北斗美國定位系統(tǒng)

GNSS定位測量第3章典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國的全球定位系統(tǒng)

在我們的穹頂之上，有一個超級俱樂部，它只有四個成員，卻吸引了各國元首和科學(xué)家的關(guān)注。這個俱樂部就是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，四個成員分別是美國的全球定位系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)、歐盟的伽利略系統(tǒng)，以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它們在不同軌道錯綜交織，組成了一張張導(dǎo)航系統(tǒng)的“天網(wǎng)”。本章我們將重點介紹國外三個典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國的全球定位系統(tǒng)主要內(nèi)容北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)的構(gòu)成01北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

美國的全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）由空間部分、地面控制部分和用戶部分構(gòu)成。GPS是美國國防部研制和維護的中距離圓形軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位測速和高精度的時間標(biāo)準(zhǔn)。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)具有以下特點:●全天候，不受任何天氣的影響;●全球覆蓋（覆蓋率高達(dá)98%）;●三維定點定速定時，高精度;美國的全球定位系統(tǒng)●快速、省時、高效率;●應(yīng)用廣泛、多功能;●可移動定位。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間部分02北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS的空間部分由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面上，即每個軌道面上有4顆衛(wèi)星。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

衛(wèi)星軌道面相對于地球赤道面的傾角為55°。這種布局的目的是保證在全球任何地點、任何時刻至少可以觀測到4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的軌道高度20200千米，軌道周期11小時58分。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS衛(wèi)星主要部件包括星載原子鐘（銫鐘、銣鐘和氫原子鐘），天線（有12個單元的多波束定向天線和全向遙測遙控天線）以及太陽能電池板與蓄電池。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

星上的核心設(shè)備是高精度銫原子鐘，穩(wěn)定度為10-13~10-14，具有抗輻射性能，它發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號為GPS定位提供高精度的時間標(biāo)準(zhǔn)。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)銫原子鐘NIST7

GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼，一組稱為CA碼;一組稱為P碼，P碼頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，主要為美國軍方服務(wù)。CA碼在被人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放作為民用。美國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS-2RM衛(wèi)星地面監(jiān)控部分03北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

地面監(jiān)控部分由1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站構(gòu)成，分布于地面的5個地點。美國的全球定位系統(tǒng)-地面監(jiān)控部分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

主控站又稱聯(lián)合空間執(zhí)行中心，位于美國科羅拉多州斯普林斯附近的佛肯空軍基地。其主要任務(wù)是:（1）采集數(shù)據(jù)、推算編制導(dǎo)航電文；（2）給定GPS系統(tǒng)時間基準(zhǔn)；美國的全球定位系統(tǒng)-地面監(jiān)控部分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

（3）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有地面監(jiān)控站和注入站系統(tǒng)，診斷所有地面支撐系統(tǒng)和天空衛(wèi)星的健康狀況，并加以編碼向用戶指示，使得整個系統(tǒng)正常工作；（4）調(diào)整衛(wèi)星運動狀態(tài)，啟動備用衛(wèi)星。美國的全球定位系統(tǒng)-地面監(jiān)控部分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

注入站將主控站傳來的衛(wèi)星星歷、鐘差信息、導(dǎo)航電文和其他控制指令等注人衛(wèi)星的存儲器中，使衛(wèi)星的廣播信號獲得更高的精度，滿足用戶的需求。美國的全球定位系統(tǒng)-地面監(jiān)控部分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

監(jiān)測站共有5個，配備高精度銫鐘和雙頻GPS接收機，在主控站的直接控制下，自動對衛(wèi)星進行持續(xù)不斷的跟蹤測量，將接收到的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，然后傳送到主控站。美國的全球定位系統(tǒng)-地面監(jiān)控部分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶設(shè)備04北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

用戶設(shè)備由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備（如計算機等）組成。用戶設(shè)備的作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用這些信號進行導(dǎo)航定位等工作。美國的全球定位系統(tǒng)-用戶設(shè)備北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

這些設(shè)備隨著用戶使用目的的不同而有各種各樣的型號。美國的全球定位系統(tǒng)-用戶設(shè)備北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS的現(xiàn)代化進程05北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

自從1978年10月6日美國第一顆GPS衛(wèi)星上天以來，已有多顆各種類型的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星被發(fā)射升空。1994年3月10日，由24顆衛(wèi)星構(gòu)成的導(dǎo)航衛(wèi)星星座部署完畢，標(biāo)志著GPS正式建成。美國的全球定位系統(tǒng)-GPS的現(xiàn)代化進程北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

到目前為止，美國共發(fā)射61顆GPS衛(wèi)星，包括GPS-1、GPS-2、GPS-2A、GPS-2R、GPS-2RM和GPS-2F等型號。美國的全球定位系統(tǒng)-GPS的現(xiàn)代化進程▲GPS-2F衛(wèi)星北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

自正式投入使用以來，GPS陸續(xù)暴露出一些問題，主要是衛(wèi)星發(fā)射的信號太弱，只有幾毫瓦，因此容易受到干擾。一臺1瓦的干擾機就能有效干擾60千米遠(yuǎn)的質(zhì)量較好的商用GPS接收機，使其不能接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號。為此美國在不斷提高GPS衛(wèi)星的性能。美國的全球定位系統(tǒng)-GPS的現(xiàn)代化進程北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

現(xiàn)在，美國已提出了多項GPS抗干擾措施:（1）研制抗干擾的軍用接收機，通過改進軟件或預(yù)先設(shè)置抗干擾措施，過濾掉干擾信號；（2）對衛(wèi)星進行改造，增強信號的強度，增加新的導(dǎo)航信號，開發(fā)新的軍用密碼，保證在現(xiàn)有信號受到敵方干擾而失效時，衛(wèi)星仍然能夠發(fā)揮作用；（3）提高自主能力，使導(dǎo)航衛(wèi)星能短時期擺脫對地面系統(tǒng)的依賴。美國的全球定位系統(tǒng)-GPS的現(xiàn)代化進程北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

從2010年開始陸續(xù)發(fā)射的12顆GPS-2F衛(wèi)星上，除了具有GPS-2RM的功能外，還增加了新的民用頻率，信號功率也提高了10倍，并采用星間鏈路和自主導(dǎo)航新技術(shù)，使GPS衛(wèi)星可自主運行60~180天。GPS-2F衛(wèi)星還采用了更先進的星上原子鐘，可使GPS-2F衛(wèi)星鐘系統(tǒng)的誤差達(dá)到每天8納秒。美國的全球定位系統(tǒng)-GPS的現(xiàn)代化進程北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

計劃發(fā)射的GPS-3系列衛(wèi)星將選擇全新的設(shè)計方案，使信號功率比現(xiàn)有系統(tǒng)提高100倍;使用更高性能的原子鐘，如氫鐘，以增大衛(wèi)星使用壽命改變衛(wèi)星軌道構(gòu)型和軌道高度，美國的全球定位系統(tǒng)-GPS