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从GPS漫谈全球定位系统

已有 4516 次阅读 2008-11-10 19:40 |个人分类:科普思考|系统分类:科普集锦| 北斗, 卫星定位

(图片来源http://www.ce.cn/cysc/mobile/tj/200811/07/t20081107_17313808_8.shtml

提起GPS这个词大概很多人都不陌生了.因为这个家伙的渗透范围确实够广.无论工程施工还是勘探测绘,不管车辆导航还是船舶导航,即使个人导航和手机上的地图,都要用到它;更不用说武器导航和飞机导航了.但要说清楚GPS是怎么回事情,大概这样的人还真不多.我作为外行对这个问题也是稀里糊涂.所以如下的介绍只能算是自己学习的一点笔记,您只能作休闲时的浏览.具体研究需要详细查阅资料.不过,我觉得顾国华研究员对这方面问题有很系统的研究.大家可以参阅他的一些资料.

说到美国的GPS.先了解下它的历史.最初由于军事需求而发展的这项技术后来经过20年的发展,建成了初步成型了GPS定位系统(大约从1973年到1993年).该系统的空间部分由21颗工作星和3颗备份星工作在互成30度的6条轨道上。另外,地面建设有控制部分和监控系统. 我们所用的是用户接收机,也就是常说的GPS.

   至于更进一步的技术原理,在这个短文里就不涉及了.我也没有这个能力说好这些东西.我们先以GPS为例介绍下这种定位系统的一些基本情况吧.

   当前的GPS提供2中服务,标准定位服务和精密定位服务.标准定位服务针对的客户是民间用户.采用调制在L1载波频率上的C/A码定位.精度较低.一般100米,最好达3-30米.精密定位服务针对的客户是美军和它的盟军.采用LI,L2载波上的P码,经过加密.精度可达0.3-3米.但目前由于竞争的压力,美国在研发精度更高的新一代GPS.

提到和美国GPS的竞争,那就要在介绍下其它组织和国家的定位系统了.

(图片来源http://info.secu.hc360.com/2005/06/10133774722.shtml

对美国GPS冲击最大的可能就是欧洲的伽利略全球卫星定位导航系统.人们常用一个比喻来比较两者的差别:如果说美国的GPS只能找到街道,那么伽利略可找到车库门。另外,在卫星与地面站之间信号的传送方式上,美国GPS的卫星信号上传和控制部分均处于同一个波段,而伽利略全球卫星定位导航系统则有3个波段分别传送,因此可使地面系统在任何时候都可以同任何一个卫星进行信号传递。还有一点值得闲聊的是中国作为第一个非欧盟成员国参加了伽利略卫星导航计划,并承诺向该计划投入2亿欧元,其中7000万欧元由政府出资,用于支持中国参与该计划开发验证阶段的工作;中方企业还将参与未来伽利略计划特许经营(GOC),并将投入其余的1.3亿欧元,用于开展部署阶段的工作。目前,除中国外,以色列、印度等国家都已经参与伽利略计划。但到现在由于其它原因伽利略计划有一些推迟.

(图片来源http://news.online.sh.cn/news/gb/content/2007-09/25/content_2087840.htm

还有一个要讲的就是俄罗斯的GLONASS卫星定位系统.其实它在前苏联时期就开始建设.1995年已经建成24颗卫星的完整系统,但大家在前些天的格鲁吉亚事件中可以看出这种系统由于没有及时更新和它当时是设计寿命.现在能体统俄罗斯国内的服务需求.但它现在新的,长寿命新系统计划的出台已经给伽利略带来了一些威胁.不过这些系统的完善都将给我们未来的生活带来更大的便捷.也许像计算机的发展一样,起初他们的竞争很厉害,但最终将回兼容,一起为人类服务.

太多的数据和公式不合适推广一种东西,但有时数字确是简洁和必要的,下面这张表也许对大家有点用.

 

也许还有不少人在关注我国的北斗卫星定位系统.北斗还只是一个区域性的导航系统,但北斗是我们独立研究的系统,他的定位原理也和GPS等不同.北斗定位是用户先发射请求,然后通过卫星传到地面解算后反馈给用户.但这也使用户有了一定的通信功能,这点是其它定位系统不具备的.

另外,和日本印度的定位系统刚开始起步,日本的称为“准天顶定位系统”顾名思义,就是总是有一颗星在天顶的位置.印度的定位系统是在俄罗斯的帮助下开发,最终将和其它三个定位系统兼容.

 


参考资料:1马芮 GNSS系统的现状与发展  现代防御技术  

      2008年4月  第36卷 第2期

   2、郭斐 GNSS多系统集成的兼容性问题 Journal of Geomatics Aug.2008;33(4)

 






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