導航
| 導航 | |
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| 學科、專業領域、研究领域 | |
| 上级分类 | 技能、有意行為  |
| 话题方面 | 旅行、运输 |
| 从业者 | 领航员 |
导航（英語：Navigation），是引导人、设备或载具从一点出发到达另一点的技术的总称。狭义上讲，导航的过程是一个通过监视和控制载具的位置、速度等，并于目标点比对进而引导载具到指定点的过程。更广义上来说，一切与确定位置与方向有关的科学和技术都可以归于导航的范畴。[1] 导航的历史经历了从古代天文导航到现代卫星导航的多个发展阶段，涉及航海、航空、航天和陆地四大领域。[2]
历史
[编辑]人类导航的历史可追溯至史前时期。波利尼西亚人利用星象、海流和鸟类飞行路径在太平洋上进行远洋航行，并制作了马绍尔群岛的杖条海图（stick chart）用于记录波浪模式。[3]中国在汉朝时期发明了指南针，至宋代已广泛应用于航海。[4]
地理大发现时代（15–17世纪）推动了导航技术的飞跃。葡萄牙和西班牙航海家使用星盘、十字测天仪和墨卡托投影海图进行远洋探险。精确测定经度的难题在18世纪通过约翰·哈里森的航海天文钟得以解决。20世纪以来，无线电导航（如罗兰系统）、惯性导航和卫星导航（GPS、格洛纳斯、北斗、伽利略）相继问世，彻底改变了导航的面貌。[3]
基本概念
[编辑]导航的核心是确定自身的位置和方向。地球表面上任意一点的位置由纬度和经度表示：纬度是赤道的南北角度距离，经度是本初子午线的东西角度距离。历史上精确测定纬度相对容易（通过天体高度），而经度的测定需要精确计时——即天文钟的发明。
导航中常用的两个基本概念是恒向线（loxodrome）和大圆（great circle）。恒向线是保持恒定方位的航向线，便于操纵但距离较长；大圆是球面上两点间的最短路径，在实际导航中两者结合使用。[2]位置线（line of position, LOP）是导航中通过观测获得的等值线，两条以上位置线的交点即可确定载具的位置。
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| 经度（λ） |
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| 經度線投射在圖上看似彎曲和垂直的線，但實際上是大圓的一半。 |
| 纬度（φ） |
| 緯度線投射在圖上看似水平的平行線，但實際上是不同半徑的圓。有相同特定緯度的所有位置都在同一個纬线上。 |
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分类
[编辑]按照应用领域分，导航技术可分为：空间导航、航空导航、航海导航和陆地导航。[1]
按照是否依赖外部设备可分为：
- 自主导航：主要包括惯性导航、天文导航等，不依赖外部信号，隐蔽性强。
- 非自主导航：包括卫星导航、无线电导航等，需要外部信号源。
- 组合导航：综合利用多种导航技术，如GPS与惯性导航系统（INS）的组合，兼具长期精度和短期稳定性。
按照导航方法还可进一步分为：引航（地标目视导航）、推算航行法、天文导航、电子导航和惯性导航等，这些方法在实际应用中常常互相补充。
导航方法
[编辑]引航
[编辑]引航（pilotage）是最古老的导航方法之一，通过目视识别陆地地标、航标和灯塔来确定载具位置。现代雷达导航属于引航的扩展——通过雷达回波测量岸线或浮标的距离和方位进行定位。[2]
天文导航
[编辑]天文导航通过观测太阳、月球、恒星和行星的高度来确定位置。六分仪是测量天体高度的标准工具，结合精确的天文钟和时间可以计算出经纬度。该方法在GPS出现之前是远洋航海和航空的主要导航手段。
惯性导航
[编辑]惯性导航系统（INS）使用加速度计和陀螺仪测量载具的加速度和角速度，通过积分运算推算出位置和姿态。其优点是完全自主、不受外界干扰，缺点是误差随时间累积，需要定期校准。惯性导航广泛应用于飞机、导弹、潜艇和航天器。[5]
卫星导航
[编辑]卫星导航系统通过接收多颗导航卫星的信号实现全球实时定位。目前主要的全球卫星导航系统包括：美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）、中国北斗卫星导航系统（BDS）和欧洲伽利略导航系统（Galileo）。此类系统可提供米级到厘米级的定位精度，已成为现代导航的基础设施。[6]
此外，无线电导航（如罗兰-C、VOR）和水声导航（声纳、水声定位）在特定领域仍有重要应用。
导航过程
[编辑]导航过程的核心环节包括航线规划（passage planning）和航行执行。根据SOLAS公约第五章第34条，船舶在出海前必须完成航线设计，涵盖评估、计划、执行和监控四个阶段。[7]
现代综合船桥系统（Integrated Bridge System）将电子海图显示与信息系统（ECDIS）、雷达/ARPA、自动舵和船舶自动识别系统（AIS）集成在一起，提高了航行效率和安全性。在陆地导航中，地图和指南针、高度计和计步器是最常用的工具；地形关联导航（terrain association）通过匹配地形特征判断位置。
空间认知与导航
[编辑]导航不仅是一种技术能力，也是一种空间认知能力。认知科学将导航区分为两个子系统：运动控制（locomotion）——即通过环境反馈调整即时运动；和寻路（wayfinding）——即路径规划与决策的目标导向过程。[1]
神经科学研究发现，海马体中的位置细胞和内嗅皮层中的网格细胞构成了大脑内部的定位系统（cognitive map），这一发现荣获2014年诺贝尔生理学或医学奖。动物的导航行为——如蜜蜂的舞蹈语言、信鸽的地磁感应、海龟的洄游——也广泛应用于仿生导航研究。
參見
[编辑]參考文獻
[编辑]- ^ 1.0 1.1 1.2 Navigation: Principles of Positioning and Guidance. Springer. 2007. ISBN 9783211008287 （英语）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Bowditch, Nathaniel. The American Practical Navigator. National Imagery and Mapping Agency. 2002 （英语）.
- ^ 3.0 3.1 Williams, J. E. D. From Sails to Satellites: The Origin and Development of Navigational Science. Oxford University Press. 1992. ISBN 978-0198564492 （英语）.
- ^ Needham, Joseph. Science and Civilisation in China 4. Cambridge University Press. 1962 （英语）.
- ^ Tazartes, D. A. Inertial Navigation. Springer. 2015. doi:10.1007/978-3-319-16667-9 （英语）.
- ^ Global Positioning System Overview. GPS.gov. [2026-06-03] （英语）.
- ^ SOLAS Chapter V Regulation 34. International Maritime Organization. [2026-06-03] （英语）.
