导航系统理论与应用精选(九篇)
第1篇：导航系统理论与应用范文
关键词：船舶通信；船舶导航；理论与实践相结合
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0216-02
十提出了“海洋强国”的战略方针，进一步确立了船舶与海洋工程在国家的经济发展和军事国防方面的重要地位。船舶通信与导航是船舶电气专业的重要组成部分，是船舶安全航行和正常运行的一个重要手段，也是海上安全必不可少的重要保证，因此在大学设置船舶通信与导航这门课程有着重要的意义。
一、船舶通信与导航的教学现状
《船舶通信与导航》是一门跨学科的课程，内涵十分丰富，包含了通信理论、控制理论以及海洋学科的知识。该课程的知识面很广，内容比较复杂。课程主要介绍各类船舶通信和导航系统的基本原理、性能、结构以及实例。开设该课程的目的是使学生熟悉现代通信、无线电导航、惯性导航、卫星导航、组合导航等基本原理，掌握地面频率通信系统、卫星通信系统、海上安全信息系统等常见的船舶通信系统；掌握搜救雷达应答器及船用天线、船用磁罗经、航海陀螺罗经、船用回声测深仪、船用计程仪、船用导航雷达与ARPA、GPS卫星导航系统、船载航行数据记录仪、船舶自动识别系统等常用船舶通信及导航设备；使学生了解船舶通信和导航系统在实际工程领域的典型应用，掌握船舶通信与导航的基本原理和分析方法，为将来从事专业技术工作打下扎实的理论基础和技能基础。
从教学内容和课程目的可以看到，学生不仅要学习船舶通信、船舶导航的基本原理，还需要学习一些船舶通信和导航设备，在此基础上完整地掌握相关船舶通信及导航的子系统。在授课教学模式中，教师往往就一本教材从头到尾讲授给学生，教师讲什么，学生就听什么，这种教学模式无法满足船舶通信与导航课程教学的要求。授课教学模式中，没有体现以教师为主导、学生为主体的教学观点。学生在教学过程中只是被动地听、记、背，学习缺乏主观性和能动性，学生只能靠死记硬背理解相关理论，这样使得学生缺乏形象思维能力和解决具体问题的技能。教学方法和手段的单一性往往会出现纸上谈兵的尴尬结果。老师说教的教学方式不仅不能达到预期的目的，反而容易使学生滋生厌学的情绪。
二、理论和实践相结合的教学方法
实践教学[2]不是理论教学的辅助和补充，而是理论教学的进一步延伸。船舶通信与导航一方面表现出重点专业基础课的特质，另一方面也体现出了重要技能基础课的特点。把理论教学和实践教学有机结合是培养学生综合能力、创新能力的一种教学方法。把课堂教学和科研成果运用到实践教学的各个环节，在实践教学中开展综合性和设计性实验，有助于学生开拓视野，加深对本课程基础理论的理解，提高学生的实际动手能力，使理论和实践得到了充分的结合，从而最大限度地培养学生的创新能力。
首先，“船舶通信与导航”能涉及很多的通信理论和自动化控制的理论，通过讲授的方式，学生会能够比较好地学习这些理论知识。但是，对知识的深入掌握和应用，靠单纯的讲授是无法实现的，需要学生自己动手，去仿真学习，自己通过编程仿真，真正掌握这些原理知识。
其次，“船舶通信与导航”本身就是一个功能齐备但是很复杂的大系统，讲起来内容抽象、复杂，还很枯燥无味，学生的兴趣就会随着讲课的过程逐渐变得淡薄；另一个问题是纯讲授原理，学生没有实际的感触，无法将实物和原理结合联系起来一起理解，不利于学生对知识的消化吸收。特别是一些通信及导航设备，单纯讲授这些设备的设计原理以及应用，学生一听而过，教学效果不会很好，而利用现有的实验室平台，让学生直接接触这些船用设备，一方面可以直观了解这些设备，更好地消化老师教授的理论内容，另一方面，学生可以自己动手去操作这些设备，进一步深入了解设备的使用，同时可以了解到设备与设备之间的联系，建立系统的概念，对理论教学有一个深入和补充。
三、“船舶通信与导航”理论和实践相结合的教学方法的实施
（一）现有的实验条件
学院拥有“船舶综合平台信息系统实验室”、“船舶电子信息系统实验室”。利用学院现有的实验室条件，以现代通信技术理论为基础，实现船舶通信与导航半实物仿真实验教学。系统包括：船舶微波通信实验仿真系统、船舶导航实验仿真系统以及船舶光纤通信实验仿真系统。围绕导航设备以及船舶电子设备和应用技术，通过实物、半实物与仿真等手段，使学生熟悉船用无线电通信、微波通信和光纤通信基本原理，掌握天线与微波理论、电磁兼容技术、光纤通信技术等相关的应用技术、信息处理方法在船舶通信中的应用。船舶通信与导航系统实验室主要有船舶微波通信实验及仿真系统、船舶光纤通信实验及仿真系统和船舶导航仿真系统，可以实现船舶通信与导航半实物仿真实验教学。
（二）理论教学
要重视理论教学，努力提高学生的理论水平。
1.多媒体教学。多媒体教学减少了课堂板书，使教学内容更加形象化，激发学生的学习兴趣，增加了课堂授课的信息量，适合船舶通信与导航的课堂教学。例如在讲授电罗经的指向原理时，就可以通过动画演示的方法，生动形象地演示出罗经的等幅摆动轨迹，以及加了力矩以后的阻尼运动轨迹。通过多媒体教学，不但可以帮助学生比较牢固地掌握理论知识，而且还可以有效地把实践教学也融进去，推动教学改革，提高教学质量。
2.讨论式教学。在教学过程中，为了配合理论知识的学习，把每一次实验结束后遇到的实际问题提出来，要求学生进行课堂讨论并提出解决问题的办法。现在的通信手段和导航技术日新月异，书本的知识和技术的进步相比有一定的滞后性，可以给学生一些课题，让学生课后去阅读、学习、归纳整理，在课堂上展开讨论。这样可以提高学生的学习主动性和积极性，而且可以扩大学生的知识面，保证学生学习知识的前沿性。
（三）实验教学
学生通过船舶微波通信实验实现船外通信，主要包括船舶与船舶通信、船舶与卫星通信、船舶与陆地通信。学生能够掌握船舶通信系统的组成与基本原理，微波设备的使用方法与具体应用。理解船舶通信中微波信号的测量、分析与设计方法，并能够利用仿真技术对微波通信系统进行信号和信息处理；学生通过船舶光纤通信实验，掌握现代光纤通信的系统组成结构与基本原理，并理解船用光纤传感器工作的物理参数、技术概念和标准等，较为全面地了解现代光纤通信技术；通过编程GPS原理实验平台、GPS中频信号采样器、船舶自动识别系统等设备使学生理解GPS的基本原理，掌握GPS导航定位的方法，并通过对GPS接收机接口和信号处理等模块的软硬件设计，使学生进一步掌握GPS接收机组成原理和使用方法，掌握卫星信号的捕获和跟踪等信号处理技术，使学生在今后的工作中能够更好地应用GPS产品，真正做到理论与实践相结合。
四、总结
总之，船舶通信与导航课程理论教学和实践教学相结合，使课程内容更接近实际、教学方法更易于为学生所接受，从而提高了学生的学习兴趣和主动性，使船舶通信与导航课程的学习始终与技术发展保持一致。学生既能够学习船舶通信和船舶导航的基本原理，又能够掌握船舶通信和导航设备应用，为以后学生走上工作岗位，无论从事船舶设计还是航海应用都打下良好的理论基础和技能基础。
参考文献：
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[6]余新科，蔡敏，张建功，等.适应开放式教学需要改革实践教学管理模式[J].高等工程教育研究，2004，（5）：62-64.
第2篇：导航系统理论与应用范文
关键词：GPS/INS 卡尔曼滤波器 组合导航系统
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：
GPS和INS的组合
由于GPS/INS组合导航的总体性能要远远地优于各自独立的系统，因此，普遍认为GPS/INS是目前和今后进行空中、海上和陆地导航和定位较为理想的系统。
实现GPS和INS的组合方案很多，不同的组合方案，可以满足使用者的不同性能要求和应用目的。例如采用位置、速度组合的GPS/INS导航系统，采用伪距、伪距率组合的GPS/INS导航系统。
现在控制理论的成就，尤其是最优估计理论的数据处理方法，为组合导航系统提供了理论基础。卡尔曼滤波器在组合导航系统的实现中有着卓有成效的应用。在组合导航系统中应用卡尔曼滤波技术，即在导航系统某些测量输出量的基础上，利用卡尔曼滤波去估计系统的各种误差状态，并用误差状态的估计值去校正系统，以达到系统组合的目的。例如，根据 GPS定位数据利用卡尔曼滤波去估计系统的误差，然后用误差去校正系统。
卡尔曼滤波技术
卡尔曼滤波技术是20世纪60年代在现代控制理论的发展过程中产生的一种最优估计技术。最优估计是一种数据处理技术，它能将仅与部分状态有关的量测值进行处理，得出从某种统计意义上讲估计误差最小的更多状态的估计值。估计误差最小的标准称为估计准则。卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计。
卡尔曼滤波方程：
状态一步预测方程
(1)
状态估计方程
(2)
最优滤波增益方程
(3)
一步预测均方误差方程
(4)
估计均方误差方程
(5)
或
(6)
由上述方程确定的系统叫做卡尔曼滤波器，它表现为计算机的数据处理，最小方差线性递推顾及运算。卡尔满滤波器的输入信息是系统的量测输出，滤波器的输出则是系统状态矢量的最小方差线性无偏估计。卡尔曼滤波方程中前4个方程包括了由输入量测值到计算输出值的计算过程。估计均方差
方程在计算下一步预测均方差时是必不可少的。显然，(5)式计算量小，但在计算机有舍入误差的情况下，不能保证计算出的均方差矩阵一直保持对称。(6)式计算量较大，但可以保证为对称阵。故在设计卡尔曼满滤波器时，可以根据系统的具体 要求选择其中的一个方程。
采用卡尔曼滤波器的组合方法
利用卡尔曼滤波器设计GPS/INS组合导航系统的方法多种多样，采取何种组合方法，主要依据不同的应用目的和要求来选取。
GPS/INS组合导航系统，按照是硬件上的组合或是软件上的组合，分为GPS/INS硬件一体化组合或GPS/INS软件组合。
GPS/INS硬件一体化组合主要部件，由陀螺、加速度计以及有关的辅助电路构成，称之为惯性测量部件：IMU。将GPS接收机的硬件嵌入到INS中，可以与IMU构成一体化组合系统。将GPS观测数据与INS力学编排方程解得之导航参数进行同步后，送往组合卡尔曼滤波器。组合卡尔曼滤波器的状态矢量，由直接法或间接法估计来决定。若采用间接法估计式，滤波器状态为载体导航参数误差、陀螺漂移和加速度计零偏、刻度因子误差、GPS接收机钟差等。经过卡尔曼滤波得到该状态矢量的最优估计，并反馈回INS，对惯性测量器件的陀螺漂移、加速度计的零漂和刻度因子误差进行校正。INS经过卡尔曼滤波器输出的重调后将更趋精确，INS力学编排方程计算模块即使当GPS不能正常工作，亦完全可以做精密导航。
与GPS/INS硬件一体化组合相对应的是软件组合。通常将GPS接收机输出的信息与INS的惯性测量信息传送到机载计算机中，首先利用相应的软件进行两套数据的时空同步，然后利用卡尔曼滤波器进行最优组合处理。有关校正计算，可以在计算机上实现，无需反馈回子系统的硬件。组合处理GPS与INS数据，可以实时进行，也可以测量后实施。GPS数据可以是来自单台接收机的，也可以来自差分工作模式下的两台GPS接收机，视其工作目的和要求而定。实践中，GPS/INS软件组合方法比较容易实施，应用也比较普遍。
第3篇：导航系统理论与应用范文
全球定位系统（Global Positioning System，GPS）于20世纪70年代开始构建，由于GPS技术所具有的全球全天候、定位精度高和不受天气影响、操作方便的特点，在遥感、地理信息系统、勘探地球物理、地质等方面都有广泛的应用。GPS卫星全球定位技术的发展，导致了导航和测绘行业一场深刻的技术革命。卫星导航定位课程也已成为高等学校各相关专业的一门重要课程，对于测绘工程专业专、本科生而言，是一门专业必修课[1]。
涉及诸多学科的专业知识，由于全球定位技术发展日新月异，《GPS测量原理与应用》无论是授课方式或授课内容都应该进行一系列的改革。目前，我国很多高校的相关教师针对这一课程进行了较多的改革尝试[2-4]。
一、卫星定位技术发展趋势
由于GPS系统在社会经济等各个方面具有不可或缺的重要作用，所以世界主要大国都在发展自主的卫星导航系统。除了美国的GPS卫星导航系统，全球卫星导航系统还包括俄罗斯的GLONASS（Global Navigation Satellite System）系统，欧洲正在建设的GALILEO导航卫星系统，以及中国正在建设的Beidou导航卫星系统，现在已经具备了亚太地区的导航定位能力。随着各个国家的卫星导航系统的建成，可用导航卫星的数目也极大地增加。目前，目前，全球GNSS技术从GPS一家独大局面向四强并存、多系统兼容格局发展。
二、《GPS原理与应用》的课程特点
GPS是一门典型的多学科相互渗透的交叉学科，不仅涉及天体力学、气象学、电子学和大地测量学，而且涉及到电磁学和通信学科等诸多学科[5]。GPS课程讲授内容主要包括GPS卫星导航定位系统的背景；GPS测量中涉及的坐标系统和时间系统；GPS系统的组成与卫星信号；GPS卫星定位方法原理，分类；GPS卫星导航的原理；GPS测量主要误差及其分类；GPS测量的设计与实施；GPS数据采集与处理；GPS在各领域中的应用；GPS测量数据的处理与分析。课程要求学生对GPS原理具有一定的理解力，对测量内业和外业具有比较强的动手能力。
三、GPS原理与应用的教学现状
目前GPS教材多种多样，其中武汉大学李征航、黄劲松编著的《GPS测量与数据处理》及被开设GPS测量原理及应用这门课程的学校广泛采用。另外，周忠谟[6]等其他专家学者编著的教材讲义也有一定的应用。但是由于GPS知识点更新很快，这些教材大多编写于5年甚至10年之前，对于新的应用领域和新的全球导航定位系统，如北斗介绍得比较少。
多媒体形式成为了《GPS测量原理及应用》教师课堂授课的主要方式。多媒体授课具有一定优势，其运用图像、视频等课件展示教材内容，将大量的信息以生动的形象带给学生，使得授课方式变得快捷，为教师节省了时间，提高了教学效率。但是在一定程度上，也减少了教师直面学生的机会，多媒体授课容易按事先设计好的课件机械性教学，教师照本宣科，学生被动听讲，很难形成师生互动。按照课件讲课导致教学速度过快，学生思路跟不上，教学效果不好，并且有可能使部分学生过分依赖课件，认为上课听不听讲无所谓，只需课后拷贝课件就行。
实验实践课时不足，由于理论课程讲授与实践课程既相对独立，又相辅相成，需要在课程安排、讲授和实践几方面共同配合；需要合理分配和设计相关的GPS外业实践内容。而学校目前GPS外业实践教学所需的仪器数量和种类不足，GPS接收机数量不多且型号老旧，已不能满足当前GPS的发展要求。
四、GPS原理与应用课程教学改革措施
为了更新教学内容，笔者给学生推荐了国际上最新的卫星导航领域学术论文[7-8]，针对当前卫星导航领域的热点前沿问题，让学生有更多了解。
在教学上采用多媒体教学和传统板书相结合的教学方式，多鼓励学生发表一些自己的想法和见解，与老师一起加入讨论。《GPS测量原理及应用》课程的内容比较抽象，板书便于学生总结归纳、加强记忆。好的板书设计能突出教学重点，加强教师和学生的互动。一些抽象的知识点，采用多媒体教学，可以让学生更好地理解。屏幕的快速投放，可以快速讲解一下只需要学生了解的知识点，授课变得便捷。而通过精心设计的课件，可以向学生演示GPS卫星运行轨迹、测距原理等内容，还可以直观地演示GPS后处理软件的数据处理过程。
第4篇：导航系统理论与应用范文
关键词：模块化教学；民航运输专业；实践教学
2015年，民航运输行业完成运输总周转量851.65亿吨公里，比上年增长13.8%；全行业运输飞机期末在册架数2650架，比上年增长280架；颁证运输机场210个，比上年增加8个。迅速发展的行业和相对滞后的专业教育使得民航专业人才需求和供给产生了较大的偏差。民航企业看重专业技能、动手能力、适应能力等，而传统单一的教学体系已无法满足快速发展的行业的要求，实践教学改革迫在眉睫。
1 民航运输专业传统实践教学中存在的问题
首先，传统实践教学内容分散。传统实践教学往往以课程为单位，以学期为单位，内容相对较为分散，无法与企业和岗位对接，也无法体现各实践项目之间的关联性；其次，传统实践教学模式陈旧、方法单一。主要体现为课程实践、专业实习和毕业论文，实践目标不够明确，实践内容不够丰富，制约了学生实践能力的全面提高；最后，传统实践教学与岗位需求严重脱节。传统的实践教学作为理论教学的辅助形式，主要作用是对理论知识的解释、验证或者简单的延伸，并未结合专业背景和岗位需求建立系统完善的实践教学体系。
2 民航运输专业实践教学体系的构建
2.1 民航运输专业实践教学的定位
民航运输专业旨在培养德、智、体等全面发展，具备现代民航运输管理知识、具有良好政治、人文、身体、心理和专业等方面的综合素质，具备民航机场运营管理、航空公司运营管理、适航管理、空中交通管理、安检等方面专业能力，从事民航运输组织、生产、商务营运的企业经营管理的高级应用型人才。在要求学生学好基础理论课的基础上，注重实践能力的培养，依托公共课，专业基础课以及专业课的理论教育，构建基础技能、专业技能、综合应用能力以及创新能力等实践教学环节的系统化实践教学体系。
2.2 民航运输专业实践教学体系的构建
通识教育与专业教育是相辅相成的关系，在教育发展过程中，因角度不同、立场不同，各专家学者仁者见仁智者见智。文艺复兴之后，大学的专业教育在被推向极端之时，产生了一种宣扬自由发展的教育，这种教育在近半个世纪被赋予了全新的概念――通识教育。通识教育愈来愈被更多专家学者所重视。民航运输专业的定位使得其在实践环节需要通识教育与专业教育并重，以注重能力培养为主线，以培养民航企业经营管理的高级应用型人才为目标，充分考虑理论教学与实践教学的相互配合与促进，考虑各知识体系之间的内在关联，以民航企业各岗位的具体需求为基本模块，由简单操作到综合实训，遵循基础技能到创新能力的培养规律，创建基础实践、专业实践、综合实践和创新实践的系统化实践教学体系（如表1所示）。
第一环节是基础实践。主要针对低年级学生的认知背景和知识结构开展诸如军训、思想政治实训、英语实训、计算机应用实训以及民航企业认知实训等基础性的实训项目，旨在培养学生的基础技能。
第二环节是专业实践。考虑到中高年级的学生已经掌握了足够的专业基础知识，对行业背景也有了基本的认知，结合相应的理论知识和行业岗位的分工和需求着重培养学生的专业技能，细分为客运服务、货运服务、机场服务、安检服务以及专业拓展五大模块。
第三环节是综合实践。主要包含暑期社会实践、毕业实习、综合课程设计以及毕业论文。在高年级的W生掌握了相对完善的理论知识，进行了相应的专业实践后，将其融会贯通，综合运用，引导学生从被动接受转化为主动实践。
第四环节是创新实践。根据《教育部、财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》和《教育部关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”2012年建设项目的通知》，积极响应“大众穿心，万众创业”的号召，推进创新实践。主要包含创新创业大赛、创新课程，在教师的指导下设计方案进行创新创业项目的实践，或者专题的调研，旨在培养学生的调研能力和创新意识。
3 实践教学改革措施
3.1 建设配套仿真实践教学平台
民航客运实训中心。民航客运实训中心主要包括民航客运计算机订座、 民航离港控制、 民航值机服务、民航安全检查和飞机载重平衡等实训室组成。
民航货运实训中心。民航货运实训中心包括航空货物收运、货物仓储、货物检测、特种货物、报关报检等实训室。
民航旅客服务中心。 民航旅客服务中心由模拟机场贵宾室、模拟特殊旅客实训室组成。
3.2 加强系列实践慕课建设
由于在线开放课程拓展了教学时空，增加了受众范围，提高了课程吸引力，进而也增强了学习者的积极性，因而正全面的崛起，也给传统的教学带来的巨大的机遇和挑战。以精品课程或者精品视频课程为依托，录制相关实训项目视频，便于学生及时巩固实践项目，根据个人对实践项目的掌握程度随时控制项目演示的进度，并开发交互式平台，以便及时解决学生在观看慕课时遇到的问题。
3.3 实践教学模式和方法改革
民航运输专业实践课程模块既各具特点又包含着有机的联系，以模块的各自特点为出发点采用适宜的教学方法是实现人才培养目标的主要途径。以民航运输专业模块化课程体系构建为背景，通过运用任务驱动式、体验学习式教学法，头脑风暴学习法和自主学习法对当前教学中不适用的教学方法进行变革。同时要提升专业师资队伍的教学能力以保障教学方法的运用。
3.4 强化科研训练
为提高学生创新能力，通过各种方式强化科研训练。如提倡学生积极参与各种级别的创新创业大赛，鼓励学生撰写专业学术论文，并提高教师科研项目学生的参与程度。
3.5 加强毕业论文的管理
毕业论文是训练学生对专业知识的综合应用与实践能力提高的重要途径。为提高毕业论文的质量，在论文选题、指导教师遴选、过程管理、工作条件保障等方面作出相应规定并严格实施。毕业论文选题须全面反映培养目标和要求，提高应用研究型选题比例，侧重实际应用价值较高的选题，严格结合指导老师的研究领域，遵循严谨的过程管理，切实提高学生的实践能力。
第5篇：导航系统理论与应用范文
关键词：GPS；惯性导航；航位推算；地图匹配
1.引言
智能交通系统(ITS )已被公认为解决消防部队在突发事故发生时如何快速抵达事故现场问题的有效途径，它是在关键基础理论研究的前提下，将先进的信息技术、数据通信技术及电子控制技术等有效地综合运用于地面交通运输体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输系统。
车辆定位导航技术是ITS中的关键技术之一。车辆导航定位系统的首要功能是能够提供车辆的位置、速度和航向等信息，而精确、可靠的车辆定位则是实现导航功能的前提和基础。常用的车辆定位技术主要有：航位推算技术(DR)、卫星定位技术(GPS)、惯性导航技术(INS)、地图匹配技术(MM)等等。由于基于任何一个单独的定位技术的系统都有本身无法克服的短处，因此出现了组合导航系统。本文根据智能交通系统的特点，提出了GPS、航位推算技术与地图匹配技术相结合的组合导航系统。
2.GPS定位技术
全球定位系统(Global Positioning System-GPS)[1]是当前全球定位系统中技术最成熟，应用也最为广泛的系统。它可以全天候连续为全球范围陆、海、空军民用户提供定位导航信息，用户设备的定位精度优于20m，时间准确度达到ns量级。具有全天候，定位迅速，精度高，可连续提供三维位置(精度、纬度和高度)、三维速度和时间信息等一系列优点[2]，主要应用于单点导航定位与相对测地定位两个方面，是当今车辆定位导航的主流。
GPS系统包括三大部分：
（1）空间部分——GPS卫星星座
由24颗在轨卫星和3颗备份卫星组成，部署在高达20200km的轨道上，在地球上和近地空间任何一点均可连续同步地观测4颗以上卫星，从而实现全球、全天候连续导航定位。
GPS的空间卫星星座如图1所示：
图1 GPS的空间卫星星座
（2）地面控制部分——地面监控系统
地面控制部分是整个系统的中枢，由美国国防部管理，它包括1个主控站，5个监控站。主控站负责对地面监控站的全面控制。监控站内装备有接收机、原子钟、气象传感器及数据处理计算机，其任务是追踪及预测GPS卫星轨道，控制GPS卫星状态及轨迹偏差，维护GPS系统的正常运作。
（3）用户设备部分——GPS信号接收机
用户部分则是适用于各种用途的GPS接收机，其主要功能是接收GPS卫星播发的定位信息，GPS用户接收机是由主机、电源和天线组成。主机的核心部件是信道电路、基带处理电路和中央处理器，在专用软件的控制下，进行作业卫星选择、数据搜集、加工、传输、处理和存储，其天线则接收来自各方位的导航卫星信号。GPS接收机接收到从卫星传来的连续不断的编码信号后，再根据这些编码辨认相关的卫星，从导航电文中获取卫星的位置和时间，然后计算出接收机(即用户)所在的准确地理位置。
三者的关系如图2所示：
图2 GPS全球卫星定位系统的三大组成
GPS导航利用GPS模块接受导航卫星信号，然后计算出汽车的经纬度、速度、行驶方向、时间等信息，它具有全球性、全天候、低成本、高精度、实时三维的测定位置和速度的能力，因而有很大的优势。
但是，GPS导航也有其本身所固有的弱点[3]，主要是非自主性、易受干扰、动态性能较差，卫星信号因在有些地方受遮挡会导致丢失信号而影响定位，定位精度容易受电子欺骗等因素影响。更致命的是城区内地物特征复杂，当卫星信号被树木、城市高层建筑、隧道和桥梁等遮挡或GPS接收机接收不到四颗及以上的卫星信号时，GPS导航系统便不能提供连续导航信息，其定位误差将增大，甚至可能出现不定位的现象。
单一的卫星定位方式由于可能会受到使用环境的影响，不能很好的完成定位功能，但是即使是使用卫星定位系统之间的组合定位：如GPS与GLONASS（俄罗斯的“格拉纳斯”卫星定位导航系统）之间的组合而成的GNSS，以及GPS, GLONASS与欧盟的伽利略卫星的组合定位，这些组合定位技术都提高了定位的可靠性和精度。但是在高架、立交、停车场等卫星定位号接收不良的情况下，定位精度仍然难以保证。并不能从根本上解决卫星定位系统的固有缺陷。
3. INS（Inertial Navigation System惯性导航系统）技术
惯性导航系统（INS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。在现代航空、航天和航海载体的导航系统中，惯性导航系统是技术相对成熟、应用最为广泛的一种导航设备之一。
惯性导航系统是一种完全自主式的导航系统，导航过程中不向外辐射电磁信号，和外界不发生任何光、电的联系，因此有很好的隐蔽性和强大的抗干扰能力，工作不受气象条件限制，可全天侯、全球工作与空中、地球表面乃至水下。惯性导航系统能同时输出位置、速度、姿态、加速度和角速度等导航信息，所产生的导航信息连续性好而且噪声低，可单独完成导航功能。同时具有数据更新率高、短期精度和稳定性好等优点。
但是，惯性导航系统不能给出时间信息，又由于导航信息经过积分而产生，定位误差会随时间而增大，长期工作精度变差，因此难以长时间独立工作。而且每次使用之前需要较长的初始对准时间。另外，惯性测量设备的价格高昂，这也是导致它在车辆导航系统中的运用受到很大的限制。
4. DR (Dead Reckoning航位推算)技术
航位推算的现代定义是由Cotter提出的，其定义“为从一己知的坐标位置开始，根据航行体(船只、飞机、陆地车辆等)在该点的航向、航速和航行时间，推算下一时刻坐标位置的导航过程就称为航位推算”。DR基本原理是利用方向和速度传感器来推算车辆的位置。由于车辆的运动可以看成是二维平面上的运动，因此如果知道车辆的起始位置和起始方位角，通过实时的测量车辆的行驶 距离和航向角度的变化，就可以实时的推算车辆的位置。
DR导航技术完全自主，既不发射信号，也不接收信号，不存在电磁波传播问题，成本低，只需利用自身的测量元件的观测量，推求位置、速度等导航参数，不受外界环境及其它政策性人为因素的影响，在短时间内能保持较高的精度。且机动灵活，无论是涵洞还是水下，只要载体(车、船、飞机、潜艇)能够到达的地方就能导航定位。
但是DR系统只能确定相对位置。且误差随时间的延长而积累，导致定位误差随时间延长而迅速增长的问题，因此DR方法不能单独、长时间地使用，而常常作为一种辅助的定位技术得到应用。
5.组合定位技术
每一种定位技术各自都有其优点和特色，但也存在固有的不足，其精度及可靠性都有一定的限制。将各种定位技术综合起来，组成组合导航系统，将能达到取长补短、综合发挥各种导航系统特点的目的，并能提高导航信息精度，更好地满足载体对导航系统的要求。并且，组合后的系统具有冗余功能，增加了导航系统的可靠性。
在导航应用领域中，一般采用全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的组合导航[4]，它们能分别独立地获取信息，并快速推算出地理位置信息。然而，价格昂贵制约了高精度INS的使用。高性能INS通常用于军事和民航领域，而不适合车辆导航这类一般的应用领域。
GPS/DR车载组合导航[5]是一种很好的解决方案，GPS与DR存在很强的互补关系，一方面，GPS可以为DR提供推算定位所需的初始点的绝对位置信息，并进行误差校正，避免DR信息因传感器的漂移和噪声而产生的误差积累。另一方面，DR的推算结果可以弥补GPS信息在短期内因受高楼、树荫阻挡而无法正常定位的缺陷，用于补偿部分GPS定位中的随机误差，平滑定位轨迹。另外，GPS/DR组合导航方式性价比高，组成实用的车辆导航系统，因而在民用低成本车载导航系统中广为采用。
GPS/DR车载组合导航采用以GPS定位为主、航位推算为辅的组合导航定位方式可以很好的保证车辆定位连续性和可靠性。利用微处理器将各个传感器有机的结合在一起，并利用最优估计理论与方法进行多种导航信息的综合处理，计算出精确的位置信息。整个组合导航系统在工作时，导航计算机同时接收来自GPS定位系统和DR航位推算系统的数据，根据组合导航系统的数学模型进行两种定位结果的信息融合，得到最优的定位结果，从而获得最好的定位精度。当GPS信号丢失，无法正常工作时，能够利用 DR系统的自主定位结果，以维持正常导航。此外，当GPS定位由于可见星少于四颗而定位精度较低时，还可以利用DR系统在一定的距离内的较高精度来改善GPS的定位精度。
GPS/DR组合导航系统原理如图3所示：
图3 GPS/DR组合导航系统原理图
但是，这种车载组合导航系统也有自己的局限，主要反映在：
（1）它用里程计采集位移信号，这需要改动汽车电气线路，并且汽车型号不一样，里程计感应元件的参数也不一样，安装不方便，并且导航精度受里程计的精度限制。
（2）长时间接收不到GPS的情况下，单靠这种DR系统积累的误差将会很大，方位信息已经不准确，不能正确的导航。
（3）汽车行驶期间，不能感应汽车的姿态，汽车机动模型是建立在水平面的假设基础上的，而实际情况却不是这样，当汽车行驶在坡度路面上时，这样推算出来的结果必然和实际情况有误差。
（4）微处理器运算速度慢，不能实时的输出航位信息，有滞后现象。
6. 地图匹配(Map Matching)技术
GPS和航位推算法(DR)系统的组合导航虽然能够提高导航系统的精度和提高组合导航系统的可靠性，但导航数据仍然存在一定的误差，并且在GPS信号长期丢失的条件下，DR系统的误差也会因为长时间得不到校正而积累变大。而移动目标的精确定位正是系统的关键，这就要求人为对其进行校正，在实际系统中通常采用地图匹配方法[6]来提高DR和GPS系统的精度。地图匹配方法是借助地理信息系统数据库存储的高精度道路数据来提高车载导航系统的定位精度，使导航数据和道路数据相一致。地图匹配功能在现代车辆定位与导航系统中起着重要作用，它能使系统的定位功能更加准确可靠，从而为导航功能的实现提供良好的基础。
地图匹配是一种基于软件技术的定位修正方法，其基本思想是将车辆定位轨迹与数字地图中的道路网信息联系起来，并由此相对于地图确定车辆的位置，原理参见图4。
图4 地图匹配原理示意图
地图匹配应用是基于以下两个假设条件：
（1）车辆总是行驶在道路上。
（2）采用的道路数据精度要高于车载定位导航系统的定位精度。
当上述条件满足时，就可以把定位数据和车辆运行轨迹同数字化地图所提供的道路位置信息相比较，通过适当的匹配过程确定出车辆最可能的行驶路段以及车辆在该路段中的最大可能位置。如果上述假设不成立，则地图匹配将产生错误的位置输出，并可能导致系统性能的严重下降。一般认为用于匹配的数字地图误差不应超过15米(真实地面距离)。由于陆地车辆在除进入停车场等之外的绝大多数时间内都位于公路网络中，因此使用地图匹配技术的条件是满足的。
7.小结
本文对组合导航技术在智能交通系统中的应用应用作了初步的探讨。介绍了几种常用的导航定位技术，GPS定位、惯性导航技术与航位推算技术。这几种技术都有自身的优势与不足，而这GPS和航位推算技术的优势与不足是互补的，根据两者的互补性提出了两种技术结合的组合导航技术，并在此基础了讨论了进一步通过地图匹配技术来提高导航精度。
参考文献：
[1] 胡风珍.汽车GPS卫星导航全球定位系统技术研究与应用[J].石油仪器,2007,21(4): 46~48.
[2] G.Mintsis, S.Basbas, P.Papaioannou. etc al, Applications of GPS technology in the land transportation system[J], European Journal of Operational Research. 2004, 152(2):399~409
[3] Elliott, D.Kaplan著.邱致和,王万义译. GPS原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2002.
[4] 陈红英,罗文田. GPS/INS组合导航系统的鲁棒滤波研究[J].中国民航飞行学院学报, 2006,17(2):35~38.
第6篇：导航系统理论与应用范文
关键词：作战环境 航天力量 综合作战能力
一、建设精干、实用、高效的航天力量，增强我军信息战能力
航天力量作为重要的战役力量直接参与联合作战，对打赢高技术条件下的局部战争具有重要意义。一支精干、实用、高效的航天力量既是重要的战略威慑力量，也是高技术局部战争中有效的实战力量；既能支援宏观的战略决策和战役指挥，又能直接支援具体的战役战术行动；支援陆、海、空、二炮各军兵种作战；为战役军团、战术分队直至单兵提供信息支援。作为一支全方位的信息支援力量，航天力量可以在战前准备、战争实施直至战争结束的整个过程中提供有力的信息支援。
二、完善军用卫星体系，重点建设天地一体化信息获取系统
依据我国国力及积极防御的基本战略和主要在本土和周边地区执行作战任务的特点，建设一支以军用卫星体系为主干，以必要的空间对抗手段为补充，地面支援系统配套完善的航天力量，重点建设天地一体化信息获取系统，能够为未来高技术局部战争提供覆盖全球的战略侦察支援和覆盖我国本土及周边地区的战役战术侦察支援，提供覆盖本土及周边地区的导航、通信支援。
三、加强军事航天技术应用，开展航天作战攻防对抗技术研究
军事航天技术的应用，除了技术条件的因素之外，军事指挥与决策人员对航天系统的军事价值的理解是一个关键。事实充分证明，在高技术条件下的局部战争中，如果忽视军事航天系统的影响和作用，就会束手放弃战场的制信息权，就会处于处处被动挨打的境地。
首先，开展军事航天理论研究，对军事航天系统的应用、对抗与防护的所有领域，包括航天部队建设（指导思想、编制体制、建设规模、建设步骤、条令条例等）、航天作战指挥理论（空间作战、航天发射指挥、指挥自动化等）、航天装备论证（概念、分类、系统评估、发展战略等）、外军军事航天（天军建设、作战指挥理论、航天装备发展、作战应用等），进行深入研究，落实到部队编成和装备之中。
其次，在军事训练和作战的全过程中都应该从应用和对抗两方面重视军事航天系统。应该积极探索利用我国的航天资源和国际商业航天资源进行侦察、通信、导航、定位和气象保障的有效途径，更加重视和采取行之有效的措施，用于对抗、防护国外航天器对军事行动的影响。
第7篇：导航系统理论与应用范文
1.1信息构建的内涵
信息构建（Information Architecture），简称IA，是最早由美国建筑师Richard Saul Wurman在1975年提出的一个概念。他将建筑设计中的相关理念融入信息资源的收集、组织与整序中，提出这个跨学科概念。IA提出之初，并未得到理论界和实务界的广泛认可，究其原因在于当时环境下人们的信息素养比较低下，更关键的是缺乏开展信息构建的实践平台。跨入21世纪，互联网的风靡及其数据量爆炸性增长为信息构建提供了极好的研究对象和应用领域。简而言之，信息构建包括以下四点内涵：
（1）信息构建的直接效果和根本目的是使信息清楚、易理解、易利用。
（2）信息构建作为一种信息组织加工程序，是介于信息生产者和信息消费者之间的中继程式，是对信息生产者传播需求和信息消费者利用需求的兼顾。
（3）组织、标识、导航和检索是信息构建的四大子系统。
（4）信息构建包括宏观层面的信息空间环境构建、中观层面的信息体系结构设计和微观层面的信息内容资源组织。
1.2信息构建的核心集
信息构建的核心集是指信息组织中主要使用的子系统和功能模块。网站信息构建的核心要素包括组织、标识、导航和搜索四大系统，各系统之间相互联系，功能上互补、形式上共存，共同构成网站信息构建的整体框架。
（1）组织系统的作用在于对信息进行分类，按照一定的体系结构将信息进行合理地整序，并确立各类内部、各类之间的关系，建立跳转发散链接。
（2）标识系统是融入视觉艺术设计学科的相关理论，通过建立一套完整的规则，将信息内容的名称、标签、描述和外形等元素涵盖其中，使得同类信息同质化、异类信息异质化、主要信息突出化、次要信息边缘化。
（3）导航系统负责信息的浏览和在信息之间移动，通过各种标志和路径的显示，让用户能够知道自己看过的信息、自己所处的位置和自己可进一步获得的信息内容，起到现实世界中坐标、地图的作用，可分为全局导航和页内导航。
（4）搜索系统即网站的站内搜索引擎，它负责将用户的自然语言搜索需求转化为搜索提问式，经后台运算后，反馈出相应的搜索结果。搜索系统的关键指标在于搜索速度、搜索质量和搜索结果呈现形式。
2 网站信息构建的效果评价
2.1效果评价的价值取向
信息构建理论既是贯穿网站开发建设全过程的指导思想，也可视作是对网站开发建设进行评价的基础标准与指标框架。关于信息构建效果评价问题，信息资源管理学界一直存在不同的声音。2001年在西雅图市举行的“计算机系统中的人为因素”会议上，信息构建领域的专家学者以“评价信息构建的质量：可行与否”为题展开讨论。讨论主要集中在两点：其一，网站信息构建效果可否评价，其二，网站信息构建效果如何进行评价。
关于“可否评价”的讨论，结论是肯定的。关于“如何评价”的争议则主要集中在评价方法的选择上，是定量分析还是定性分析。Jesse James Garrett认为，虽然网站都是由可分析的数据构成的，通过开发高效精密的工具可对网站进行评价，但是信息构建是超越网页层面的，所有的信息都是有其结构的，无论是否有意而为。因此，技术环境中出现的问题并非最终都要通过技术方法来解决，信息构建是人智行为，难以对其进行定量分析。Nick Ragouzis认为，证明信息构建的价值，或者说信息构建定量评价，是个错误的命题。信息构建不是一项单独的设计工作，而是作为一个组织机构整体的设计系统。信息构建的意义在于对用户体验施以切实的改善和优化。Gary Marchionini认为，信息构建的局部指标可以进行定量分析，但信息构建的整体效果只能进行定性评价。
定性评价在网站的视觉效果、易用性程度、用户友好度等方面可做出相对宽泛的分析，而定量评价则可对定性评价的结果进行可视化、形象化的处理，通过加权赋值运算，用数据的形式直观呈现网站信息构建的效果。因此，定性和定量评价应相互结合，以基于用户使用的定性评价为基础，以定量分析为工具。
2.2效果评价的方法适用
定性和定量分析相结合是开展信息构建效果评价的正确取向。在具体评价方法的选择上，可参考系统可用性测试的思路。启发式评估是可用性测试的一种形式，根据预先设计好的启发式准则，建立评价指标体系。参评者沿着指标体系的线索，对IA效果展开评价。
Jakob Nielson在其2005年出版的著作《十项可用性启发法》中详细阐述了十项启发式评估法准则。这十项准则分别是：系统状态的可见性、系统与现实世界的对应、用户控制及其自由度、一致性与标准、错误避免、减少人工记忆的自动识别、灵活性与使用效率、美学与简约设计、用户错误的应对、帮助使用文本。将启发式准则的理念融入信息构建的四大核心集当中，国内有学者提出信息构建启发式准则体系，既是引导用户深度使用和全面理解网站的路径，也是网站信息构建的评判指标。具体评价流程分两个步骤：其一，对照启发式准则，判断网站在可用性上是否符合相关要求，并判定是/否/无法确定;其二，对网站信息构建上存在的问题给出严重性评分，评分区间为0―5分，0.5分为一个层级，共计10个层级。
3 苏州大学网站信息构建效果评价实例
根据上述评价体系，笔者选取苏州大学网站进行实例分析。苏大新版网站于2012年升级改版，与之前的版本相比，无论是信息内容还是版式设计上都发生了较大变化。
3.1组织系统
新版网站进行了较深入细致的信息资源重组，对所有信息内容都进行了分类。在进入主页之前添加访客引导页面，根据用户身份的不同，划分为“在校学生”“教职员工”“校友校董”“合作伙伴”“准苏大人”和“社会访客”等六大类。进入主页后，页首横导航共九大板块，包括“苏大新闻”“学校概况”“院部设置”“师资队伍”“教育教学”“科学研究”“招生就业”“合作交流”和“苏大经纬”等，总体上以校内职能部门分工结合信息内容主题作为分类依据。首页左侧的竖导航则为对应访客引导页面所选择用户类型的细分小类，如选择访客类型为“在校学生”，则对应的左侧竖导航显示为“本科生”“研究生”“继续教育生”“海外教育生”四个小类，点击各小类链接以飘窗的形式显示该类人群的常用链接，如“数字迎新系统”“新生入学教育”、“学生园地”“提前毕业”等，并按“入学、学习实践、深造与创就业、离校”的时间线索进行大略分类。
总体上看，苏大网站的组织系统较为合理，表现为两条线索、六大板块。两条线索为按用户信息需求组织信息分类和按内容主题组织信息分类;六大板块为首页上的页首横导航、图片专题新闻、用户人群分类快速链接、最新通知、苏大要闻和主题服务。
组织系统存在的问题如下：
信息构建问题 严重性评分
组织系统方面
分类标准不统一逻辑性欠缺：苏大新闻、苏大经纬出现在横导航不合适 2.5
各分类之间的区别不明显：不同用户人群分类进入首页无明显区别 2.5
网站组织结构不符合用户习惯：增加访客引导页面违背使用习惯 3.5
一级分类数目偏多且下属二级不均匀：横导航九个板块过多、整合不足 3.0
网站分类方案混乱：两条线索的信息分类方案缺乏衔接、融合度差 3.0
3.2导航系统
导航系统方面，苏大网站主要包括横竖两种形式的导航。横导航始终位于页面中上部固定位置、固定大小，醒目易用。竖导航位于页面左侧，根据子栏目多少调整高度，灵活美观。横导航主题分类板块在鼠标出发区域显示二级主题类目标题，点击进入后，在页面左侧设置了基于二级主题类目的竖向列表。竖导航用户人群分类板块类目相对固定，通过动态飘窗显示详细信息，基本达到导航系统覆盖所有页面。页面左上角均设置有校徽和校名的所有者标识，并添加返回引导页链接，设计巧妙。同时，鼠标悬浮窗显示“返回引导页”的文字说明，既起到使用向导的作用，又不影响整体美观。站点地图位于访客引导页面左上角醒目位置，其内明晰地罗列了各一级类目和二级类目的链接，缺点在于可视化效果较差，页面过长。
导航系统是网站信息资源分类和组织的具体实现形式，为用户网站使用和信息获取提供了线索和路径。苏大网站的导航系统完备，总体表现为横导航和竖导航相结合、静态导航和动态导航相结合。横竖导航分别针对不同的信息分类依据各有侧重并相互补充;静态和动态两种导航形式相结合既保障了全局导航的稳定性、固定性要求，又维护了使用上的灵活性和版式的美观。
导航系统存在的问题如下：
信息构建问题 严重性评分
导航系统方面
网站没有目录索引功能：组织机构、专业设置等仅以列表罗列 4.0
全局导航系统导航项偏多 1.5
网站地图结构不清晰：条目罗列过于粗放繁复不够简洁扼要 2.5
快速链接项偏多：次级页面内容多以快速链接项实现，网站整体性较差 3.0
3.3标识系统
标识系统分为文字标识和视觉设计标识两大类。文字标识作用于传达信息内容的准确性、合理性和系统性;视觉设计标识作用于信息呈现的手段和形式，以服务于信息内容的完整表达。
苏大网站有高度统一的标识风格，以红、白、黑为三基色，辅以基于网页内容变化的不同百分比的灰色。网站整体形象庄重古朴而不失时代气息。网站及各版块标题栏以红色衬底，结构清晰醒目，易于相互区分;各版块主体内容以白色衬底，对比明显清爽简洁;页首横导航以黑色衬底，传达出导航系统应有的稳定和正式感。
信息内容标题在文字组织上语法一致、语言凝练易理解、同级标识含义互排斥不混淆。以访客人群分类为例，均采用“在校学生”、“教职员工”、“校友校董”等四字短语。主导航也都是诸如“学校概况”、“院部设置”、“师资队伍”等四字短语，从语法上来说都是联合词组，而不存在动宾、主谓、偏正等造次语法混用的情况。并且一级标题对应的二级标题，符合内涵与外延的逻辑关系，如“教育教学”一级标题下设“本科生教育”“研究生教育”“留学生教育”“继续教育”等四个二级标题。在图标设计方面，通过图标视觉意象较好地传达了对应的信息内容。如，以十字路标形象标示校区导航地图系统、以党旗形象标示创先争优专题网站、以无线网络信号形象标示信息公开专题网站、以信封形象标示校长信箱等。在URL设置方面，通过URL名称能够反映该页面的信息内容。横导航栏各链接的URL特征段均为“一级标题的英文翻译+二级标题的汉语拼音首字母”，如一级标题科学研究下的二级标题科研机构，其URL特征段即为“/science_research/kyjg”。
标识系统存在的问题如下：
信息构建问题 严重性评分
标识系统方面
对应不同访客人群的主页面缺乏标识区分度 4.0
部分标题用语表意不明：准苏大人、苏大经纬 2.0
3.4搜索系统
搜索系统是高校网站信息构建中十分重要但也最易被忽略的一项内容。借助爬虫式搜索引擎的搜索系统与传统的目录陈列式信息组织方式相比，最大的区别在于：目录陈列式是网站的建设者根据现有掌握的信息资源，以自认为合适的体系结构和呈现形式提供给用户。而搜索引擎系统则是完全由用户占主动权，根据自主需求编制搜索词和搜索式，通过搜索直接瞄准所需信息，从而极大地减少了对无关信息的浏览量。
苏大网站搜索系统的使用主要分两种形式：其一，各页面右上角固定位置的搜索框，其二，“苏大新闻”页面的新闻搜索框。经试用发现，两种方式都只是针对各类新闻内容的专题搜索系统，而并非是面向全网的全文搜索引擎系统。这是对搜索系统的片面理解，也极大地减损了搜索系统的应有价值。因此，只能针对现有的新闻专题搜索开展评价。在搜索范围的选择上，既可以对所有新闻进行集合搜索，也可以按新闻所属板块，如“苏大要闻”“新闻动态”“时事导航”“E海报”“学术活动”“媒体聚焦”进行搜索。四种检索项可供选择，分别是：按标题、按部门、全文检索和按时间。检索结果列表包含新闻日期、新闻标题和新闻部门三项内容。无论按何种检索项，均默认按时间先后排序，无法个性化定制检索结果列表显示方式。
搜索系统存在的问题如下：
信息构建问题 严重性评分
搜索系统方面
无独立的搜索页面：只有搜索结果显示页面，无专门的搜索页面 4.5
无全网全文索引数据库：搜索功能仅面向各类新闻内容 5.0
未指明所使用的搜索引擎 3.0
缺少搜索技巧帮助文件 2.5
缺少分类搜索功能 3.5
用户无法定制搜索结果显示页面 4.0
网站未提供站外搜索功能 4.0
4结束语
苏州大学网站建设较好地融入了信息构建的相关理论，卓有成效地改善了用户体验，提升了网站的整体水平，较之于旧版网站有了较大的进步。但由于对信息构建内涵理解的不深刻以及实际应用的不灵活，网站还存在一定问题。
根据潜在信息需求不同而对访客角色进行分类，有利于关联信息的整合展现，提高了用户信息获取的针对性。但当前采取的在主页之前增添访客引导页面的方式，似乎又有损害网站使用的自由度和流畅度之嫌。原因主要在于，通过不同角色进入主页并没有整体形象上的显著区别，而只是竖导航做了对应角色需求的内容设置。从满足用户单向线性信息需求出发，这样的设计无疑是最利于信息获取效率最大化的，了解网站结构的用户能以最快速度和最少的鼠标点击进入需要的页面;然而对于陌生用户而言，他们的信息需求未必是很明确的，并且往往需求也并非是单一性的。因此，首页仍呈现不分角色的所有主题分类信息，将角色分类的步骤后置并作为选做题而非必做题，并将按不同角色点击打开的二级子页面做整体形象区别，这样更能兼顾信息需求明确与否两类人群不同的用户体验。
第8篇：导航系统理论与应用范文
[论文摘要]gps车载导航设备作为一种全新概念的汽车电子用品，可以在地理信息服务、城市导航、自驾远游等方面为车主提供诸多便利。在欧美、日本等国，gps车载导航仪已经成为大众的一个生活辅助工具，甚至是必需品。通过对日常生活的客观状况的了解，提出自己粗略的见解。
目前，随着私家车保有量的大幅提升，参与国内gps市场角逐的企业也如雨后春笋，gps车载导航仪产品不再是少数专业人士及探险家手里的“发烧”级装备。选购此类高科技产品时，消费者往往处于“一知半解”的状态，容易产生困惑和迷茫。
一、gps地图卫星定位系统技术内容简介
（一）gps技术系统简介
gps（global positioning system），一般译为“全球卫星定位系统”，是美国国防部安排部署的，其首要的任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。gps系统包括gps卫星、gps监控站，以及用户接收设备和gps应用软件等部分。gps系统目前共有24颗卫星分布在6条固定的轨道上，绕地球运行。轨道距地面约20400km，每颗星以12h为周期，连续向地面发送关于时间和自身位置的精确信息。
由于地球上任一点到卫星的距离不等，且都有一组相对应的比较确定的数据，因此在实际应用中在用手持接收器于测式点接收到这一组数据信号时，即可用这组数据到达的时间差来计算该点相对卫星的距离，并以此来确定该点的相对位置，从而达到定位的目的。根据计算公式，定位有二维和三维之分，二维定位至少需要接收三颗卫星的星历；而三维定位至少要接收四颗卫星的星历。
（二）其他卫星定位系统
gps地图导航卫星系统除美国的gps卫星系统外，能与其比拟的就是俄国的glonass卫星系统，也是24颗卫星组成的系统，由于经费困难，缺乏维护和补充，目前可能有19颗可用，随着俄国经济的复苏和军事上的需要，将会得到完善和健全。glonass系统是开放性，有利于使用，许多gps生产厂商，为了提高gps接收机使用性能和精度，都积极地研究gps与glonass结合双系统应用软件，充分地利用glonass系统，已初见成效。如美国javad公司gps接收机，利用超级集成技术，在芯片中集成40个通用信道，把gps与glonass的差异无端地缩小了，结合起来使用，使观测卫星增多。
欧洲的gnss系统：欧洲的策略是尽可能地利用gps的星基或空基导航取代陆基导航，以达到最大的成本效益比。但也坚信不能依靠由他国军方控制的卫星系统来实现本国的导航，所以，正在积极建立自己卫星导航系统gnss，它的目标是分二步走，首先发展一个民间gnss－1，其主要内容是对现有gps和glonass的星基进行增强，即利用静止卫星，面向欧洲范围内的导航提供服务，即egnos计划，已于95年启动，99年实现初始运行能力，2002年实现全运行能力。第二个目标建成gnss－2，从区域性渐进地扩展成全球系统。日本也正在积极筹划建立日本的多功能卫星增强系统（msas）。在我国gps的开发研究与应用不断在深化和广化。特别是建立了全国永久性gps跟踪网和相应的通讯网络和数据处理设施，并发展成为我国gps的综合性服务体系，为国民经济建设、国防建设和社会进步提供了服务。gps接收机制造与生产也从无到有，工艺水平也不断在提高，价格大大地低于进口的同类产品。在不久的将来我国也将有自己制造和发射的卫星导航定位系统。
二、车载导航gps地图的应用原理及其应用模式
（一）车载导航gps地图的应用原理
利用gis中的电子地图和gps接收机的实时定位技术，组成gps+gis的各种电子导航系统。
（二）车载导航电子地图的应用模式
车载导航电子地图的应用模式主要有如下二种：一是gps单机定位＋矢量电子地图。该系统可根据目标位置（工作时输入）和车船现位置（由gps测定）自动计算和显示最佳路径，引导司机最快地到达目的地，并可用多媒体方式向驾驶员提示。制作矢量地图数据库需要花费较大成本。二是gps差分定位＋矢量电子地图。该系统通过固定站与移动车船之间的两台gps伪距差分技术，可使定位精度达到1～3m，当采用双向通讯方式时，则可构成车船的自动导航系统，又可将移动车船上的gps定位结果准确实时地传送到控制中心，并在电子地图上显示出来，构成交通网络监控指挥系统。为了防止在楼群遮挡时收不到足够的gps卫星信号，在车上除装有gps接收机以外，还装有低价格的压电振荡陀螺。利用卡尔曼滤波算法同时处理gps、里程计和陀螺仪的数据来进行运载体的实时定位。
三、gps定位过程简介
gps结合电子地图能够实现城市交通管理、车辆调度管理，公安、银行车辆，港口、河流船舶的自动导引与监控，具有巨大的应用潜力。根据地形图制作而成的矢量电子地图，gps坐标还需经过坐标转换才能正确与之匹配。下面将从gps定位坐标系、wgs-84大地坐标、地图投影、平面坐标变换等几方面详细讨论坐标匹配问题。gps定位过程主要有如下几个步骤：
1. 确定用户的宇宙直角坐标系位置，即用户的x、y、z位置。
2. 宇宙直角坐标系至wgs-84大地坐标系的转换，既求出用户的wgs-84大地坐标位置λ、φ、h。
3. 坐标投影转换，即将球面坐标λ、φ、h转换成平面电子地图投影坐标，如高斯-克吕格投影坐标。
4. 二维平面相似性变换，即经过平移、旋转、缩放运算，达到其与gps地图的配准。上述四个过程全部都是由计算机用程序自动计算获得，具体算法这里介绍从略。
四、基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的组成及功能
（一）基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的组成
整个gps电子地图车辆动态引导系统构成如下图所示，它由主控计算机、液晶显示器、语音报警器、遥控器、组合导航处理器、gps传感器、速率陀螺仪、光驱等组成。主控计算机视用户需求不同，可以是通用计算机，也可以是专用处理器。
（二）基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的功能
本系统可以实现车、船等运动载体的电子地图中的实时跟踪显示、最优路径选择及导引、显示导航信息、地图检索、语音提示告警、矢量图分层显示及缩放显示；可以满足城市车辆，港口、河流、海用船只的导引与监视，gps＋航迹推算组合导航功能即使在信号不正常的条件下也能正确引导。电子地图存储于光盘中，可存储大容量矢量电子地图。矢量电子地图生成点阵形式存放于主机内存中，可达到地图检索和车辆跟踪的平滑效果。车船行至地图边缘时，将自动从光盘中调入下一幅新的矢量图，实现自动切换。
第9篇：导航系统理论与应用范文
关键词：计算机辅助导航；关节外科；关节成形术；韧带重建
计算机辅助导航系统在近几年来发展迅猛，在整个临床医学领域中起到了里程碑式的作用。由于骨外科的特殊性，在骨科手术中更是应用广泛。因其具有高精确度、高安全性及高效性的特点，使其在骨外科手术中占有很高的地位。
随着医学影像设备的快速发展，计算机辅助导航系统逐渐应用在外科手术中，尤其在骨外科手术中的应用越来越广泛和成熟。骨科手术中所需要的骨骼、关节、肌肉的信息可以被X线、CT、MRI等医学影像设备实时、清晰、快速的反映出来，其完美的满足了骨科手术中关节外科的创伤小、精度高的要求，大大提高了手术质量，减少了手术风险。
1计算机辅助导航系统的基本原理
计算机辅助导航系统（computer-assisted navigation system，CANS）是一种利用数字化扫描技术（C臂影像、CT、MRI等）进行三维定位的系统，其将扫描出的患者的信息传输到计算机工作站，通过强大的中心计算机工作站的运算，迅速的完成图像处理，重建出较为准确的三维立体影像模型。而手术导航系统是通过DICOM 标准数据接口将影像信息经图像网络系统（PACS/RIS）输入到手术导航系统工作站内，根据数字化手术导航系统提供的相关个性化导航软件（根据每个科室或某类手术特点而定），经过高速的图像处理（包括图像融合、三维重建、图像分割、增强实现等）获得患者的三维虚拟解剖结构，辅助外科医生实施术前计划和手术模拟[1]。医生通过导航显示屏观察患者术中的情况，从而避免了术中遇到突况或有解剖变异的情况导致的手术失误。
2计算机辅助导航系统的分类
其分类方式多种多样，按照信号传导介质，分为光学定位、磁场定位、声波定位、机械定位；按照获取影像的建立，分为基于CT的导航系统、基于X线透视的导航系统（分为二维导航和三维导航）、基于MRI的导航系统、完全开放式导航系统（非影像依赖导航系统）；按照与人的交互方式，分为主动式导航系统、半主动式导航系统、被动式导航系统。
3导航系统的研究概况
基于CT的导航系统：CT扫描时骨三维重建的主要手段，操作相对简单，是最早应用于临床的导航系统，主要用于腰椎弓根螺钉固定。随着技术的不断发展，逐渐延伸至关节、创伤骨科手术领域。术前进行CT扫描，然后将CT图像资料传人导航图像工作站而建立三维图像，同时术前可虚拟手术过程。术中通过位置示踪器获得手术图像与解剖结构之间的位置关系，并与术前CT图像进行配准，指导术者进行手术操作，准确地确定病灶区域或在术中避开危险解剖结构。但其缺点在于需要严格的配准和参照才能获得很好的图像，且无法实时显像，图像无法更新。
基于X线透视的导航系统：又可分为二维X线透视导航系统和三维X线透视导航系统。X线透视技术之所以引入导航系统，是由于移动透视装置（C臂机）在骨科手术中的广泛应用，该系统的关键是对传统的C臂成像系统进行内部校准，常规是在C臂的影像增强器一侧安装一个均匀网格分布的校正模板，经过插值算法对荧光透视图像进行几何矫正。典型的系统有美国的Medtronic系统、瑞士的Medvi-sion系统、德国的OrthoPilot系统等[2]。手术中可实时获得X线图像解剖结构及其与手术工具、c臂机之间的位置关系，便于术者对手术工具的判断和准确操作。三维X线透视导航系统于1999年见于临床，先获得二维图像，然后对二位影像进行重建，校正后的三维图像传入导航主机，显示图像后开始导航手术。其缺点在于术中只允许有极小的移动，否则将会有明显的影像漂移。经临床实践后发现，X线的三维图像质量较CT图像差。
基于MRI的导航也是在三维重建的基础上进行手术导航，但在目前的应用相对少见，主要原因是：该系统要求专用的手术室，且术中所用器械必须防磁，绝大部分医院都无法满足这两个条件。该系统虽然对软组织显示特别清晰，但对骨皮质的显影并不理想，这也在一定程度上限制了其在骨科的应用。但MRI下的导航能解决现有的红外线光学手术导航的影像漂移问题，这也是其一大优势。
非影像依赖的导航系统：对于解剖结构暴露充分的手术，可采用此导航系统，即在手术范围附近位置恒定的解剖标记上安装动态参考坐标系，利用标记点的空间运算确定解剖结构的空间位置，从而进行手术。
4计算机辅助导航系统在关节外科的临床应用
关节外科手术除了要求稳定的固定外，还需要术后良好的关节功能，若想最大限度的恢复关节功能，术中就要求极高的精确度。关节置换是关节外科中的常见手术，假体安放位置有着非常高的要求，在全膝关节置换中，下肢的力线是决定假体使用寿命的重要因素[3-5]。Kevin C.Anderson[6]等人，对比了116例在Stryker Orthopedics导航系统下完成全膝关节置换的病人和51例在传统器械定位下完成全膝关节置换的病人的术后下肢力线偏离情况，偏离3°以内的比例分别是95%和84%，证实了手术导航系统能有效提高假体安置准确率。R P Pitto[7]等人，用英国利兹联DePuy公司Ci-CAS系统和美国佛罗里达州FARO-Arm这款坐标测量装置，用膝关骨模型进行实验，结果显示膝关节导航下测量的各项角度与坐标测量装置测量的角度发生偏差的度数
自微创全髋关节置换术开展以来，其手术创伤小、出血少、术后恢复快等优点使该手术方式使用越来越普遍，但该术式手术视野小，解剖标志不易判断，增加了假体放置偏差的风险，而导航的应用可以减少该风险的发生。WidmeT[10]认为髓臼假体安放于倾斜角30°～50°和前倾角5°～25°是人工髋臼位置的安全区域。郭晓忠[11]对比了47例53髋采用传统微创全髋关节置换术和40例53髋采用Soryker公司V-Xp型髋关节导航系统1.1版本软件辅助下行微创全髋关节置换术的结果，传统组术后髋臼倾斜角为28°～70°，平均（44.2±8.7）°，导航组术后髋臼倾斜角30°～54°，平均（40.6±5.1）°，仅1髋为54°，其余52髋均在30°～50°范围内。
前交叉韧带（ACL）作为膝关节的重要组成部分，伴随着运动损伤，ACL的损伤呈上升趋势，对其修复极其重要。ACL重建失败的因素包括：移植物的选择不当、韧带张力的不称、错误的固定方式、不良的功能锻炼，其中移植物放置不当是其中最重要的因素[12-14]。即使是经验丰富的关节外科医生，也会有超过30%ACL重建有超过3mm的偏差[15]，H.Hiraoka[16]等人对17人19膝采用美国美敦力Steslth Station ion计算机辅助导航对ACL重建，对照组15人15膝则采用非导航辅助的ACL重建，发现导航组的胫骨隧道与Blumensaat线的夹角更小，重建后的ACL更接近于生理解剖。
5讨论
一项新技术的诞生必然面临许多困难和挑战，不仅需要成千上万次的基础实验证明其安全性，还需要证明其广泛的临床应用价值。计算机辅助导航系统最早应用于神经外科[17]，20世纪90年代首次被引进骨科[18]。经历了近20年的发展，其优势显而易见，但在临床实践中，外科医生所关注的很重要的一点是计算机辅助导航的精度。导航精度的影响因素主要包括两点，其一为系统误差，是由于系统和仪器本身特性造成的，它们不依赖于操作者，是操作者无法控制的。而另外一些误差属于偶然误差，主要是由不正确的系统操作所引 起[19]。导航的应用目前尚未达到广泛的程度，尤其基层医院的应用很少，甚至在一些发达地区的医院也没有完全普及，究其原因主要为：①计算机辅助导航系统价格昂贵，基层医院无力负担；②该种术式技术含量较高，需要外科医生有较好的基础，且学习时间较长；③设备本身较复杂，操作步骤繁琐，且各个公司的产品有一定差异，尚无统一标准[20]；④目前该系统尚不能针对所有手术，更多的利用导航的手术方式处于研究及摸索阶段；⑤部分术者在术中不能及时正确的判断导航系统的误差，影响其进一步推广。伴随着现代科技的进步，关节外科与计算机的联系越来越紧密，不论是术前的诊断，还是手术过程，该数字化技术都能辅助外科医生精确的、及时的全方位了解疾病，以最短的时间、最小的创伤对疾病进行诊疗。
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