笼罩全球的卫星定位系统

美国的GPS系统

　　

　　GPS全球卫星导航定位系统是由美国国防部研制部署和控制的军民两用卫星导航定位系统。美国国防部从1973年开始研制，1978年首次发射，在1978至1985年间共发射了第一代试验型全球导航定位系统卫星“布洛克1”11颗。到1994年3月，完成了由24颗第二代全球导航定位系统卫星组成的导航定位星座系统。现运行的GPS全球卫星导航定位系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。它们分布在6个等间距的轨道平面上，轨道高度为2.01836万公里，周期约12小时，用户在任何时间都至少能看到4～6颗卫星，定位一次仅需几秒钟，可实现全球范围连续、近实时的定位、测速与授时。

　　　GPS全球卫星导航定位系统所发射的信号编码有精码与粗码之分。精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用户使用，粗码提供给本国民用和全世界使用，在50％时间内可获得6米精度。该全球导航定位系统卫星载有多个铷原子钟和铯原子钟，测速精度达0.1米／秒，授时精度达100毫微秒。

　　1991年的海湾战争，美军将GPS全球卫星导航定位系统首次应用于实战，并获得巨大成功。lO多年来，GPS全球卫星导航定位系统一直运转，从美国本土到世界各地，从军用到民用，从南极的科考队员到伊拉克的美军士兵身上，处处可以发现它的身影。

　　当然，GPS虽有“一统江山”的本领，但它存在自己的“死穴”、“盲点”。这其中最突出的就是它的抗干扰能力比较差，这一点，已经被伊拉克战争所证明。事实上，美国五角大楼很早就认识到了这个问题，因此一直在从事GPS制导抗干扰技术的研究。目前，随着现有GPS系统中占主体地位的第二代卫星陆续接近“退役”年龄，美国正加紧新一代卫星系统的研制和部署。第三代GPS全球卫星导航定位系统将可能使用33颗卫星，星载更高功率的M码信号，以对付潜在干扰威胁。

　　

　　俄罗斯的“格洛纳斯”

　　

　　俄罗斯的“格洛纳斯”(GLONASS)系统与美国的GPS系统一样，也是由军方负责研制和控制的军民两用卫星导航定位系统。从1982年10月开始发射首颗导航定位系统卫星，历经13年，到1995年12月完成了由24颗卫星组成的“格洛纳斯”全球卫星导航定位系统，其中工作卫星21颗，分布在3个轨道平面上，同时有3颗备用星。每颗卫星都在1.91万公里高的轨道上运行，周期为11小时15分。

　　“格洛纳斯”与美国GPS有许多不同之处：一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而“格洛纳斯”采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射的载波频率不同，“格洛纳斯”可以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。二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系(WGS-84)，而“格洛纳斯”使用前苏联地心坐标系(PE-90)。三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联，而“格洛纳斯”则与莫斯科标准时相关联。 “格洛纳斯”卫星定位系统由于受俄经济发展不景气的影响，无钱进行系统维护，许多卫星已经超过设计寿命而报废，截止到2001年，“格洛纳斯”在轨卫星已由组网时的24颗减至8颗。近几年，俄罗斯开始着手对“格洛纳斯”进行现代化改造。按计划，该系统将于2007年年底之前运营，届时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年年底前，其服务范围将拓展到全球。

　　

　　欧盟的“伽利略”系统

　　

　　“伽利略”全球卫星导航定位系统是欧洲的卫星无线电导航项目，该计划于2002年3月正式启动，计划在2008年建设完成。 “伽利略”全球卫星导航定位系统星座将由30颗卫星组成，卫星采用中等地球轨道，均匀地分布在高度约为2.3万公里的3个轨道面上。地面控制设施包括卫星控制中心和提供各项服务所必需的地面设施，负责卫星星座的测定、管理和播送集成信息。

　　“伽利略”系统采用两种频段工作，这就好比上了双保险。不仅如此，在地面更可以接收到至少3种信号：一是免费使用信号，二是提高了安全性和准确性需要交费使用的加密信号，三是为满足更高安全要求将采用更为严格加密机制的信号。如果使用伽利略系统，飞机能在任何机场降落，而不必考虑机场的技术设施如何；火车能在没有驾驶员的情况下高密度行驶；轮船即使在大雾中也能安全航行。

　　“伽利略”系统不但面向全球，还有区域服务单元，即把全球划分为8个区域，发送针对各自区域的集成信息。其典型功能是信号中继，即向用户传输的数据可以通过其他系统的中继来实现，例如通过移动通信网来实现。

　　“伽利略”系统的接收机不仅可以接收本系统信号，而且可以接收GPS、“格洛纳斯”这两大系统的信号，并且具有导航功能与移动电话功能相结合、与其他飞行导航系统相结合的优越性能。

　　“伽利略”系统确定地面位置或近地空间位置要比GPS精确10倍。其水平定位精度优于10米，时间信号精度达到100纳秒。必要时，免费使用的信号精度可达6米，如与GPS合作甚至能精确至4米。正如一位专家所说：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系统则能找到车库门。”

　　

　　中国的“北斗”卫星

　　

　　2000年10月31日，我国第一颗导航定位系统卫星“北斗一号”发射升空，拉开了我国自主建立“北斗”卫星导航定位系统的帷幕。2000年12月，我国发射了第二颗“北斗一号”卫星。2003年5月，第三颗“北斗一号”导航定位系统卫星作为备份星送入太空，标志我国第一代“北斗”卫星导航定位系统基本完善。日前，我国成功将第四颗“北斗”导航试验卫星送入太空，这将进一步提高“北斗”导航系统的性能和可靠性。

　　我国的“北斗”导航定位系统与GPS和“格洛纳斯”有很大的不同：一是使用范围不同。“北斗”系统属于区域性卫星导航系统，我国计划2008年满足中国及周边地区用户对卫星系统的需求。二是卫星的数量和轨道不同。“北斗”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、授时和通信服务以及系统完好性信息。三是定位原理不同。美国GPS系统是一个接收型的定位系统，只转播信号，用户接收就可以做定位了，不受容量的限制。“北斗”系统是双向的，用户首先发射需要定位的信号，通过卫星转发至地面控制中心，地面控制中心解算出位置后再通过卫星转发给用户，这实际上是既有定位又有通信功能，但是有容量限制。

　　除以上“四大定位系统”外，世界上其他国家也都在开发卫星导航定位系统，印度空间研究组织的一名官员称，印度正在开发卫星导航系统。日本计划投入2000亿日元，建成由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”，据称，该系统可以和GPS并用，定位精度高达十几厘米，预计在2008年投入使用后的12年内，会有6万亿日元的经济效益。显而易见，建设卫星导航定位系统不仅经济效益显著，而且更是一个国家国防和综合实力的重要标志。

　　

　　[责任编辑]　林　京