海上導航定位

無線電定位 　利用電磁波沿直線傳播和被障礙物反射的特性來確定物體位置的一種測量方法。海洋地質地球物理測量廣泛使用無線電導航定位系統，並要求它具有較高的精度、良好的重複性和儘可能寬廣的控制範圍，為觀測點位提供準確的經緯度數據。

無線電導航定位系統要求有已知精確經緯度的岸台及其設備，作為測定船位的基礎。通常岸台發射無線電波，而觀測船上的船台接收無線電波，並精確地測定其到達時間。由於無線電波在空氣中的傳播速度接近於常數，並且是可以測定的，所以，根據無線電波傳播時間和速度的乘積,可以求得觀測船對發射岸台的位置線,即觀測船的可能位置。兩條位置線的交點就是所要測定的船位。海上無線電導航定位系統大體上可以分為兩類：

① 圓系統。由觀測船向設置在地理位置已知的岸台發射無線電信號，岸台在接收到信號之後立即發出相同頻率的信號。這樣，船台在接收到信號之後，就可以根據信號往返的時間和無線電波的傳播速度，精確地測定觀測船到岸台之間的距離。此時，觀測船的位置處於以岸台為圓心，以岸台到觀測船的距離為半徑的圓弧狀位置線上。有兩個岸台，就可以獲得兩條圓弧狀位置線。位置線的交點，即船位。這種無線電定位系統稱為圓系統，或測距系統（見圖）。 　② 雙曲線系統。兩個分別設置於已知地理座標的岸台發射連續無線電波時，電波在空中相互干涉，其相同相位差的軌跡為一族以兩個岸台為焦點的雙曲線。設置於觀測船上的船台接收到某個相位時，即能知道觀測船所在的雙曲線位置線。這樣，兩個岸台可以組成兩族相交的雙曲線，船台同時接收到分別表示兩族雙曲線的相位，則能根據兩條位置線確定船位。如果兩個岸台同時發射脈衝信號，則船台接收到兩個脈衝信號的時間差所給出的位置線仍在一條雙曲線上。於是,至少有3個脈衝信號岸台才能夠給出兩條雙曲線位置線的交點，即船位。無論是連續無線電波的相位差法，還是脈衝無線電信號的時間差法，都是通過雙曲線位置線進行導航定位的，從而，統稱為雙曲線定位系統。這種方法適用於遠程和中程定位。

無線電定位系統不受氣象條件的限制，能夠在短時間內精確定位，但受岸台發射功率的影響，只能在岸外一定距離內保持精度。這種系統工作時，一般都需要從已知起始點出發，並在工作過程中不丟失巷格（相位差為零的兩條相鄰雙曲線間的區域稱作巷），但無線電波容易受天電干擾，在日出日落時容易丟失巷格，產生錯誤。無線電定位系統的覆蓋區晝夜之間有很大差異，夜間一般要縮小控制範圍約1/3。至於定位精度,由於兩族雙曲線所組成的巷格網既不正交，又不均勻，以致在覆蓋範圍內也有不同的精度。此外，在岸台連線之間夾角是120°時，可獲得良好的精度，而此條件顯然受岸線幾何形狀的影響，不像圓系統那樣，沒有此種限制。無線電定位系統的控制範圍與定位精度之間成反比關係，為了擴大控制範圍而又保持一定的精度，通常採取多個岸台組成台鏈的方式，常見的無線電導航定位系統及其功能如下頁表所示。

衞星導航定位 　1957年開始利用人造地球衞星進行導航定位。有5～6個子午衞星圍繞地球運轉。子午衞星運行軌道在經線平面內為圓形，距離地面高度約1075公里,運行速度為7公里/秒，繞地球一週的時間約108分鐘。幾個衞星軌道之間的夾角約45°，狀如鳥籠,大體上對地球表面作均勻覆蓋。

觀測船上的衞星接收機具有與衞星發射機頻率嚴格同步的參考振盪器，並用高信噪比的鎖相放大器來接收信號。在衞星從出現到消失的18分鐘內，接收機將接收到多個相位差。兩個相鄰相位差之差能夠確定一個在地球表面呈雙曲線狀的位置線。所有位置線的交點，即所要求的船位。

子午衞星信號經過電離層時產生折射，而後到達地球表面。這樣，衞星定位將因電離層折射而出現誤差。為了消除此項誤差，通常採用兩個頻率來接收衞星信號，通過電子計算機來求出電離層折射的校正值。大量資料統計表明,衞星導航定位的均方根誤差為±100米。而接收多次衞星通過的數據可以提高導航定位的精度。

衞星導航定位是全球覆蓋的，即不受地球上任何地域的限制，而擺脱了無線電定位岸台設置和控制範圍的問題。衞星導航定位還是全天候的，即不受天氣、風浪等條件的影響，而在一天24小時內提供精確的位置資料。但是，它必須根據衞星出現的時間來定位。且船隻的速度誤差對定位精度的影響較大。

綜合衞星導航定位 　為了發揮衞星導航定位系統的長處，彌補其不足，從1967年以來，在海洋地球物理測量中廣泛採用綜合衞星導航定位系統，即以衞星導航系統作為基礎，利用電子計算機將衞星接收機、多普勒聲吶、陀螺羅經和無線電定位系統聯結起來。在衞星出現時，接收衞星信號進行定位；在沒有衞星出現時，用多普勒聲吶追蹤海底，求取觀測船相對於海底運動的速度數據,用陀螺羅經提供航向數據,再由電子計算機實時地進行計算。連同衞星數據校正並內插,其精度可達±100米。在大洋地區，由於海水深度超過200米,多普勒聲吶難於追蹤海底，可以使用衞星導航與某種無線電定位台鏈(如在太平洋地區的勞蘭C系統)相結合,互相補充。此時精度一般約為幾百米。 　海洋地球物理測量廣泛採用綜合衞星導航定位系統，但在近海油氣勘探中，由於測量要求的精度在幾米或幾十米的範圍內，所以，通常綜合使用無線電定位系統和衞星導航定位系統來保證精度要求。美國已建立了全球覆蓋和全天候的高精度“導航星” (GPS)定位系統，由18個衞星組成，其P碼的精度達15米左右，C/A碼達 100米左右（供民用），它將代替遠程無線電定位系統。

參考書目

劉光鼎編著：《海洋地球物理勘探》,地質出版社,北京，1978。

R.麥奎林、D.A.阿達斯著,葛瑞卿、艾萬鑄譯:《大陸架開發地質學》,海洋出版社,北京,1983。（R.McQuillin，D.A.Ardus，Exploring the Geology of Shelf Seas，Graham & Trotman，London，1977.）