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一、引言
自1957年,苏联成功发射第一枚人造卫星"斯普特尼克"1号进入轨道后不久,美国两位科学家在追踪这枚苏联卫星时发现他们收到的无线电信号有多普勒频移效应,即卫星在飞近地面时,接收机收到的无线电频率逐渐增高,飞远时则逐渐降低。由此科学家产生灵感:卫星的轨道可由地面站测得的多普勒频移曲线确定,而知道卫星的精确轨道,就能确定地面接收机的位置。至此以后,一种先进的导航技术"卫星导航"悄然兴起。现用的卫星导航系统有美国的GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS系统、中国的"北斗"导航系统以及欧盟的GALILEO导航系统。
二、"北斗"导航系统
"北斗"卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统有两颗工作卫星、一颗备用卫星,备份卫星是在工作卫星发生故障时可接替其工作,而在工作卫星正常运作的情况下可以进行差分修正服务、附加导航等工作,以提高定位精度。
"北斗"定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务,定位精度可达数十纳秒 (ns)的同步精度,其精度与GPS相当。3枚卫星的位置分别位为东经80度、140度、110.5度,上传使用L频段,频率为1610-1626.5兆赫,下传则为S频段,频率为2 483.5-2500兆赫。
三、双星定位系统
我国北斗"北斗一号"卫星导航系统是一种"双星快速定位系统",其工作原理是:首先地面中心站对其中一颗卫星连续发射询问脉冲束或询问信号,询问信号经卫星变频、放大,转发到测站,测站在接收到询问信号后变频、放大,并向两颗卫星发射应答信号,两颗卫星收到应答电文继而转发到地面中心站,地面中心站处理接收到的应答电文,得到测站坐标或交换电报信息,最后中心站经卫星把处理后的信息送给用户。
四、"北斗"的特点
"北斗"卫星导航定位系统卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯。具有快速定位、简短通信和精密授时的三大主要功能。快速定位:系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务,水平定位精度为100米,差分定位精度小于20米。定位响应时间:一类用户5秒、二类用户2秒、三类用户1秒。最短定位更新时间小于1秒,一次定位成功率95%。简短通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。精密授时:"北斗"导航系统具有单向和双向2种授时功能,根据不同的精度要求,定时传送最新授时信息给客户端,供用户完成与"北斗"卫星导航定位系统间时间差的修正。
五、"北斗"与GPS定位导航系统
GPS定位导航系统在6个轨道平面上设置24颗卫星,是覆盖全球的全天候导航系统,能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星,绕地球一周11小时58分。GPS采用被动式伪码单向测距三维导航,是一种无源定位导航系统,用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位,因此GPS的用户设备容量是无限的。且GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m,C/A码目前己由25-100m提高到12m,授时精度日前约20ns。但存在用户间、用户与地面系统之间无法进行通讯的问题。
"北斗"定位导航系统在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60€笆歉哺俏夜就恋那虻己较低场8哺欠段Ф?0€?140€埃蔽?€?55€啊?北斗"采用主动式双向测距二维导航,地面中心控制系统解算,供用户三维定位数据,是一种有源的导航系统,它不仅要接收地面中心控制系统的询问信号,还要求用户设备向同步卫星发射应答信号,因此"北斗"的用户容量是有限的,时间延迟也更长,北斗导航系统三维定位精度约几十米,授时精度约100ns。且北斗对于地面控制中心的依赖程度明显要大很多,一旦中心控制系统受损,系统就不能继续工作了。但它具有通信功能,弥补了无源位方式的不足。
六、小结
2000年以来,我国已成功发射了5颗"北斗导航试验卫星",建成北斗导航试验系统(第一代系统)。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能,并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。
目前我国正在建设的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,开放服务和授权服务(属于第二代系统)。并计划在2012年左右,"北斗"系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。
参考文献:
[1]黄克安.双星快速定位系统即提高定位精度途径[J].电讯技术,1991,(2).
[2]沈学标,吴向阳.GPS定位技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003,(7).
[3]边少锋,李文魁.卫星导航系统概论[M].北京:电子工业出版社,2005,(2).
[4]吴延忠,李贵琦.地球同步卫星定位[M].北京:解放军出版社,1992,(6).
[5]高益军,孙宝祥,陈闽.用相对差分GPS技术确定绕飞行轨道[J].航天控制,2001,19(3).
自1957年,苏联成功发射第一枚人造卫星"斯普特尼克"1号进入轨道后不久,美国两位科学家在追踪这枚苏联卫星时发现他们收到的无线电信号有多普勒频移效应,即卫星在飞近地面时,接收机收到的无线电频率逐渐增高,飞远时则逐渐降低。由此科学家产生灵感:卫星的轨道可由地面站测得的多普勒频移曲线确定,而知道卫星的精确轨道,就能确定地面接收机的位置。至此以后,一种先进的导航技术"卫星导航"悄然兴起。现用的卫星导航系统有美国的GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS系统、中国的"北斗"导航系统以及欧盟的GALILEO导航系统。
二、"北斗"导航系统
"北斗"卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统有两颗工作卫星、一颗备用卫星,备份卫星是在工作卫星发生故障时可接替其工作,而在工作卫星正常运作的情况下可以进行差分修正服务、附加导航等工作,以提高定位精度。
"北斗"定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务,定位精度可达数十纳秒 (ns)的同步精度,其精度与GPS相当。3枚卫星的位置分别位为东经80度、140度、110.5度,上传使用L频段,频率为1610-1626.5兆赫,下传则为S频段,频率为2 483.5-2500兆赫。
三、双星定位系统
我国北斗"北斗一号"卫星导航系统是一种"双星快速定位系统",其工作原理是:首先地面中心站对其中一颗卫星连续发射询问脉冲束或询问信号,询问信号经卫星变频、放大,转发到测站,测站在接收到询问信号后变频、放大,并向两颗卫星发射应答信号,两颗卫星收到应答电文继而转发到地面中心站,地面中心站处理接收到的应答电文,得到测站坐标或交换电报信息,最后中心站经卫星把处理后的信息送给用户。
四、"北斗"的特点
"北斗"卫星导航定位系统卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯。具有快速定位、简短通信和精密授时的三大主要功能。快速定位:系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务,水平定位精度为100米,差分定位精度小于20米。定位响应时间:一类用户5秒、二类用户2秒、三类用户1秒。最短定位更新时间小于1秒,一次定位成功率95%。简短通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。精密授时:"北斗"导航系统具有单向和双向2种授时功能,根据不同的精度要求,定时传送最新授时信息给客户端,供用户完成与"北斗"卫星导航定位系统间时间差的修正。
五、"北斗"与GPS定位导航系统
GPS定位导航系统在6个轨道平面上设置24颗卫星,是覆盖全球的全天候导航系统,能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星,绕地球一周11小时58分。GPS采用被动式伪码单向测距三维导航,是一种无源定位导航系统,用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位,因此GPS的用户设备容量是无限的。且GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m,C/A码目前己由25-100m提高到12m,授时精度日前约20ns。但存在用户间、用户与地面系统之间无法进行通讯的问题。
"北斗"定位导航系统在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60€笆歉哺俏夜就恋那虻己较低场8哺欠段Ф?0€?140€埃蔽?€?55€啊?北斗"采用主动式双向测距二维导航,地面中心控制系统解算,供用户三维定位数据,是一种有源的导航系统,它不仅要接收地面中心控制系统的询问信号,还要求用户设备向同步卫星发射应答信号,因此"北斗"的用户容量是有限的,时间延迟也更长,北斗导航系统三维定位精度约几十米,授时精度约100ns。且北斗对于地面控制中心的依赖程度明显要大很多,一旦中心控制系统受损,系统就不能继续工作了。但它具有通信功能,弥补了无源位方式的不足。
六、小结
2000年以来,我国已成功发射了5颗"北斗导航试验卫星",建成北斗导航试验系统(第一代系统)。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能,并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。
目前我国正在建设的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,开放服务和授权服务(属于第二代系统)。并计划在2012年左右,"北斗"系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。
参考文献:
[1]黄克安.双星快速定位系统即提高定位精度途径[J].电讯技术,1991,(2).
[2]沈学标,吴向阳.GPS定位技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003,(7).
[3]边少锋,李文魁.卫星导航系统概论[M].北京:电子工业出版社,2005,(2).
[4]吴延忠,李贵琦.地球同步卫星定位[M].北京:解放军出版社,1992,(6).
[5]高益军,孙宝祥,陈闽.用相对差分GPS技术确定绕飞行轨道[J].航天控制,2001,19(3).