根据天体(通常是太阳、月亮或特定恒星)的位置来确定自己在地球表面的位置,这种技术需要依靠晴朗的天空和高精度的天文钟。天文导航是几个世纪以来水手必备的技能,现在海军认识到不能只依赖 GPS,因此天文导航再次被教授给年轻水手。另一种关键的 GPS 无法使用的导航方法是惯性导航,它通过测量船舶或其他平台在所有三个维度上的加速度来提供其速度和位置。曾经非常庞大且昂贵,目前的固态惯性导航装置正变得越来越小、越来越便宜,使其能够用于小型水面舰艇甚至无人水下航行器 (UUV)。
ANDERSON, E.W.导航原理。纽约,美国爱思唯尔出版公司,1966 年,653 页。本书全面回顾了导航,并试图通过描述整个学科,以便从更广泛的背景来看待每个问题,并提出一种适合导航研究的通用语言,促进导航员、科学家和工程师之间的思想交流。陆地、海洋、空中和太空导航被视为平行发展,可以相互学习。讨论了控制、航向和速度等仪器方面,并考虑了航向、航位推算和路线。分析了包括定位、一般和视觉辅助以及天文导航在内的基本辅助。研究了无线电和无线电方位、无线电测距以及雷达和声纳。
美国国防部 (DOD) 计划将全球定位系统 (GPS) 作为其定位、导航和授时 (PNT) 解决方案的核心,使用其他 PNT 技术来补充 GPS 或在 GPS 性能下降或不可用时作为替代方案。国防部的替代 PNT 科学技术组合探索了两种方法:改进的传感器提供相对 PNT 信息,外部源提供绝对定位和导航。相对 PNT 技术包括惯性传感器和时钟,允许平台在没有 GPS 等外部信号的情况下跟踪其位置并跟踪时间。但是,相对 PNT 技术需要另一种 PNT 技术来纠正此类系统中可能累积的误差。绝对 PNT 技术允许平台使用外部信息源来确定其位置,但依赖于这些外部源的可用性。绝对 PNT 技术包括天文导航和磁导航以及使用极低无线电频率或低地球轨道卫星传输信息。
两栖攻击舰埃塞克斯号 (LHD 2) 上的水兵在美国第三舰队航行时使用天文导航 (CELNAV) 行驶了 1,800 多海里。在埃塞克斯号 2021-2022 年西太平洋部署期间,在星星、月亮、太阳和行星的指引下,该舰船员在没有任何 GPS 辅助或电子系统的情况下,成功从夏威夷珍珠港航行到圣地亚哥作战区六天。“GPS 卫星容易受到破坏和干扰,但六分仪和纸质海图则不会,”水面作战军官学校司令部 (SWOSCOLCOM) 的水面导航员 (SURFNAV) 课程主管 Walt O'Donnell 登上埃塞克斯号说道。“我们在没有最先进的系统的情况下,使用 18 世纪的技术,航行了 1,800 多海里,我们准时到达目的地。我相信,如果有必要,埃塞克斯号可以使用同样的技术穿越整个太平洋。”
致国防部研究与工程副部长的备忘录 主题:国防科学委员会 (DSB) 关于位置、导航和定时控制的报告 我很高兴转发由 Daniel Hastings 博士和 James Shields 先生共同主持的 DSB 关于位置、导航和定时控制研究的最终报告。全球定位系统 (GPS) 仍然是全球分布位置和定时信息的黄金标准,基于此能力的精度已成为全球和国内经济以及美国军事力量的基石。GPS 除用于精确制导弹药外,还可用于电信、银行、交通和天气跟踪。然而,GPS 和全球导航卫星系统 (GNSS) 的可用性和准确性可能无法在所有地点和时间得到保证。因此,国防部 (DoD) 一直致力于识别、开发和实施获取和分发位置和定时信息以及据此进行导航的替代方法。对于国防部来说,没有一种万能的 GNSS 替代方案。不同的任务和系统有不同的要求,可以通过组合替代导航技术来部分或全部满足这些要求。基于视觉的导航、天文导航、机会信号和各种类型的地图匹配都是实现这一目标的可行手段。叙利亚和乌克兰的大规模 GPS 干扰表明,至少必须训练和装备作战人员,以便在 GNSS 无法持续使用的环境中作战。为了向国防部提供可行的建议,国防安全委员会研究了各种替代导航系统(包括天基导航系统和其他导航系统),并考虑了作战人员的需求和满足这些需求的未来机会。我完全赞同该研究的所有建议,并敦促认真考虑和采纳这些建议。