(diǎn)，更是中、遠(yuǎn)程航線上目前最好的導(dǎo)航系統(tǒng)。 按照國(guó)際民航組織的部署，GPS將逐漸替代現(xiàn)有的其他無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS不依賴于 地面設(shè)備、可與機(jī)載計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備一起進(jìn)行航路規(guī)劃和航路突防，為軍用飛機(jī)的導(dǎo)航 增加了許多靈活性。
2.2 進(jìn)場(chǎng)/著陸
　　包括非精密進(jìn)場(chǎng)/著陸、CAT-1、2、3類精密進(jìn)場(chǎng)/著陸。GPS及其廣域增強(qiáng)系統(tǒng)完全 滿足非精密進(jìn)場(chǎng)/著陸對(duì)清度、完善性和可用性的要求；再用局域偽距差分技術(shù)/系統(tǒng)增強(qiáng)，能滿足CAT-1、2類精密進(jìn)場(chǎng)的要求。目前實(shí)驗(yàn)表明，采用載波相位差分技術(shù)，精度可達(dá)到 CAI-3b類的要求。可以肯定，各種增強(qiáng)和組合系統(tǒng)（如LAAS、WAAS、INS等）與GPS將成為進(jìn)場(chǎng)/ 著陸的主要手段，儀表著陸將最終被取代。由于GPS著陸系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜的地面支持 系統(tǒng)，它將適合于任何機(jī)場(chǎng)，包括私人機(jī)場(chǎng)和山區(qū)機(jī)場(chǎng)。理論上，GPS著陸系統(tǒng)可以引導(dǎo) 飛機(jī)沿著任意一條飛行剖面和進(jìn)場(chǎng)路徑著陸，這就增強(qiáng)了各種機(jī)場(chǎng)著陸的靈活性和盲降能力。 
2.3 場(chǎng)面監(jiān)視和管理
　　包括終端飛行管理和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視/管理。場(chǎng)面監(jiān)視和管理的目的就是 要減少起飛和進(jìn)場(chǎng)滯留時(shí)間，監(jiān)視和調(diào)度機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)、車輛和人員，最大效率地利用終端 空間和機(jī)場(chǎng)，以保證飛行安全。GPS、數(shù)字地圖和數(shù)字通信鏈為開發(fā)先進(jìn)的場(chǎng)面導(dǎo)航、通信和 監(jiān)視系統(tǒng)提供了全新的技術(shù)，可以確信基于GPS/數(shù)字地圖的場(chǎng)面監(jiān)視和管理將為機(jī)場(chǎng)帶來(lái)很大 效益。
2.4 航路監(jiān)視
　　目前的監(jiān)視是一種非相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)，主要是利用各種雷達(dá)系統(tǒng)，可以和機(jī)載 導(dǎo)航系統(tǒng)互成備份。但這種監(jiān)視系統(tǒng)地面和機(jī)載設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格高、監(jiān)視精度隨距離而 變化，作用距離有限，不可能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和全球無(wú)間隙監(jiān)視。GPS和航空移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn) ，將改變這種傳統(tǒng)的監(jiān)視方法，機(jī)載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)通信自動(dòng)報(bào)告自己的位置這種"自動(dòng) 相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)ADS"已經(jīng)提出，目前的演示和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明ADS為飛行各階段的監(jiān)視都會(huì)帶 來(lái)益處，特別是為了洋區(qū)和內(nèi)陸邊遠(yuǎn)地區(qū)空域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)自動(dòng)監(jiān)視業(yè)務(wù)提供了可能。這將杉其有 效地減輕飛行員/管制人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)也增加了ATM的靈活性。 
2.5 飛行試驗(yàn)與測(cè)試
　　在新機(jī)型、新機(jī)載設(shè)備、機(jī)載武器系統(tǒng)或地面服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、定型、測(cè)試中， 基于GPS的飛行狀態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)或可作為基準(zhǔn)，可比較的輔助設(shè)備將使飛行試驗(yàn)及數(shù)據(jù) 處理和飛行測(cè)試變的簡(jiǎn)單和節(jié)省開支。 
2.6 特種飛機(jī)的應(yīng)用
　　航空母艦上飛機(jī)著艦/起飛導(dǎo)引系統(tǒng)，直升機(jī)臨時(shí)起降導(dǎo)引、軍用飛機(jī)的編隊(duì)、 突防、空中加油、空中搜索與救援等。 
2.7 航測(cè)
　　除了一般飛機(jī)要求的導(dǎo)航、起降功能外，用于航測(cè)的飛機(jī)還需要提供記載測(cè)量 或攝影設(shè)備的位置及時(shí)信息交聯(lián)、數(shù)據(jù)記錄及事后處理。 
2.8 其他應(yīng)用
　　如飛行訓(xùn)練、校驗(yàn)ILS系統(tǒng)等。盡管在目前的DGPS進(jìn)場(chǎng)/著陸演示飛行中，大都用 ITS作為基準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)評(píng)估DGPS著陸系統(tǒng)的能力，但事實(shí)上，DGPS的精度要優(yōu)于ILS系統(tǒng)。在 ILS沒(méi)有關(guān)閉之前，用DGPS校驗(yàn)，是一種價(jià)格低、精度完全滿足校驗(yàn)ILS的基準(zhǔn)系統(tǒng)。目前， 用光測(cè)和雷達(dá)價(jià)格高、設(shè)備龐大、復(fù)雜。 當(dāng)然，以上并未包括GPS在航空中應(yīng)用的所有方面，并且新的應(yīng)用途徑仍在試驗(yàn)與開發(fā)之中。