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全球卫星导航系统(GPS)的发展概况
来源:  作者:本站

摘要今天,卫星导航系统已经在大量应用中广泛使用,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。迄今为止,比较完善的卫星导航系统已经有美国GPS和俄罗斯GLOMSS系统,它们的定位和定时精度都能满足严格的军用定位和定时要求。面对大量的卫星导航需求,欧洲计划推出自己的卫星导航系统Galileo。本文对现有的CPS和GLONASS系统进行了描述和比较,并对Galileo系统的计划方案进行了简要说明。

主题词:全球定位系统卫星通信导航

导航与定位对于许多活动都非常重要。但是,以往的很多导航与定位TRANBBS技术都存在着不同程度的缺陷。Landmarks仅限于本地使用,还要受到运动与环境因素的影响;DeadReckoning的技术非常复杂,其精度依赖于比较原始的测量工具;Celestial技术也很复杂,且仅适合夜晚和天气良好的情况使用,测量精度也有限;OMEGA基于较少的无线定向信标,不但精度有限而且易受无线电干扰;LORAN覆盖范围有限(主要为海岸),精度受地理状况的影响,易于受干扰;SatNav基于低颇多普勒测量,易受接收机移动的影响,卫星数量少,数据更新不及时。美国的全球导航卫星定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS的发展开拓了精密定位的新纪元,成为现代导航应用的主导技术。Galileo欧洲卫星导航系统的开发将为民用用户的定位和定时服务提供了又一选择。

GPS系统

1.GPS系统的开发背景

20世纪70年代,随着美苏军备竞赛的升级,美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统。美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。1978年,美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星,此后GPS逐渐发展成为目前广泛使用的系统。

2.GPS系统概述

GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。

(1)空间部分

GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。GPS卫星星座原计划是将24颗卫星均匀分布在6个不同的轨道平面上,而发展到今天,在轨道上运行的卫星数量已经达到27颗。每个轨道平面与赤道平面的倾角大约55度。在地球上任何地点任何时刻都能观测到5-8颗卫星。每颗卫星都利用两个L载频传送信号,即L1(1575.42MHz)和L2(1227.26MHz)。每颗卫星都在完全相同的频率上传送信号,但每颗卫星的信号在到达用户之前都经过了多普勒颇移。L1承载精密(P)码和粗/捕获(C/A)码,L2仅承载P码。导航的数据报文叠加在这些码上,两个载频上承载着相同的导航数据报文。P码通常是加密的,只有C/A码可供民用。

(2)控制部分

控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。美国的GPS运行控制系统(OCS)包括监测站、主控站(MCS)以及上行线路天线。主控站设在美国Colorado州的Falcon空军基地,一天24小时从监测站接收数据,用以确定卫星是否有时钟或者年历变化以及检测设备功能是否正常。主控站根据监测信号的计算结果,每天向卫星发送1、2次新的导航与位置推算历信息。监测站设在ColoradoSprings、夏威夷、AscencionIsland、DiegoGarcia和Kwaialein。无源监测站实质上是用以跟踪可视卫星的GPS接收机,可汇集卫星信号的测距数据。监测站测量来自卫星的信号,并注入每颗卫星的轨道模型。卫星轨道模型可用以计算精密的轨道数据以及卫星时钟的修正。主控站向卫星传送天文历和时钟数据。然后,卫星通过无线电信号将轨道的无文历数据子集发送到GPS接收机。
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