美國的GPS系統(tǒng)

GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是由美國國防部研制部署和控制的軍民兩用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。美國國防部從1973年開始研制，1978年首次發(fā)射，在1978至1985年間共發(fā)射了第一代試驗型全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)衛(wèi)星“布洛克1”11顆。到1994年3月，完成了由24顆第二代全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)衛(wèi)星組成的導航定位星座系統(tǒng)。現(xiàn)運行的GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由24顆工作衛(wèi)星和4顆備用衛(wèi)星組成。它們分布在6個等間距的軌道平面上，軌道高度為2.01836萬公里，周期約12小時，用戶在任何時間都至少能看到4～6顆衛(wèi)星，定位一次僅需幾秒鐘，可實現(xiàn)全球范圍連續(xù)、近實時的定位、測速與授時。

GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)所發(fā)射的信號編碼有精碼與粗碼之分。精碼保密，主要提供給本國和盟國的軍事用戶使用，粗碼提供給本國民用和全世界使用，在50％時間內(nèi)可獲得6米精度。該全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)衛(wèi)星載有多個銣原子鐘和銫原子鐘，測速精度達0.1米／秒，授時精度達100毫微秒。

1991年的海灣戰(zhàn)爭，美軍將GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)首次應(yīng)用于實戰(zhàn)，并獲得巨大成功。lO多年來，GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)一直運轉(zhuǎn)，從美國本土到世界各地，從軍用到民用，從南極的科考隊員到伊拉克的美軍士兵身上，處處可以發(fā)現(xiàn)它的身影。

當然，GPS雖有“一統(tǒng)江山”的本領(lǐng)，但它存在自己的“死穴”、“盲點”。這其中最突出的就是它的抗干擾能力比較差，這一點，已經(jīng)被伊拉克戰(zhàn)爭所證明。事實上，美國五角大樓很早就認識到了這個問題，因此一直在從事GPS制導抗干擾技術(shù)的研究。目前，隨著現(xiàn)有GPS系統(tǒng)中占主體地位的第二代衛(wèi)星陸續(xù)接近“退役”年齡，美國正加緊新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的研制和部署。第三代GPS全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)將可能使用33顆衛(wèi)星，星載更高功率的M碼信號，以對付潛在干擾威脅。

俄羅斯的“格洛納斯”

俄羅斯的“格洛納斯”(GLONASS)系統(tǒng)與美國的GPS系統(tǒng)一樣，也是由軍方負責研制和控制的軍民兩用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。從1982年10月開始發(fā)射首顆導航定位系統(tǒng)衛(wèi)星，歷經(jīng)13年，到1995年12月完成了由24顆衛(wèi)星組成的“格洛納斯”全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，其中工作衛(wèi)星21顆，分布在3個軌道平面上，同時有3顆備用星。每顆衛(wèi)星都在1.91萬公里高的軌道上運行，周期為11小時15分。

“格洛納斯”與美國GPS有許多不同之處：一是衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。GPs的衛(wèi)星信號采用碼分多址體制，每顆衛(wèi)星的信號頻率和調(diào)制方式相同，不同衛(wèi)星的信號靠不同的偽碼區(qū)分。而“格洛納斯”采用頻分多址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機碼相同。由于衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率不同，“格洛納斯”可以防止整個衛(wèi)星導航系統(tǒng)同時被敵方干擾，因而具有更強的抗干擾能力。二是坐標系不同。GPS使用世界大地坐標系(WGS-84)，而“格洛納斯”使用前蘇聯(lián)地心坐標系(PE-90)。三是時間標準不同。GPS系統(tǒng)時與世界協(xié)調(diào)時相關(guān)聯(lián)，而“格洛納斯”則與莫斯科標準時相關(guān)聯(lián)。 “格洛納斯”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由于受俄經(jīng)濟發(fā)展不景氣的影響，無錢進行系統(tǒng)維護，許多衛(wèi)星已經(jīng)超過設(shè)計壽命而報廢，截止到2001年，“格洛納斯”在軌衛(wèi)星已由組網(wǎng)時的24顆減至8顆。近幾年，俄羅斯開始著手對“格洛納斯”進行現(xiàn)代化改造。按計劃，該系統(tǒng)將于2007年年底之前運營，屆時只開放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導航服務(wù)。到2009年年底前，其服務(wù)范圍將拓展到全球。

歐盟的“伽利略”系統(tǒng)

“伽利略”全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是歐洲的衛(wèi)星無線電導航項目，該計劃于2002年3月正式啟動，計劃在2008年建設(shè)完成。 “伽利略”全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)星座將由30顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星采用中等地球軌道，均勻地分布在高度約為2.3萬公里的3個軌道面上。地面控制設(shè)施包括衛(wèi)星控制中心和提供各項服務(wù)所必需的地面設(shè)施，負責衛(wèi)星星座的測定、管理和播送集成信息。

“伽利略”系統(tǒng)采用兩種頻段工作，這就好比上了雙保險。不僅如此，在地面更可以接收到至少3種信號：一是免費使用信號，二是提高了安全性和準確性需要交費使用的加密信號，三是為滿足更高安全要求將采用更為嚴格加密機制的信號。如果使用伽利略系統(tǒng)，飛機能在任何機場降落，而不必考慮機場的技術(shù)設(shè)施如何；火車能在沒有駕駛員的情況下高密度行駛；輪船即使在大霧中也能安全航行。

“伽利略”系統(tǒng)不但面向全球，還有區(qū)域服務(wù)單元，即把全球劃分為8個區(qū)域，發(fā)送針對各自區(qū)域的集成信息。其典型功能是信號中繼，即向用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過其他系統(tǒng)的中繼來實現(xiàn)，例如通過移動通信網(wǎng)來實現(xiàn)。

“伽利略”系統(tǒng)的接收機不僅可以接收本系統(tǒng)信號，而且可以接收GPS、“格洛納斯”這兩大系統(tǒng)的信號，并且具有導航功能與移動電話功能相結(jié)合、與其他飛行導航系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)越性能。

“伽利略”系統(tǒng)確定地面位置或近地空間位置要比GPS精確10倍。其水平定位精度優(yōu)于10米，時間信號精度達到100納秒。必要時，免費使用的信號精度可達6米，如與GPS合作甚至能精確至4米。正如一位專家所說：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系統(tǒng)則能找到車庫門?！?/p>

中國的“北斗”衛(wèi)星

2000年10月31日，我國第一顆導航定位系統(tǒng)衛(wèi)星“北斗一號”發(fā)射升空，拉開了我國自主建立“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的帷幕。2000年12月，我國發(fā)射了第二顆“北斗一號”衛(wèi)星。2003年5月，第三顆“北斗一號”導航定位系統(tǒng)衛(wèi)星作為備份星送入太空，標志我國第一代“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)基本完善。日前，我國成功將第四顆“北斗”導航試驗衛(wèi)星送入太空，這將進一步提高“北斗”導航系統(tǒng)的性能和可靠性。

我國的“北斗”導航定位系統(tǒng)與GPS和“格洛納斯”有很大的不同：一是使用范圍不同?！氨倍贰毕到y(tǒng)屬于區(qū)域性衛(wèi)星導航系統(tǒng)，我國計劃2008年滿足中國及周邊地區(qū)用戶對衛(wèi)星系統(tǒng)的需求。二是衛(wèi)星的數(shù)量和軌道不同?！氨倍贰毙l(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度為10米。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。三是定位原理不同。美國GPS系統(tǒng)是一個接收型的定位系統(tǒng)，只轉(zhuǎn)播信號，用戶接收就可以做定位了，不受容量的限制?！氨倍贰毕到y(tǒng)是雙向的，用戶首先發(fā)射需要定位的信號，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面控制中心，地面控制中心解算出位置后再通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，這實際上是既有定位又有通信功能，但是有容量限制。

除以上“四大定位系統(tǒng)”外，世界上其他國家也都在開發(fā)衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，印度空間研究組織的一名官員稱，印度正在開發(fā)衛(wèi)星導航系統(tǒng)。日本計劃投入2000億日元，建成由3顆衛(wèi)星組成的“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”，據(jù)稱，該系統(tǒng)可以和GPS并用，定位精度高達十幾厘米，預計在2008年投入使用后的12年內(nèi)，會有6萬億日元的經(jīng)濟效益。顯而易見，建設(shè)衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)不僅經(jīng)濟效益顯著，而且更是一個國家國防和綜合實力的重要標志。

[責任編輯] 林 京