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天空中的“指南针”——卫星导航系统

2012-03-06 10:21:54 来源:

说起指南针,人们是很熟悉的。它作为我国古代劳动人民的四大发明之一,对世界文明的发展作 出了巨大的贡献。但是,由于地磁场分布不均,使指南针的使用受到了很大限制。为了适应社会各方面的发展,卫星导航系统(Satellite Navigation System)应运而生!

现在大家提起导航,脑海中就会浮现“GPS”这三个字母,其实GPS(Global Positioning System)是美国军方建造的全球定位系统,由于先入为主的关系,人们常把它当做卫星导航系统的代名词。那么什么是卫星导航系统呢?卫星导航系统由三部分组成,分别是导航卫星、地面台站和用户定位设备。导航卫星(Navigation Satellite)是卫星导航系统的空间部分,由多颗导航卫星构成空间导航网;地面台站主要是跟踪、测量和预报卫星轨道并对卫星上设备工作进行控制管理,通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分;用户定位设备通常由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成。

卫星导航系统的工作原理是:导航卫星装有专用的无线电导航设备,用户接收导航卫星发来的无线电导航信号,通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数,并根据卫星发送的时间、轨道参数,求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标,从而定出用户的地理位置坐标(二维或三维坐标)和速度矢量分量。由多颗导航卫星构成导航卫星网(导航星座),具有全球和近地空间的立体覆盖能力,实现全球无线电导航。

现今全球四大核心卫星导航系统分别是美国的GPS系统、欧洲的GALILEO(伽利略)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及中国的北斗(COMPASS)导航系统。那么这些导航系统有什么特点?未来全球导航的发展趋势是什么?小编在下面将为你做详细解答。

● 美国GPS系统

目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统。它是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统。该系统由28颗中高轨道卫星组成,其中4颗为备用星,均匀的分布在距离地面约20000千米的6个倾斜轨道上。这些卫星与地面支持系统组成网络,每隔1—3秒向全球用户播报信息,使地球上任何地方的用户在任何时候均可以利用接收机同时接收到至少4颗卫星的信号。接收机接到信号之后,可以通过差分定位原理确定自己的位置。

GPS系统也在不断的进步中,美国目前正在设计新的第2代GPS卫星,计划发射20颗,升级之后定位精度将大大提高。

● 欧洲GALILEO系统

GALILEO系统是欧空局与欧盟在1999年合作启动的,该系统民用信号精度最高可达1m。

计划中的GALILEO系统由30颗卫星组成,在2005年12月28日,首颗实验卫星Glove-A发射成功,第2颗实验卫星Glove-B在2007年4月27日由俄罗斯联盟号运载火箭于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。另外,还有4颗在轨验证(IOV)卫星正在生产之中,将于近期发射入轨。

● 俄罗斯GLONASS系统

GLONASS是(Global Navigation Satellite System)的简写,是苏联国防部与20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统,从某种意义上来说是冷战的产物。该系统耗资30多亿美元,于 1995年投入使用,现在由俄罗斯联邦航天局管理。GLONASS是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。

● 中国北斗(COMPASS)系统

中国卫星定位产业的发展速度有目共睹,市场规模从2000年的不到10亿元增长到了2005年的120亿元。在此背景下,基于经济利益和国家安全的考虑,中国开始建设自己的北斗全球卫星定位导航系统。

该系统的空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供开放服务和授权服务两种模式。开放服务提供免费的定位、测速和授时,定位精度可以达到10m,授时精度50ns,测速精度0.2m/s。授权服务提供更加安全精确的定位、测速和授时服务以及提供系统完好性信息。

根据系统建设总体规划,2012年左右系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力;2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

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