全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡介

于吉海

一、衛(wèi)星定位系統(tǒng)如何導(dǎo)航

全球定位系統(tǒng)(GPS)由三部分構(gòu)成：地面控制部分(由主控站、地面天線、監(jiān)測站和通訊輔助系統(tǒng)組成)、空間部分(由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上)、用戶裝置部分(主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成)。

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1.2萬千米的高空上，以12小時為周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，地面上任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。整個系統(tǒng)晝夜不停地向地面發(fā)送導(dǎo)航定位信息，提供精確、連續(xù)的三維位置和速度、時間信息。通過GPS終端，用戶在地球表面的任何地方，僅需幾秒鐘到十幾秒鐘就能夠確定自己的位置和精確時間，獲得相關(guān)的導(dǎo)航信息。

二、世界各國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

1，美國GPS系統(tǒng)

GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是由美國國防部研制部署和控制的軍民兩用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。美國國防部從1973年開始研制，1978年首次發(fā)射，在1978--1985年問共發(fā)射了第一代試驗型全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)衛(wèi)星11顆。到1994年3月，完成了由24顆第三代全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)衛(wèi)星組成的導(dǎo)航定位星座系統(tǒng)。

現(xiàn)在運行的GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由24顆工作衛(wèi)星和4顆備用衛(wèi)星組成。它們分布在6個等間距的軌道平面上，軌道高度為2，01836萬千米，周期約12小時，用戶在任何時間都至少能看到4～6顆衛(wèi)星，定位一次僅需幾秒鐘，可實現(xiàn)全球范圍連續(xù)、近實時的定位、測速與授時。

GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)所發(fā)射的信號編碼有精碼與粗碼之分。精碼保密，主要提供給本國和盟國的軍事用戶使用，粗碼提供給本國眾和全世界使用。

1991年海灣戰(zhàn)爭期間，美軍將GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)首次應(yīng)用于實戰(zhàn)，并獲得了巨大成功。10多年來，GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)一直在運轉(zhuǎn)，從美國本土到世界各地，從軍用到民用，從南極的科考隊員到伊拉克的美軍士兵身上，處處可以發(fā)現(xiàn)它的身影。

當(dāng)然，GPS雖有“一統(tǒng)江山”的本領(lǐng)，但它存在自己的“死穴”、“盲點”，其中最突出的就是抗干擾能力比較差。事實上，美國五角大樓很早就認(rèn)識到了這個問題，因此，一直在從事GPS制導(dǎo)抗干擾技術(shù)的研究。

目前，隨著現(xiàn)有GFS系統(tǒng)中占主體地位的第二代衛(wèi)星陸續(xù)接近“退役”年齡，美國正加緊新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的研制和布署。

2，俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)

俄羅斯的“格洛納斯”(GLONASS)系統(tǒng)與美國的GPS系統(tǒng)一樣，也是由軍方負(fù)責(zé)研制和控制的軍民兩用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

從1982年10月發(fā)射首顆導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星，到1995年12月，俄羅斯完成了由24顆衛(wèi)星組成的“格洛納斯”全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的部署，其中工作衛(wèi)星21顆，分布在3個軌道平面上，同時有3顆備用星。每顆衛(wèi)星都在1.91萬千米高的軌道上運行，周期為11小時15分。

“格洛納斯”與美國GPS有許多不同之處。一是衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。由于衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率不同，“格洛納斯”可以防止整個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時被敵方干擾，因而具有更強的抗干擾能力。二是坐標(biāo)系不同。美國GPS使用世界大地坐標(biāo)系(WGS-84)。而“格洛納斯”使用前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系(PE-90)。三是時間標(biāo)準(zhǔn)不同。GPS系統(tǒng)時與世界協(xié)調(diào)時相關(guān)聯(lián)，而“格洛納斯”則與莫斯科標(biāo)準(zhǔn)時相關(guān)聯(lián)。

由于受俄羅斯經(jīng)濟發(fā)展不景氣的影響，“格洛納斯”衛(wèi)星定位系統(tǒng)無錢進(jìn)行系統(tǒng)維護，許多衛(wèi)星已經(jīng)超過設(shè)計壽命而報廢，截至2001年，“格洛納斯”在軌衛(wèi)星已由組網(wǎng)時的24顆減至8顆。近幾年，俄羅斯開始著手對“格洛納斯”進(jìn)行現(xiàn)代化改造。

3，歐盟“伽利略”系統(tǒng)

“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是歐洲的衛(wèi)星無線電導(dǎo)航項目，于2002年3月正式啟動，原計劃于2008年建設(shè)完成(事實上。直至2008年，“伽利略”系統(tǒng)的第二顆實驗衛(wèi)星才升空，比最初計劃推遲整整5年)?！百だ浴比蛐l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)星座由30顆衛(wèi)星組成，采用中等地球軌道，均勻地分布在高度約為2，3萬千米的3個軌道面上。

“伽利略”系統(tǒng)采用兩種頻段工作，這就好比上了雙保險。如果使用“伽利略”系統(tǒng)，飛機能在任何機場降落。而不必考慮機場的技術(shù)設(shè)施；火車能在沒有駕駛員的情況下高密度行駛；輪船在大霧中也能安全航行。

“伽利略”系統(tǒng)的接收機不僅可以接收本系統(tǒng)信號，而且可以接收GPS、“格洛納斯”這兩大系統(tǒng)的信號，并且具有導(dǎo)航功能與移動電話功能相結(jié)合、與其它飛行導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)越性能。

“伽利略”系統(tǒng)確定地面位置或近地空間位置要比CPS精確lO倍。其水平定位精度優(yōu)于lO米，時間信號精度達(dá)到100納秒。必要時，免費使用的信號精度可達(dá)6米，如與GPS合作，甚至能精確至4米。正如一位專家所說：“如今的CPS只能找到街道，而‘伽利略系統(tǒng)則能找到車庫門。”

4，中國“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)

2000年10月31日，我國第一顆導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星“北斗一號”發(fā)射升空，拉開了我國自主建立“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的帷幕。此后，2000年12月、2003年5月、2007年2月、2007年4月，我國相繼發(fā)射了四顆“北斗一號”衛(wèi)星。

2009年4月15日，我國成功將一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。最新消息披露，今明兩年，我國要發(fā)射10顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星，計劃于2015年建成一個由30多顆衛(wèi)星組成的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。

我國的“北斗”導(dǎo)航定位系統(tǒng)與GPS和“格洛納斯”有很大的不同。一是使用范圍不同，“北斗”系統(tǒng)屬于區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。二是衛(wèi)星的數(shù)量和軌道不同，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。

除以上“四大定位系統(tǒng)”外，世界上其它國家也都在開發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如印度、日本。顯而易見，建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已成為一個國家國防和綜合實力的重要標(biāo)志。