以电子学为基础，利用电波传播并结合运用天文、地理、海洋等有关知识，通过测量运动载体位置的有关参数实现对运动载体的导航和定位的技术。

电磁波传播与导航无线电导航主要是利用电磁波传播的三个基本特性：①电磁波在自由空间的直线传播；②电磁波在自由空间的传播速度是恒定的；③电磁波在传播路线上遇到障碍物时会发生反射。

电磁波通过不同途径（如地波、电离层反射等）传播的损耗是不相同的，因而在其他条件相同情况下作用距离是不同的。在不同途径上电磁波传播速度有不同程度的偏差，从而不同程度地影响导航准确度。因此，波段选择对导航系统的主要性能有很大影响。

①超长波波段（10～30千赫）：主要是在沿电离层与地表面之间形成的波导中传播。这一波段的优点是传播损耗较小，相位比较稳定而且可以预测，具有透入水下一定深度的能力；其缺点是存在多模干涉区，传播速度随季节和昼夜发生变化。因此，需要积累大量观测数据，编出修正表对所测定区域的位置进行修正。超长波波段适用于远程导航和在一定深度下的水下导航。奥米加导航系统就是采用10～14千赫的超长波波段。

②长波波段（30～300千赫）：大约在300公里范围内以地波传播为主；大约在2000～3000公里范围内以天波传播为主；处于两者之间，天波和地波同时存在。地波传播具有稳定、损耗小、受气候影响小和无多径干扰等优点,但存在海岸效应。天波的传播随电离层变化,幅度和相位都不稳定，又有多径效应和电离层色散效应等缺点。因此，在导航中基本上采用地波传播方式，很少使用天波。然而，由于天波传播的距离远，在允许降低准确度的前提下，也可作为地波传播方式的补充。

③中波波段（300～3000千赫）:中波具有较稳定的传播特性，白天，主要是利用地波传播，天波被电离层所吸收。夜间，由于D层消失，天波经E层和F层反射,因而强度增加。中波适于中、近程导航，夜间在降低准确度要求的前提下可利用天波扩大工作区。

④超短波波段（30～300兆赫）:超短波除低端可被电离层反射外,一般都被电离层折射而透过电离层,从而可得到很尖锐的方向图和实现脉冲方式工作。因此，它适用于视距传播和透过电离层的地－空传播的导航系统。视距传播的优点是损耗小，缺点是作用距离受视线范围的限制，并且存在直达波与地面反射波所引起的多径效应。视距传播适用于近程导航,地-空传播适用于卫星导航，但对电离层和对流层的折射效应须进行补偿。

⑤微波波段（300兆赫以上）:微波也是按视距和地-空路径传播的。视距传播除 10吉赫以上的某些频率因大气吸收损耗较大外,一般衰减很小。辐射波束很窄,所以适用于导航雷达。地-空传播则适用于卫星导航。

导航波段的选择除考虑传播特性外，还应符合国际组织关于频率分配的规定。

位置线和工作区对运动载体测出的某个几何参量具有同样数值的点的轨迹,称为几何位置线,简称位置线。满足系统需要的导航准确度时，系统能覆盖的区域称为工作区。通过测量无线电导航台发射信号的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，确定位置线即可确定运动载体与导航台之间的相对位置关系。运动载体就处在位置线的某一点上。最常见的位置线有直线、圆和双曲线等。

方位线，即直线位置线（图1）与通过导航台或运动载体的参考方向线保持不变。对于导航台A，运动载体M的方位为αM，对于运动载体M，导航台的方位为 αA。AM就是一条等方位的直线位置线。具有不同方位的位置线是一组通过导航台或运动载体的辐射形直线族。与导航台保持恒定距离的位置线是一条以导航台为中心的圆位置线（图2）。具有不同距离的圆位置线是一组以导航台为中心的圆族。从运动载体 M测量到两个导航台A、B的距离差Rd,Rd保持恒值的等距离差线是一条双曲线位置线（图3）。具有不同距离差值的位置线是一组以两个导航台位置为焦点的共焦双曲线族。

式中σp为系统定位均方根误差；σi为由第i个导航信号测量产生的测距均方根误差;N为参与定位的导航发射信号源总数。GDOP的数值可由计算求得。显然，GDOP=1时的几何位置为最佳。几何位置越差,GDOP值越大，用户定位误差就越大。

无线电导航信号含有导航信息的无线电信号。导航信号与导航系统所需要的频带宽度、信噪比和抗干扰能力等有关。它对系统的导航功能、定位准确度和设备的繁简都有直接或间接的影响。因此，它与导航的几何原理和工作频率一样，成为导航系统的重要因素之一。

连续波与脉冲波、调制波与未调波等各种信号波形，频分多址、时分多址和码分多址等信号格式，在导航中都得到广泛的应用。

连续波是最简单的导航信号。例如，无线电罗盘应用方向性天线,以接收信号的幅度测定来波的方位;台卡导航系统应用主副台相关连续波信号的比相来定位。调制的正弦信号也常被应用，如接收的伏尔台的可变信号就是调幅的，在机载接收机中与参考信号比相而获得方位信息；调频高度表则应用反射回波与部分发射信号混合产生同高度成比例的差频信号进行测高。

脉冲波的应用也比较广泛。例如，导航雷达采用脉冲波，塔康导航系统采用脉幅调制波,罗兰C导航系统采用脉相调制波，伪随机码测距系统采用脉码调制波。

各种导航系统在台站识别方面采用频分多址、时分多址和码分多址的信号格式，即不同台站采用不同的频率、时间和编码来相互区分。例如，频分制应用于台卡和塔康等导航系统，时分制应用于微波着陆系统，码分制应用于卫星导航系统等。也有把两种信号体制混合使用的，如奥米加导航系统应用时分-频分制,用多频进行巷识别，用时间区分台站。

时频基准与导航频率非常稳定的振荡源可以用作频率标准，在导航中常称为频率基准。由于时间和频率互为倒数，所以频率基准也可用作时间基准，一般统称为时频基准。

用于无线电导航中的时频基准主要有石英振荡器及铯原子和铷原子频率标准。

①石英振荡器：它的优点是简单、体积小，并且具有良好的短期稳定度,可达到1×10/秒；缺点是有缓慢的频率漂移。它常与原子频率标准结合使用，作为由原子频标高稳定度时频基准控制的输出接口。它广泛用于导航接收设备中作为本地基准信号。

②铯原子频率标准：也称铯原子钟，简称铯钟。其特点是频率准确度高,体积相当于一台普通电子仪器,并且能在卫星上可靠地工作，常用于双曲线导航系统以作为台站的时频基准。

③铷原子频率标准：也称铷原子钟，简称铷钟。其性能和体积介于石英振荡器和铯钟之间。在导航中的应用不如前两者普遍。

高稳定时频基准在无线电导航系统中的应用有：①用作双曲线导航系统地面台之间的同步基准，实现时间同步和相位同步。例如，罗兰 C台站之间的同步精度要求达到0.1微秒，所以需要配备铯原子钟作为同步基准。②在圆-圆导航系统中,用户与导航台之间的伪距离是应用无源测距法通过测量电磁波传播的时间来测量的。因此在时间上相差1微秒就会造成300米的误差，这就需要在导航台站配备铯钟。③在美国“子午仪”卫星导航系统中，卫星电文的长度是 2分钟，电文的开始时刻与世界时的偶数分钟开始的时刻同步。卫星地面注入站在时间上受到美国海军天文台标准时间的控制。根据系统要求，卫星上和地面用户设备中均装有高稳定的石英晶体振荡器，其稳定度均为 10～10量级。④在卫星导航系统NAVSTAR/GPS中，每颗卫星都与“GPS系统时间”保持严格同步。卫星上都配备适于空间使用的稳定度很高的铯钟。由于系统采用伪测距技术，接收机中只需采用石英晶体振荡器。⑤在飞机防撞系统中，利用精密时间同步使每架飞机都能测出同一空域中与其他飞机的距离和距离变化率，这也要在飞机上装备高稳定的时频基准。

戚凌次编：《无线电观测原理》上册，北京科学教育出版社1961。

E.W.Anderson, Principles of Navigation, Hollis & Carter,London,1966.