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全球卫星导航系统


评论(0)|2015-03-26|发布:罗长青 |收藏

  世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统,军民两用。但长期以来,美国对本国军方提供的是精确定位信号,对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号。这意味着地球上任何一个目标的准确位置,只有美国人掌握,其他国家只知道个“大概”。为打破美国的垄断,俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统。2002年,欧盟启动了伽利略全球卫星导航定位系统计划。2003年,我国北斗导航试验系统建成,并在紧锣密鼓地建设北斗星2号导航系统。

  
  全球定位系统(GPS)
  
  全球定位系统是美国从20世纪7O年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大的空间计划。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测、应用通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成部分。卫星导航定位系统涉及政治、经济、军事等领域,对维护国家利益具有重大意义。
  GPS系统的主体部分由24颗地球同步卫星组成,这些卫星与地面支撑系统组成网络,向全球广播自己的位置信息。对于用户来说,最重要的就是GPS接收机,接收机根据同时收到的4-8颗卫星的位置信息,应用差分定位原理,每隔1-3秒向用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息,以供用户或用户的系统使用。
  GPS接受设备包括GPS手持机,与手机电话体积相当。其计算机接口包括GPS接收卡或外接设备,由天线、接收单元和电源组成,体积很小,可方便地装载在汽车等航行器上。
  GPS系统具有以下特点:全球、全天候工作,能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。不受天气的影响。定位精度高,单机定位精度优于10米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。功能多,应用广――随着人们对GPS认识的加深,GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面得到更广泛的应用,而且其应用领域不断扩大。
  GPS的应用领域很广。应用于导航――主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。例如,船舶远洋导航和进港引水,飞机航路引导和进场降落,汽车自主导航,地面车辆跟踪和城市智能交通管理,紧急救生,个人旅游及野外探险,个人通讯终端(与手机、PDA、电子地图等集成一体)。应用于授时校频――电力、邮电、通讯等网络的时间同步,准确时间的授入,准确频率的授入。应用于高精度测量――各种等级的大地测量、控制测量,道路和各种线路放样,水下地形测量,地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测,GIS应用,工程机械(推土机等)控制,精细农业。
  正如人们所说:“GPS的应用,仅受人们的想象力制约。”GPS问世以来,已充分显示了其在导航、定位领域的霸主地位。许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。目前,几乎全世界所有需要导航、定位的用户,都被GPS的高精度,全天候,全球覆盖,方便灵活和优质价廉所吸引。
  
  格洛纳斯(GLONASS)
  
  俄国的“格洛纳斯”全球导航系统的建设计划目前进展顺利。预计到2007年之前,“格洛纳斯”系统的导航信号将可覆盖俄全境,而到2010年之前,将可覆盖到全球的每一个角落,具备与美国GPS系统相抗衡的实力。
  俄罗斯“格洛纳斯”系统的功能与美国的GPS系统大致相同,其研究和设计工作始于20世纪70年代中期,是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统,前苏联解体后曾一度处于停顿状态。直至1998年,俄才再度开始对“格洛纳斯”进行更新升级,但目前在轨卫星的数量依旧无法独立组网。
  按照俄“格洛纳斯”计划的要求,地球轨道上运行的导航卫星数量应达到24颗,但目前实际在轨的只有17颗。不过,俄2007年12月还将从拜科努尔航天发射场发射3颗使用寿命为7年的新一代“GLONASS-M”型导航卫星。
  随着新一代“GLONASS-M”型导航卫星陆续投入使用,这套系统对空中、海上、地面和空间目标的定位精度最高将可以达到1米。尽管其定位精度比GPS系统、伽利略系统定位精度略低,但其抗干扰能力却是最强的。由于卫星发射的载波频率不同,“格洛纳斯”可以有效地防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰,因而具有更强的抗干扰能力。
  
  “伽利略”计期(Galileo)
  
  2005年12月,名为“GIOVE-A”的实验卫星发射升空,标志着“伽利略”计划正式启动,同时也意味着欧洲正式走上空间独立的道路。“伽利略”计划是一种中、高度圆轨道卫星定位方案。“伽利略”卫星导航定位系统的建立将于2007年底之前完成,2008年投入使用,总共发射30颗卫星,其中27颗卫星为工作卫星,3颗为候补卫星。卫星高度为24126公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内。该系统除了30颗中、高度圆轨道卫星外,还有2个地面控制中心。
  “伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统,在2008年投入运行后,全球的用户将使用多制式的接收机,获得更多的导航定位卫星的信号,将极大地提高导航定位的精度,这是“伽利略”计划给用户带来的直接好处。另外,由于全球将出现多套全球导航定位系统,从市场的发展来看,将会出现GPS系统与“伽利略”系统竞争的局面,竞争会使用户得到更稳定的信号、更优质的服务。世界上多套全球导航定位系统并存,相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本保证。
  
  北斗卫星导航系统
  
  北斗卫星导航定位系统是我国自主建立的全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统。北斗1号导航试验系统由两颗工作卫星和一颗备份卫星组成。前两颗是工作卫星,分别于2000年10月31日和12月21日发射升空。第三颗是备份卫星,于2003年5月25日发射升空。它可以在任何时间、任何地点,为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度。
  北斗导航试验系统可在服务区域内任何时间、任何地点,为用户确定其所在的地理经纬度信息,并提供双向短信息通信和精密授时服务。目前,系统已在测绘、电信、水利、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。
  正在建设的北斗2号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务,定位精度为10米,授时精度为50纳秒,测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。
  据透露,我国已于2007年初发射两颗北斗导航卫星,2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求,并将进行系统组网和试验,逐步扩展为全球卫星导航系统。
  北斗导航系统是我国具有自主知识产权的卫星定位系统,是我国卫星导航事业摆脱受制于人的重要基础设施,也是打破GPS独占我国卫星定位导航应用市场局面的根本手段。
  北斗导航系统集定位、短信息通信、精确授时三种功能为一身,与美国GPS、俄罗斯GLONASS最大的不同,在于它不仅能使用户知道自己的所在位置,还可以告诉别人自己的位置在什么地方,特别适用于需要导航与移动数据通信场所,如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。
  目前,发挥北斗导航系统的技术优势,并通过开创性工作使北斗导航系统应用又开辟了新的行业。主要有:北斗系统在农田墒情监测的应用、珠峰登顶测量和“神六”发射的测量应用、煤矿安全监控的应用、电力行业授时系统的应用、地质灾害监测的应用等。


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