除了卫星，还有这些导航神器!

邓亮

导航分自主和非自主

导航设备根据对外部的依赖性，可将其分为非自主导航设备和自主导航设备。

非自主导航技术是通过接收外部信息进行导航定位的技术。最常见的是以北斗和GPS为代表的卫星导航，该导航技术具有优异的導航精度，位置精度可达亚米级，速度精度可达0.05米/秒，在众多领域获得了极为广泛的应用。但在实际应用中，卫星导航系统也存在一些局限性。因此，人们在一些领域也采用自主导航技术。

目前的自主导航技术依靠自身设备确定与外界固有规律（如重力加速度、地球自转角速率、天体等之间的关系）完成自身定位，如惯性导航、天文导航、视觉导航、仿生偏振光导航、声学导航、数据库匹配导航。那么，这些自主导航是怎样工作的呢？

惯性导航

惯性导航系统内含有可以测量3个方向角度变化的陀螺仪和3个方向速度变化的加速度计，陀螺仪可以告诉武器装备正在往哪个方向运动，加速度计可以告诉武器装备在空间中飞得有多快。

由于惯性导航完全不依赖于外界环境的信息，可以全天候、全区域、实时、连续地进行导航，且可以提供武器装备控制所需的所有导航参数，由此也奠定了惯性导航在武器系统中的核心地位，其他导航方式主要用于辅助惯性导航提高导航精度为主。当前，天上飞的巡航导弹、制导弹药、超音速无人机，陆上的装甲车、发射车，海面的舰船、水下的潜艇都配备了惯性导航设备。

天文导航

天文导航和脉冲星导航类似，把天上的星星视为“灯塔”，是最早采用的导航手段。古代航海过程中，人们通常采用天文导航的方式，如根据北极星的方向，可以确定当前航行的方向;根据与多个星星之间的方位及距离推算出当前的位置。这种通过检测当前位置与多个已知的自然天体之间的距离或者角度，从而解算出当前的位置信息及姿态信息就是天文导航。天文导航自主性强且精度高，因此作为一种重要的辅助惯性导航的导航设备，受到了较高的重视。

视觉导航

视觉导航是大家最为熟悉的导航方式，因为我们一直都在用视觉进行导航。我们通过眼睛观察周围环境，确定自己与周围物体之间的距离以及自己所处的位置，为我们要怎么走提供依据。而武器系统中的视觉导航是通过摄像头，它与我们的眼睛一样，可以采集环境信息，若环境中存在已知绝对位置的坐标点，通过测量与该点的距离及方位，可以确定自身的位置;若环境中没有绝对的位置信息，则可以测量与某一固定位置距离的变化，确定自身的速度信息;也可以通过采集环境信息中的视觉图像与自身存储的地图进行比较，确定自身所在的位置。视觉导航广泛应用在飞行器、无人车等领域。就在2020年4月，美国宇航局对Draper实验室研发的视觉导航系统进行了测试，以期望其在登陆月球时使用。

仿生偏振光导航与声学导航

仿生偏振光导航的灵感来自于昆虫。研究表明，多种昆虫、鸟类、两栖类生物都进化出了感知天空偏振光航向角并将其用于导航的奇异能力，通过研究这些生物对偏振光感知的机理并制作相应的传感器，可以帮助武器装备实现导航的目的。当前，仿生导航已经成为导航领域的研究热点，仿生偏振光导航目前还处于研究阶段，尚未在实际工程中应用。

声学导航在我们日常生活中也会经常接触到：当一辆车向我们驶来，以及驶离我们的过程，我们会听到车辆声音的变化，这种变化就是耳朵接收声波频率的变化，在声学领域称之为多普勒效应，利用这种声波频率的变化可以测算出运动的速度信息。声学导航设备也可以向固定位置发射声波，通过解算发射声波及收到发射声波之间的时间，确定与已知位置点的相对位置，从而得到位置信息。声学导航通常用于鱼雷、潜艇等为代表的水下应用领域，目前国内声学导航定位精度可优于亚米级。

此外，还有“出镜率”不高的数据库匹配导航等。随着科学技术的不断发展，多种导航设备进行数据融合，已经成为未来的发展趋势。

（本文摘编自《中国航天报》飞天科普周刊）