Survey on polar marine navigation and positioning system

环境要素	极区环境	中低纬度与极区差异比对	影响对象
地球运动学环境	地球自转导致地球自转角速度ω_ie与重力矢量g趋于同向	以45°N与88°N为例，ω_ie与g间夹角分别为45°和2°	惯性导航
地球运动学环境	地球公转和黄赤交角的影响，导致极区存在极昼极夜以及二者交替时的晨光昏影现象	靠近极点处，极昼极夜分别接近6个月，而出现极昼极夜现象的最低纬度为南北纬66°34′，仅1天	天文导航
地球物理场环境	极区重力实测数据较少，导致极区存在重力异常且未知的区域，极区高精度重力场模型难以构建	2019年，加利福尼亚大学全球海域自由空间重力数据库V29发布，仅覆盖南北纬80.738°内的区域	惯性导航、重力匹配
	地磁线在极区收敛并汇聚于地磁极点，且地磁极点在移动	2016年地磁北极位于86.4°N 166.3°W，地磁极点以每天20.5 m的速度移动^[4]	磁罗经、地磁匹配
	太阳发出的带电粒子沿着磁场线进入极区，导致极区内电离层闪烁频繁，磁暴强烈	极区电离层闪烁和磁暴是低纬区的2~10倍	磁罗经、地磁匹配、卫星导航
极区海洋环境	极区的水文和气象数据大量缺失且多数极区海图无实测数据，航海资料相对较少	极区测量存在窗口期，实测数据较少，而中低纬度区域不存在这一问题	电子海图
	极区声学信道特性，包括海洋环境噪声、冰下水域信号传播规律等相对特殊且随着气候变暖而出现新变化	2014年，美国海军研究实验室（ONR）明确浅海声学、深海声学和北极声学作为水声研究计划中的3大学科	声学导航
	极区气候严寒，北极海域常年有冰层覆盖，导致水下声信标布放困难，水天线难以观测，潜器等水下海洋运载器航行安全难以保障	相对而言，中低纬度区域冰层覆盖情况较少且发生于冬季	声学导航、天文导航、测冰设备
	极区常出现低云、雾、冻烟、雪等现象，导致能见度受限，无法识别水天线	极区特别是季节交替时节易出现此类现象，而中低纬度区域很少发生	天文导航
地理位置环境	极区北向变化快，南北极点北向缺失	以45°N与88°N为例，2处沿纬度圈方向，1 n mile对应经差分别为1.414'和28.65'	惯性导航
	经线汇集导致墨卡托投影无法适用极区	在85°N处，纬差为3°时，长度变形可达59.68%	电子海图
	极区时区变化快，南北极点无时区概念	以45°N与88°N为例，2处沿纬度圈方向，1个时区对应的距离分别为636.4和31.4 n mile	时钟设备

Table 2. Length deformation comparison of polar stereographic projection, Gaussian projection and gnomonic projection in high latitude

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Table 2. Length deformation comparison of polar stereographic projection, Gaussian projection and gnomonic projection in high latitude

$\theta \left( {\theta {\rm{ = } }\dfrac{{\text{π}} }{2} - \varphi } \right)$	极球面投影长度变形	高斯投影长度变形				日晷投影长度变形
	经度λ任意	λ=0°	λ=30°	λ=60°	λ=90°	极小值	极大值
0°	0	0	0	0	0	0	0
5°	0.0019	0	0.0010	0.0029	0.0038	0.0038	0.0077
10°	0.0077	0	0.0038	0.0115	0.0154	0.0154	0.0311
15°	0.0173	0	0.0085	0.0261	0.0353	0.0353	0.0718
20°	0.0311	0	0.0150	0.0470	0.0642	0.0642	0.1325