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前景光明的全球定位系统

2/14/2005来源:卫星通信人气:7628

  如果我们不健忘的话,我们仍能回忆起20世纪90年代初期美、英等国对付伊拉克的那场海湾战争。那是一场高科技之战。在此战役中,美国给每一个步兵连配备了一种称为全球定位系统(GPS)接收器的装备,以使所属部队在荒漠、酷热的沙漠中能实时、动态地获悉各种信息,能动地打击敌方。

  全球定位系统(GPS)是最初由美国军方开发的高科技产品。它原本由美国国防部负责研发且专门应用于军事目的,在任何时间、任何地点提供全球范围内的所服务对象的三维立体坐标、三维速度和时间信息服务。1996年2月,美国政府正式宣布将GPS开放为军民两用系统,但仍实行SA(可用性选择)政策,故意劣化定位精度,使民用受到限制,以保护美国国家利益。2000年5月1日,美国总统宣布将SA置为零,这无疑将在很大程度上促进民用GPS应用的发展和普及化,使GPS成为一个新的“应用爆发领域”(注意不是“应用增长领域”)。

  GPS的民用范围如此之广,应用层次如此之多,完全出乎当时原系统设计者的意料。可以说,GPS的民用领域现已包括陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗、科研、家电、娱乐等。因此,GPS业界流行一句名言:GPS的应用只受到人们想像力的限制。如今,GPS所达到的定位精度范围已从10米级到毫米级,其星上时钟源也已从铷原子钟过渡到铯原子钟和氢脉泽时钟标准,工作寿命和精度大幅提高,可给世界各地提供频率精度为1×10-10的参考频率。据美国商务部统计,2000年全球GPS用户机的年销售额为80亿~90亿美元。到2003年,GPS民用产品将超过160亿美元。可以毫不夸张地说,到2010年后,GPS的应用产品将成为人们日常生活中不可缺少的一部分,也是各类产品研发的基础平台。

工作原理与平台构成

  GPS的工作原理可谓原始而简单。在卫星应用初期,就有科学家想到可将各类运动物体的参照系搬移到太空中,其定位原理是将物体的瞬间立体目标的位置坐标(X,Y,Z)用已确定的相距距离的已知参考点所发出的极其精确的无线电脉冲时钟源来测定,然后利用地面接收器中已存入的由高等解析几何所构成的模型,建立三维位置量和一个时间量的算法方程。

  GPS为全球用户提供了非常精确的三维定位坐标信息、速度信息、时间和频率参考,它以4个卫星射频信号的时间测量为基础,整个卫星系统平台由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成,卫星呈现出55度倾角,均匀分布在6个近圆轨道内,轨道运行周期为11小时58分钟,轨道半径为26560公里,这些轨道卫星每日重复同样的地面轨迹。因此,在地球上任何地方的用户都可以在其地平线上方5度范围内见到至少4颗卫星。通过接收来自一个卫星的信号,用户在获知其具体位置和高稳定度的频率标准的基础上,可以确定GPS的时间和频率参数。卫星载波信号以两个L波段频率(1227.6MHz和1575.42MHz)发射,以便可以修正信号的时延,信号分别用P码和C/A码调制。P码用于精确的时间测量,C/A码使信号易于锁定。为了使GPS信号可以用一个偶极天线接收,使用了码分多址(CDMA)寻址的扩频调制技术,所有的卫星都是同步的,星上时钟源采用的是铷原子钟或铯原子钟等高精度高稳定的时钟振荡器。由此可见,超精度和超稳定的时钟及稳定的空间构架平台是GPS的两项关键技术。

  从整体上说,GPS主要由三大部分组成:空间部分、控制部分、用户部分。空间部分由卫星星座构成,控制部分由地面卫星控制中心进行管理,用户部分则由军用和民用研发厂商开发、销售、服务。空间部分和控制部分目前均由美国国防部掌握。


摘自 计算机世界