不止靠衛星，導航的方式多種多樣

近日，美國宇航局正式將「六分儀」技術應用在脈衝星導航中，並驗證了其在太空導航的可行性。或許有一天，脈衝星導航會成為人類太空探索的「燈塔」。有人會問，導航難道不是要靠衛星嗎？事實上，導航方式的多樣性遠遠超乎你的想像……

導航分自主和非自主

你可知道，導航可不僅只靠衛星，事實上，導航的多樣性可能遠遠超乎你的想像。

比如，美國宇航局前不久提出的脈衝星導航技術：太空導航需要確定一維時間和三維空間的參數，即「我現在在哪」和「現在的年、月、日、時、分、秒」。這樣，太空導航問題就轉變為求解3個位置坐標及1個時間參數的問題，脈衝星導航將會是太空導航問題的完美答案。

目前，已發現的脈衝星已經超過2000顆，就像是散布在宇宙中、相距上千光年的「燈塔」，所以太空飛船不管飛到哪，都能接收到來自不同方向的「燈塔信號」。科研人員通過測量脈衝星輻射到達的時間，可計算出飛船相對於脈衝星的距離，從而得到一個方程式，解決探測器在太空中的導航難題。或許有一天，脈衝星導航作為探測器的「燈塔」，會成為未來人類探索太空任務的「標配」。

無論是地球上的人類、太空中的探測器還是武器系統，都需要導航設備，導航的種類也是五花八門。

視覺導航是大家最為熟悉的導航方式

導航設備根據對外部的依賴性，可將其分為非自主導航設備和自主導航設備。

非自主導航技術是通過接收外部信息進行導航定位的技術。最常見的是以北鬥和GPS為代表的衛星導航，該導航技術具有優異的導航精度，位置精度可達亞米級，速度精度可達0.05米/秒，在眾多領域獲得了極為廣泛的應用。

但在實際應用中，衛星導航系統也存在一些局限性。

首先，衛星導航所採用的電磁波信號到達地表時相對微弱，容易受外界幹擾。

其次，當衛星導航用於武器系統時，容易「受騙」，即可以通過外部設備輸入假的定位信息，讓武器系統誤以為自己在某一區域。2011年12月4日，伊朗使用俄羅斯援助的電子戰系統輸入的「假消息」幹擾了衛星導航信息，成功誘騙了一架美軍的RQ-170無人偵察機，得到了非常完整的機體。

再次，衛星信號在山洞、地下、水下等複雜環境下使用有一定的局限性。在我們日常生活中經常會遇到這種情況，如使用手機導航，在經過地下通道、隧道、兩側高樓大廈林立的道路時，經常會聽到「導航信號弱，當前定位不準確，請謹慎駕駛」的提示。

概括起來說，非自主導航設備需要外界設備告訴你在哪裡，如果通訊的通道被打斷，或者信息被截獲並給出假的信息，則會產生很嚴重的後果。因此，人們在一些領域也採用自主導航技術。那麼，自主導航和非自主導航又有什麼區別呢？

這些導航系統各有所長

自主導航是系統憑藉自身的能力確定自己所在的位置。這時有人就會想，既然脈衝星脈衝比較穩定，那麼地面的武器設備是否可以使用脈衝星導航呢？答案否定的，因為脈衝星導航使用的信號主要為X射線，X射線無法穿越地球稠密的大氣層，因此地面設備無法使用脈衝星導航。

目前的自主導航技術依靠自身設備確定與外界固有規律（如重力加速度、地球自轉角速率、天體等之間的關係）完成自身定位，如慣性導航、天文導航、視覺導航、資料庫匹配導航、仿生偏振光導航、聲學導航。那麼，這些自主導航是怎樣工作的呢？

聲學導航通常用於魚雷、潛艇等為代表的水下應用領域

慣性導航系統內含有可以測量3個方向角度變化的陀螺儀和3個方向速度變化的加速度計，陀螺儀可以告訴武器裝備正在往哪個方向運動，加速度計可以告訴武器裝備在空間中飛得有多快。

由於慣性導航完全不依賴於外界環境的信息，可以全天候、全區域、實時、連續地進行導航，且可以提供武器裝備控制所需的所有導航參數，由此也奠定了慣性導航在武器系統中的核心地位，其他導航方式主要用於輔助慣性導航提高導航精度為主。當前，天上飛的巡航飛彈、制飛彈藥、超音速無人機，陸上的裝甲車、發射車，海面的艦船、水下的潛艇都配備了慣性導航設備。

天文導航和脈衝星導航類似，把天上的星星視為「燈塔」，是最早採用的導航手段。古代航海過程中，人們通常是採用天文導航的方式，如根據北極星的方向，可以確定當前航行的方向；根據與多個星星之間的方位及距離推算出當前的位置。這種通過檢測當前位置與多個已知的自然天體之間的距離或者角度，從而解算出當前的位置信息及姿態信息就是天文導航，天文導航自主性強且精度高，因此作為一種重要的輔助慣性導航的導航設備，受到了較高的重視。

視覺導航是大家最為熟悉的導航方式，因為我們一直都在用視覺進行導航——我們通過眼睛觀察周圍環境確定自己與周圍物體之間的距離以及自己所處的位置，為我們要怎麼走提供依據。

而武器系統中的視覺導航是通過攝像頭，它與我們的眼睛一樣，可以採集環境信息，若環境中存在已知絕對位置的坐標點，通過測量與改點的距離及方位，可以確定自身的位置；若環境中沒有絕對的位置信息，則可以測量與某一固定位置距離的變化確定自身的速度信息；也可以通過採集環境信息中的視覺圖像與自身存儲的地圖進行比較，確定自身所在的位置。視覺導航廣泛應用在飛行器、無人車等領域。就在今年4月， 美國宇航局對Draper實驗室研發的視覺導航系統進行了測試，以期望其在登錄月球時使用。

資料庫匹配導航的「出鏡率」並不高。它的原理是預先將某一區域內的信息（如重力、地磁等）在一定時間內，將不會變化的固有特徵信息採集並存儲在設備中，當導航設備在這一區域運動時，將實時採集的數據信息與存儲的數據信息進行匹配對比，從而得到自身所處的位置信息。資料庫匹配導航由於僅能在有資料庫的區域進行導航，因此在使用時也存在諸多的限制，通常在海底等特殊領域採用這一導航方式。日本東京大學的重力匹配導航目前可達到75米的精度指標。

而仿生偏振光導航的靈感來自於昆蟲。研究表明，多種昆蟲、鳥類、兩棲類生物都進化出了感知天空偏振光航向角並將其用於導航的奇異能力，通過研究這些生物對偏振光感知的機理並製作相應的傳感器，可以幫助武器裝備實現導航的目的。當前仿生導航已經成為導航領域的研究熱點，仿生偏振光導航目前還處於研究階段，尚未在實際工程中應用。

仿生偏振光導航的靈感來自於昆蟲

聲學導航在我們日常生活中也會經常接觸到：當一輛車向我們駛來，以及駛離我們的過程，我們會聽到車輛聲音的變化，這種變化就是耳朵接收聲波頻率的變化，在聲學領域稱之為都卜勒效應，利用這種聲波頻率的變化可以測算出運動的速度信息。聲學導航設備也可以向固定位置發射聲波，通過解算發射聲波及收到發射聲波之間的時間，確定與已知位置點的相對位置，從而得到位置信息。聲學導航通常用於魚雷、潛艇等為代表的水下應用領域，目前國內聲學導航定位精度可優於亞米級。

隨著科學技術的不斷發展，多種導航設備進行數據融合，已經成為未來的發展趨勢。