劉進(jìn)軍

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），是美國(guó)繼“阿波羅”登月、航天飛機(jī)以后的第三個(gè)大型航天工程，由美國(guó)國(guó)防部建立。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是全球應(yīng)用最多的衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)1964年開始設(shè)計(jì)制造，1978年2月22日發(fā)射第一顆試驗(yàn)導(dǎo)航衛(wèi)星。1989年2月5日發(fā)射第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星，1993年底24顆導(dǎo)航衛(wèi)星全部發(fā)射完畢。

全球定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分類似地面無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，如羅蘭和德卡導(dǎo)航。1940年代初，發(fā)達(dá)國(guó)家在第二次世界大戰(zhàn)期間使用地面無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS的靈感來自1957年蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星。美國(guó)科學(xué)家理查德博士率領(lǐng)科研人員監(jiān)測(cè)蘇聯(lián)人造衛(wèi)星的無線電傳輸。他們無意中發(fā)現(xiàn)：人造衛(wèi)星傳送的衛(wèi)星信號(hào)的頻率有規(guī)律地變化。衛(wèi)星臨近時(shí)無線電信號(hào)頻率增高，衛(wèi)星離開越遠(yuǎn)信號(hào)頻率持續(xù)降低。這是典型的多普勒效應(yīng)。理查德博士意識(shí)到，由于他們知道自己在地球上的確切位置，通過測(cè)量多普勒失真，可以找出其中的衛(wèi)星；通過幾顆衛(wèi)星的比較就可知道自己所在的位置。1956年，F(xiàn)ried wardt提出了廣義的測(cè)試，將精準(zhǔn)的原子鐘放置在人造衛(wèi)星軌道。為了達(dá)到精度要求，衛(wèi)星導(dǎo)航的使用原則，以原子鐘裝入衛(wèi)星。

1960年，美國(guó)海軍使用第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，首次測(cè)試成功。它采用了5顆衛(wèi)星星座，并能提供一個(gè)導(dǎo)航修復(fù)約每小時(shí)一次。1960年4月，美國(guó)開始發(fā)射的“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星，采用多普勒頻移效應(yīng)方式。1967年，美國(guó)海軍開發(fā)的“航行時(shí)間（Timation）”衛(wèi)星，證明能在太空放置準(zhǔn)確的時(shí)鐘，利用先進(jìn)技術(shù)可以組建全球定位系統(tǒng)。1970年代，在歐米加地面導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)傳輸站相比較，成為第一個(gè)全球性的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。

軍事和民用部門都希望有準(zhǔn)確的導(dǎo)航，廣泛的需求。研究、開發(fā)、部署和運(yùn)行一套全球復(fù)雜的導(dǎo)航衛(wèi)星星座需要數(shù)10億美元成本。在冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽、導(dǎo)彈威懾、核威懾、太空爭(zhēng)霸，美國(guó)國(guó)會(huì)認(rèn)為美國(guó)非常需要導(dǎo)航衛(wèi)星，沒有理由懷疑費(fèi)用昂貴。為了達(dá)到威懾、阻嚇作用，美國(guó)有必要給全球定位系統(tǒng)提供經(jīng)費(fèi)。

核威懾，包括美國(guó)海軍潛艇、美國(guó)空軍戰(zhàn)略轟炸機(jī)和洲際導(dǎo)彈發(fā)射。各種導(dǎo)彈發(fā)射的準(zhǔn)確測(cè)定是核威懾一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)。美國(guó)國(guó)防部將它稱為“力量倍增器”。精確的導(dǎo)航將使美國(guó)潛艇在潛射彈道導(dǎo)彈之前得到一個(gè)準(zhǔn)確的固定陣地發(fā)射參數(shù)。美國(guó)空軍2/3的核威懾需要一個(gè)更準(zhǔn)確和可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)海軍和空軍努力發(fā)展自己的技術(shù)，同時(shí)要解決問題基本上是一樣的。為了提高洲際彈道導(dǎo)彈的生存能力，在使用機(jī)動(dòng)發(fā)射平臺(tái)時(shí)，需要更快發(fā)射彈道導(dǎo)彈，迅速撤出發(fā)射陣地。

1960年，美國(guó)空軍提出了無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，稱為移動(dòng)洲際彈道導(dǎo)彈精確控制系統(tǒng)，基本上是一套三維羅蘭控制系統(tǒng)。1963年，全球定位系統(tǒng)的概念誕生了。同年，一個(gè)“621B”項(xiàng)目的出現(xiàn)，可以看見GPS的影子。它承諾能提高對(duì)空軍轟炸機(jī)和洲際彈道導(dǎo)彈的精度。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)改進(jìn)“航行時(shí)間”衛(wèi)星。1967年，海軍首次推出裝載原子鐘的“航行時(shí)間”衛(wèi)星；1974年，第三次將原子鐘送入軌道。

隨著1960年代精確導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到，可以通過合成“621B”、 Timation和西科爾技術(shù)，開發(fā)出一個(gè)最好的出色的導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年勞工節(jié)那天，大約12名軍事人員在五角大樓討論了一個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（DNSS）。正是在這次會(huì)議上，美國(guó)國(guó)防部通過了合成、建造全球定位系統(tǒng)。當(dāng)年晚些時(shí)候，該計(jì)劃被命名為“DNSS”導(dǎo)航衛(wèi)星。為了區(qū)別衛(wèi)星與導(dǎo)航衛(wèi)星的名稱，一個(gè)更全面的名字被用來識(shí)別導(dǎo)航衛(wèi)星星座。這個(gè)更完整的名字就是導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)寫GPS。

GPS有兩大任務(wù)：空間導(dǎo)航與空間授時(shí)；核爆炸探測(cè)。目前，位于加利福尼亞州洛杉磯空軍基地的美國(guó)空軍太空司令部太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心的全球定位系統(tǒng)聯(lián)隊(duì)（GPSW）負(fù)責(zé)管理GPS衛(wèi)星導(dǎo)航星座，以及相關(guān)的地面控制設(shè)備和整個(gè)全球定位系統(tǒng)最終用戶。美國(guó)空軍太空司令部第50行動(dòng)大隊(duì)第2太空作戰(zhàn)中隊(duì)在美國(guó)科羅拉多州施里弗空軍基地負(fù)責(zé)GPS系統(tǒng)的指揮、飛控和管理GPS系統(tǒng)及空間導(dǎo)航、空間授時(shí)；同時(shí)，執(zhí)行核爆炸探測(cè)任務(wù)。

美國(guó)太空司令部GPS聯(lián)隊(duì)徽章

第50行動(dòng)大隊(duì)第2太空作戰(zhàn)中隊(duì)徽章

1983年，一架大韓航空公司007航班，承載269人。飛機(jī)在經(jīng)過蘇聯(lián)邊境時(shí)偏離航線，進(jìn)入薩哈林和莫涅龍島附近禁飛領(lǐng)空。蘇聯(lián)認(rèn)為飛機(jī)故意進(jìn)入軍事基地偵察將飛機(jī)擊落，機(jī)毀人亡。為了避免災(zāi)難再次發(fā)生，美國(guó)總統(tǒng)羅納德·里根發(fā)出一項(xiàng)指令：GPS可供民間自由使用。美國(guó)認(rèn)為：GPS一旦得到充分的發(fā)展，會(huì)成為人民的共同福祉。第一顆新GPS衛(wèi)星于1989年發(fā)射，第24顆、也是第一代最后一顆衛(wèi)星在1994年發(fā)射。

GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射列表（2010年5月24日止）

美國(guó)保留限制GPS系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度，或關(guān)閉公眾的GPS精度的權(quán)利。最初，最優(yōu)質(zhì)精確的GPS信號(hào)保留用于軍事用途。美軍及其盟國(guó)在沖突時(shí)將能夠使用它。GPS信號(hào)也可用于民用，提供給非美軍事用戶，但精度有限。信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過故意退化、“可用性選擇”等技術(shù)處理。美軍將計(jì)時(shí)脈沖畸變的過程，稱為“可用性選擇”。2000年5月1日，美國(guó)總統(tǒng)比爾·克林頓宣布，從午夜0時(shí)起，GPS 的“可用性選擇”關(guān)閉。民用全球定位系統(tǒng)的精度從300m提高到20m。

鎖定目標(biāo)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)分為三大部分：

空間段：由24顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座，衛(wèi)星分布在6條軌道上。每條軌道面上均勻分布4顆衛(wèi)星，運(yùn)行高度20200km，傾角63°。地球上任何地方至少同時(shí)可以看到4顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星圍繞著地球運(yùn)轉(zhuǎn)，每天兩圈。

地面段：由系統(tǒng)控制中心、中央同步器、遙測(cè)遙控站、激光跟蹤站和外場(chǎng)導(dǎo)航控制設(shè)備組成。地面段負(fù)責(zé)測(cè)量和預(yù)測(cè)各顆衛(wèi)星的星歷；將預(yù)測(cè)的星歷、時(shí)鐘校正值和衛(wèi)星星歷信息上行加載給每顆衛(wèi)星,以便以后編入導(dǎo)航電文；衛(wèi)星時(shí)鐘星鐘與整個(gè)系統(tǒng)同步；計(jì)算系統(tǒng)時(shí)間與UTC時(shí)間之間的偏差；進(jìn)行衛(wèi)星跟蹤、控制與管理；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)各種異常，立即將異常數(shù)據(jù)向系統(tǒng)控制中心報(bào)告。

用戶終端：主要設(shè)備是衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的用戶分為兩種。一種是美軍和盟軍使用加密的信號(hào)，精度很高。一種是民用，給普通的汽車、火車、輪船和人員服務(wù)。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的特點(diǎn)是高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位誤差不大于10m，時(shí)間誤差不大于0.1s，授時(shí)精度優(yōu)于0.000001s，僅需幾秒鐘到十幾秒鐘就能夠確定自己的位置和精確時(shí)間。

美國(guó)GPS有一項(xiàng)殺手锏——“快門”控制。在發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，美國(guó)將啟動(dòng)“快門”，不讓敵人利用GPS。即通過控制衛(wèi)星天線的指向、暫時(shí)關(guān)閉某一戰(zhàn)區(qū)的信號(hào)、加入密碼授權(quán)等方法，使敵方軍隊(duì)難以利用GPS系統(tǒng)。GPS甚至能發(fā)射虛假定位信息，欺騙誤導(dǎo)敵方。

美國(guó)的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星

1981年，美國(guó)國(guó)防部與洛克希德·馬丁公司合作，開始研制第二代全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，采用33～36顆高軌道衛(wèi)星組成星座，24顆工作星，12顆備份星，信號(hào)發(fā)射功率提高100倍，信號(hào)抗干擾能力提高1000倍以上。衛(wèi)星重759kg，設(shè)計(jì)壽命5年，攜帶了2個(gè)銣和2個(gè)銫時(shí)鐘，授時(shí)精度將達(dá)到1ns，定位精度提高到0.2～0.5m。衛(wèi)星新增加的核爆炸檢測(cè)敏感器，可以使導(dǎo)彈的精度達(dá)到1m以內(nèi)。

安裝第二代導(dǎo)航衛(wèi)星

美國(guó)第二代導(dǎo)航衛(wèi)星有5個(gè)系列，一直不斷地增加新功能、新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)宇航局和波音公司也參加到研發(fā)隊(duì)伍中來。第二代導(dǎo)航衛(wèi)星分別重1660kg、1850kg、2030kg、1545kg；設(shè)計(jì)壽命從7.5年提高到15年；運(yùn)行在20200km，傾角55°的圓軌道上。

第二代全球定位衛(wèi)星“GPS-2R”

美國(guó)GPS型號(hào)有“GPS”、“GPS-2”、“GPS-2A”、“GPS-2R”、“GPS-2RM”、“GPS-2F”、“GPS-3A”。第一代GPS共11顆，1顆失敗。第二代GPS衛(wèi)星“GPS-2”共9顆；“GPS-2A”共發(fā)射19顆；“GPS-2R”計(jì)劃部署21顆，已發(fā)射11顆，1顆失敗，其余的已被新衛(wèi)星頂替；“GPS-2RM”已發(fā)射8顆；“GPS-2F”計(jì)劃12顆。美國(guó)空軍到2010年5月，已經(jīng)發(fā)射了第二代導(dǎo)航衛(wèi)星5個(gè)系列47顆，只有1顆失敗。到2010年內(nèi)還要發(fā)射波音公司研發(fā)的第5個(gè)系列12顆導(dǎo)航衛(wèi)星。2010年5月28日，美國(guó)第一顆“GPS-2F”導(dǎo)航衛(wèi)星從肯尼迪航天中心第“37B”發(fā)射臺(tái)，搭乘“德爾塔”火箭升空。“GPS-2F”衛(wèi)星重1545kg，設(shè)計(jì)壽命15年，運(yùn)行在軌道20200km，傾角55°的圓軌道。

“GPS-2F”導(dǎo)航衛(wèi)星

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在美軍“沙漠之狐”行動(dòng)中，準(zhǔn)確率達(dá)98%，其中一個(gè)重要的因素就是空襲行動(dòng)得到了導(dǎo)航定位衛(wèi)星的支援。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍使用了近30顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星，空中、地面使用了約10萬部GPS接收機(jī)，提高了行動(dòng)速度和打擊精度。薩達(dá)姆由于沒有導(dǎo)航衛(wèi)星的支援，發(fā)射了1660枚地空導(dǎo)彈，但幾乎沒有炸到美軍。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)有3個(gè)精度標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值越小越好。定位精度以“米”為單位，速度精度以“米/秒”為單位，時(shí)間精度以“納秒”為單位。納秒只有10億分之1秒。時(shí)間精度和速度精度比較容易實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)航衛(wèi)星專家努力追求的是定位精度。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的精度很高。在第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍要攻擊一座伊拉克的水電站，切斷首都巴格達(dá)的電源。怎樣切斷電源，而又不徹底摧毀水電站呢？

“我認(rèn)為最好在大壩上鉆一個(gè)洞，上校?！?/p>

“說得容易！用什么在大壩上恰當(dāng)?shù)奈恢勉@一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩?。特種部隊(duì)？”

“不，上校，激光制導(dǎo)導(dǎo)彈能做這個(gè)外科手術(shù)，創(chuàng)口精度1m。沒有比這個(gè)更精準(zhǔn)的了?！?/p>

美軍戰(zhàn)機(jī)發(fā)射了激光制導(dǎo)的第一枚導(dǎo)彈，先炸開了一個(gè)洞口；1min后第二枚導(dǎo)彈從洞口里鉆進(jìn)，給水電站進(jìn)行了一次漂亮的微創(chuàng)手術(shù)。

美國(guó)的第二代導(dǎo)航衛(wèi)星改進(jìn)型

美國(guó)一直吃在嘴里、看著碗里，想著鍋里。美國(guó)第3代全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將改善導(dǎo)航精度，為作戰(zhàn)人員和民用用戶服務(wù)，并提供全球先進(jìn)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的安全性、準(zhǔn)確性和可靠性。第3代GPS衛(wèi)星“GPS-3A”計(jì)劃8顆，已經(jīng)由洛克希德·馬丁公司完成設(shè)計(jì)。衛(wèi)星采用洛克希德馬丁公司的“A-2100”型衛(wèi)星平臺(tái)。它的傳輸量第一代導(dǎo)航衛(wèi)星是的500倍，抗干擾能力增強(qiáng)一倍，提供更及時(shí)、更精確、更可靠、更能抗干擾的定位和導(dǎo)航服務(wù)。第3代全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由32顆新型衛(wèi)星組成，精確度達(dá)1m，能掌握全球的任何風(fēng)吹草動(dòng)。

位于賓夕法尼亞州新鎮(zhèn)的洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)計(jì)劃管理和衛(wèi)星的研發(fā)、組裝、集成，并在設(shè)在丹佛的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行空間試驗(yàn)和飛行驗(yàn)證。各有效載荷部分由美國(guó)各大公司研發(fā)。美國(guó)新澤西州克利夫頓的ITT公司提供導(dǎo)航系統(tǒng)；通用動(dòng)力公司負(fù)責(zé)先進(jìn)信息系統(tǒng)；亞利桑那州吉爾伯特的NCE大學(xué)提供網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、超高頻交聯(lián)、跟蹤遙測(cè)和指揮系統(tǒng)。首批8顆衛(wèi)星，價(jià)值14億美元。第一顆“GPS-3A”將于2014年發(fā)射。

美國(guó)第三代導(dǎo)航衛(wèi)星“GPS-3A”

“格洛納斯”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

俄羅斯的“格洛納斯”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，俄文名字是ГЛOHACC，英文名字GLONASS（Global Navigation Satellite System)?！案衤寮{斯”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在全球任何地方、任何時(shí)間精確測(cè)出三維位置、三維速度、時(shí)間和姿態(tài)參數(shù)?！案衤寮{斯”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)可為用戶提供高精度差分導(dǎo)航、自主精確導(dǎo)航、時(shí)間和頻率基準(zhǔn)、海上臺(tái)站管理以及精密測(cè)量等。

“格洛納斯”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)徽章

1960年代末到1970年代初，蘇聯(lián)確定發(fā)展以新衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。原有的“旋風(fēng)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，必須由接收觀測(cè)站花幾個(gè)小時(shí)來確定一個(gè)位置，使得它很多情況下無法導(dǎo)航，而新一代彈道導(dǎo)彈急需精確的導(dǎo)航。精確航行、精確打擊是蘇聯(lián)、俄羅斯夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。

從1968～1969年，蘇聯(lián)國(guó)防部、科學(xué)院、海軍院校和蘇聯(lián)宇航局合作開發(fā)了空中、陸地、海洋航行的單一導(dǎo)航系統(tǒng)。1970年，蘇聯(lián)批準(zhǔn)建立一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航體系。1976年12月，蘇共和蘇聯(lián)部長(zhǎng)會(huì)議中央委員會(huì)決定：統(tǒng)一空間導(dǎo)航系統(tǒng)，研發(fā)部署全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。從1982年到1991年4月，蘇聯(lián)成功發(fā)射了43顆衛(wèi)星，以及5顆試驗(yàn)衛(wèi)星。

1991年蘇聯(lián)解體，俄羅斯聯(lián)邦、總統(tǒng)鮑里斯·葉利欽下令繼續(xù)發(fā)展新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。1993年9月24日，新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)開始運(yùn)作，1995年12月完成。由于俄羅斯無法維持系統(tǒng)。 2002年4月，只有8顆衛(wèi)星在運(yùn)行，幾乎成為一個(gè)無用的全球?qū)Ш皆到y(tǒng)。

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)故障失修，2001年8月20日，俄羅斯聯(lián)邦計(jì)劃命名一種快速“全球?qū)Ш较到y(tǒng)”。據(jù)稱，對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，到2011年全面部署，即24顆衛(wèi)星在軌道上全球覆蓋。

2007年10月26日和12月25日，俄羅斯在拜科努爾航天中心2次發(fā)射6顆衛(wèi)星。俄羅斯第一副總理謝爾蓋·伊萬諾夫預(yù)測(cè)，GLONASS衛(wèi)星星座將多達(dá)18顆衛(wèi)星，為整個(gè)俄羅斯境內(nèi)提供導(dǎo)航服務(wù)；2010年，24顆衛(wèi)星將覆蓋全球。一旦這些衛(wèi)星全面啟用，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)將在俄羅斯90%、全球80%可用。目前，俄羅斯與印度、古巴和委內(nèi)瑞拉等國(guó)合作，推廣俄羅斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，用于由蘇聯(lián)研制的導(dǎo)彈等軍事目標(biāo)。

“格洛納斯”的好景不長(zhǎng)。俄羅斯聯(lián)邦宇航局局長(zhǎng)波米諾夫說，一種新的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)項(xiàng)目已經(jīng)開始。它名為“時(shí)代”全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，俄語(yǔ)：ЭРАГЛОНАСС。

“時(shí)代”全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：第一階段將包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器和一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，即允許112緊急服務(wù)營(yíng)運(yùn)商使用地理數(shù)據(jù)的汽車裝備；第二階段將涉及全球定位系統(tǒng)和具有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)功能的手機(jī)和智能手機(jī)。它將幫助盲人、視力下降者、老人、孩子和應(yīng)該負(fù)責(zé)監(jiān)督的人。

俄羅斯第一代“格洛納斯”導(dǎo)航衛(wèi)星，由24顆衛(wèi)星組成，21顆工作星和3顆備份星。24顆星均勻地分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上。3個(gè)軌道平面相隔120°。每個(gè)軌道面有8顆衛(wèi)星，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45°。“格洛納斯”采用三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，重1415kg，運(yùn)行在19100km、傾角64.8°的圓軌道上，設(shè)計(jì)壽命3年?！案衤寮{斯”提供L頻段信號(hào)，25個(gè)信道，銫時(shí)鐘提供時(shí)間準(zhǔn)確度為10億分之1秒，軍隊(duì)信道的分辨率在10～20m，民用信道100m。

“格洛納斯”全球定位系統(tǒng)示意圖

“格洛納斯”導(dǎo)航衛(wèi)星采用增壓密封圓柱體，重約1400kg,高3m，功率為1600W,壽命1～3年。衛(wèi)星下面裝有12個(gè)天線、各種測(cè)控天線、姿態(tài)敏感器等。衛(wèi)星主體外裝有游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、熱控制散熱窗。衛(wèi)星均采用三軸穩(wěn)定方式，采用精密銫鐘作為頻率基準(zhǔn)，一對(duì)太陽(yáng)帆板展開時(shí)寬度為7m以上。

“格洛納斯”導(dǎo)航衛(wèi)星

俄羅斯發(fā)射全球?qū)Ш叫l(wèi)星一般采取3顆、6顆多星發(fā)射的方式。1982年10月12日，蘇聯(lián)在拜科努爾航天中心第LC-200/39發(fā)射臺(tái)，第一次將2顆“格洛納斯”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空?！案衤寮{斯”系統(tǒng)不如美國(guó)的“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”精確；與歐洲“伽利略”系統(tǒng)也有一定的差距。

GPS與GLONASS技術(shù)比較

“格洛納斯”全球定位系統(tǒng)有3個(gè)系列：“GLONASS”、“GLONASS-M”和“GLONASS-K”。

“GLONASS”采用三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，2個(gè)太陽(yáng)能電池陣列，設(shè)計(jì)壽命3年，質(zhì)量1415kg，軌道高度19100km，傾角64.8 °。“GLONASS”的EIRP為25～27dBW，右旋圓極化。銫時(shí)鐘提供時(shí)間精度為1000ns。1982年10月12日，第一顆“GLONASS”衛(wèi)星，蘇聯(lián)代號(hào)“Kosmos-1413”，從拜科努爾航天中心第“LC-200/39”號(hào)發(fā)射臺(tái)搭乘“質(zhì)子”號(hào)發(fā)射。到2005年12月25日，第一代“GLONASS”衛(wèi)星共發(fā)射87顆，其中2次6顆失敗。

“GLONASS-M”是俄羅斯第二代導(dǎo)航衛(wèi)星，采用三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，重1415kg，設(shè)計(jì)壽命7年，運(yùn)行在19100km、傾角64.8°的圓軌道上。“格洛納斯-M”由21顆衛(wèi)星組成星座，5顆備份?！癎LONASS-M”提供故意退化的調(diào)制碼C/A信號(hào)，精度為100m；P調(diào)制碼的軍事信號(hào)的精度為10～20m?！癎LONASS-M”共計(jì)劃發(fā)射24顆。從2001年12月1日開始，俄羅斯用“質(zhì)子”號(hào)火箭單顆參加或3顆一組發(fā)射“格洛納斯-M”，到2010年3月10日已發(fā)射19顆，預(yù)計(jì)2010年底全部發(fā)射完畢。

“格洛納斯-M”第二代導(dǎo)航衛(wèi)星

“GLONASS-K”是俄羅斯第三代導(dǎo)航衛(wèi)星，也采用三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，重750kg，設(shè)計(jì)壽命10～12年，運(yùn)行在19100km、傾角64.8°的圓軌道上。“GLONASS-K”由21顆衛(wèi)星組成星座，3顆備份。衛(wèi)星的壽命增加到10～12年，重量減輕到只有750kg，并提供額外的L頻段導(dǎo)航信號(hào)。2004年，“GLONASS-K”研制完畢。它大大提高了民用信號(hào)導(dǎo)航精度和中繼。俄羅斯衛(wèi)星專家正埋頭苦干，盡快發(fā)射衛(wèi)星，不然衛(wèi)星又要過時(shí)了。2010年，俄羅斯計(jì)劃用“聯(lián)盟-2”火箭兩顆一組，或“質(zhì)子”號(hào)火箭三顆一組發(fā)射第一顆“GLONASS-K”。

“格洛納斯-K”導(dǎo)航衛(wèi)星

俄羅斯地大物博，生活著各種候鳥、動(dòng)物。它們?cè)鯓舆w徙的？途中經(jīng)過哪些國(guó)家和地方？各有什么區(qū)別？生存狀況如何？動(dòng)物學(xué)家很犯愁，因?yàn)閯?dòng)物學(xué)家不會(huì)飛，也不能跟著動(dòng)物周游列國(guó)。動(dòng)物們只會(huì)要吃的，不會(huì)說話。有了衛(wèi)星導(dǎo)航，給大雁安裝一只衛(wèi)星導(dǎo)航儀，坐在研究所里就知道大雁的遷徙路線和生存狀況。俄羅斯動(dòng)物學(xué)家已經(jīng)給主要候鳥繪制了遷徙的路線圖，甚至可以知道一只大雁從出生到死亡的全部信息。一只小小的衛(wèi)星導(dǎo)航儀就解決了科學(xué)家上百年不能解決的科學(xué)難題。

“伽利略”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

天文學(xué)家伽利略做夢(mèng)也想不到，歐洲的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)用他的名字命名。當(dāng)名人真好，當(dāng)一個(gè)有名的科學(xué)家更好。“伽利略”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由歐洲宇航局建設(shè)，是“以和平為目的”的民用衛(wèi)星定位系統(tǒng)。中國(guó)、印度等國(guó)與伽利略沒有血緣關(guān)系，但都參加“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃。

“以和平為目的”的民用衛(wèi)星定位系統(tǒng)

1999年，德國(guó)、法國(guó)、意大利和英國(guó)以不同的概念合作建造“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2003年5月26日，歐洲聯(lián)盟和歐洲宇航局對(duì)“伽利略”計(jì)劃的第一階段會(huì)議上正式同意通過?！百だ浴比蛐l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要用于民用，不像美國(guó)GPS由美國(guó)軍方運(yùn)行和主要使用者。歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只會(huì)接受在極端情況下為軍事目的關(guān)機(jī)。這將全面準(zhǔn)確地提供給民用和軍用用戶提供空間和時(shí)間參數(shù)。

2001年9月11日襲擊后，美國(guó)政府致函歐盟反對(duì)“伽利略”項(xiàng)目。美國(guó)認(rèn)為這將影響美國(guó)軍事行動(dòng)時(shí)關(guān)閉GPS的效果，為恐怖組織和國(guó)家提供便利。 2002年1月17日，“伽利略”項(xiàng)目發(fā)言人表示：由于美國(guó)的壓力和經(jīng)濟(jì)困難，“伽利略”幾乎死了。美國(guó)政府、歐洲聯(lián)盟成員國(guó)施加壓力，“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一個(gè)非常重要的衛(wèi)星定位和定時(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，差一點(diǎn)玩完。幾個(gè)月后，形勢(shì)發(fā)生急劇變化。

2002年3月，歐洲聯(lián)盟和歐洲宇航局同意“伽利略”基金項(xiàng)目計(jì)劃。2003年5月26日，歐洲聯(lián)盟批準(zhǔn)“伽利略”計(jì)劃。2005年開始，“伽利略”的研發(fā)費(fèi)用估計(jì)為11億歐元，衛(wèi)星計(jì)劃數(shù)為30顆。2006～2010年期間，“伽利略”系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行，最后的費(fèi)用估計(jì)為30億歐元，其中包括地球上的基礎(chǔ)設(shè)施。基礎(chǔ)設(shè)施將在2006年和2007年建成?！百だ浴庇?jì)劃為私人投資公司和投資者與歐盟和歐洲航天局投資，承擔(dān)至少2/3的實(shí)施費(fèi)用?！百だ浴毕到y(tǒng)服務(wù)分為收費(fèi)和免費(fèi)。加密的高精確度的高帶寬商業(yè)服務(wù)收取額外費(fèi)用，任何人都可接受自由開放式服務(wù)。

“伽利略”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)徽章

2004年6月，歐洲聯(lián)盟與美國(guó)簽署協(xié)議，同意轉(zhuǎn)為二進(jìn)制偏移載波1.1調(diào)制，允許GPS和伽利略共存，面向未來可以結(jié)合使用兩個(gè)系統(tǒng)。歐洲聯(lián)盟還同意處理與保護(hù)“共同關(guān)注盟國(guó)和美國(guó)的國(guó)家安全保障能力。”

2007年初，歐盟還沒有決定如何支付研制費(fèi)用。因?yàn)槿狈Ω嗟墓操Y金，項(xiàng)目被說成是“在深刻的危機(jī)”。2007年11月，歐盟同意重新分配預(yù)算資金和管理，軟化招標(biāo)程序，以邀請(qǐng)更多的歐盟企業(yè)。2008年4月，歐盟交通部長(zhǎng)批準(zhǔn)了“伽利略：計(jì)劃實(shí)施條例，34億歐元將來自歐盟的農(nóng)業(yè)和管理預(yù)算。這將允許簽發(fā)合同開始地面衛(wèi)星站的建設(shè)。

2009年6月，歐洲審計(jì)法院發(fā)表一份報(bào)告指出：嚴(yán)重延誤和預(yù)算超支，導(dǎo)致項(xiàng)目在2007年受阻，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的拖延和失敗。2009年10月，歐盟委員會(huì)將衛(wèi)星的數(shù)量削減到28至22顆，其余6顆計(jì)劃在稍后時(shí)間訂購(gòu)。歐盟委員會(huì)還宣布：2006～2013年的34億歐元預(yù)算仍然不足。2009年11月，歐洲宇航局在法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心附近為“伽利略” 建設(shè)了地面站。前兩顆衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃于2011年4月發(fā)射。

“伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS)的優(yōu)勢(shì)是衛(wèi)星數(shù)量多達(dá)30顆，備份3顆，均勻分布在3個(gè)軌道中。它最高精度是1m，抗干擾能力是最強(qiáng)的，優(yōu)于美國(guó)目前的“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”。衛(wèi)星專家說：如果“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”只能找到街道，“伽利略”可找到車庫(kù)門?！百だ浴睂?dǎo)航衛(wèi)星（Galileo）重640kg，運(yùn)行在高度23616km，傾角56°的軌道上。

“伽利略”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)每8s就刷新一次定位信息。每當(dāng)足球大賽的時(shí)候，總少不了糾紛。歐洲的裁判提議：讓導(dǎo)航衛(wèi)星當(dāng)裁判。足球比賽時(shí)，在足球上和足球隊(duì)員前鋒的腿上裝上微型衛(wèi)星定位儀，準(zhǔn)確精確地獲取位置信號(hào)，判斷是否越位或出界。導(dǎo)航衛(wèi)星當(dāng)裁判很公平，不會(huì)徇私、錯(cuò)判和誤判。

“伽利略”系列導(dǎo)航衛(wèi)星

衛(wèi)星導(dǎo)航與外科手術(shù)有什么關(guān)系呢？以前沒有關(guān)系，現(xiàn)在太有關(guān)系了。一個(gè)病人腦血栓或血管堵塞，怎么辦？這種病很危險(xiǎn)，非死既殘。醫(yī)生告訴家屬說：“一般的方法只能打開病人的頭顱或血管，取出血栓。這樣的手術(shù)對(duì)病人都是一種無奈和損害?！?/p>

“那有什么好方法呢？”

現(xiàn)在，歐洲的醫(yī)生會(huì)告訴說:“我們正在用一種新方法。納米機(jī)器人將病人帶到另一個(gè)奇妙的微觀的世界。刀口微小，只有針眼那么大，手術(shù)無痛苦、時(shí)間短?！?/p>

“納米機(jī)器人能行嗎？”每當(dāng)家屬發(fā)出疑問時(shí)，醫(yī)生就會(huì)放一段錄像，詳細(xì)講解先進(jìn)的醫(yī)學(xué)和高超的新科技。一顆極小的納米機(jī)器人放入血管，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下，精確地到達(dá)患處攻克粉碎血栓。病人從手術(shù)室里出來，就好像做了一個(gè)夢(mèng)。

“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)

歐洲宇航局一直在升級(jí)“伽利略”衛(wèi)星?！百だ浴比?qū)Ш较到y(tǒng)已發(fā)展4代：“GSTB-v2A”、“GSTB-v2B”、“Galileo-IOV”和 “Galileo”系列。

“GSTB-v2A”共有2顆，屬實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。英國(guó)薩里衛(wèi)星技術(shù)有限公司（SSTL公司）負(fù)責(zé)建造“伽利略”全球?qū)Ш较到y(tǒng)的首顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。衛(wèi)星重602kg，采用英國(guó)SSTL公司的“SSTL-900”衛(wèi)星平臺(tái)。2005年12月28日，第一顆“GSTB-v2A”在俄羅斯拜科努爾航天中心，搭乘“聯(lián)盟”號(hào)火箭從第“LC-31/6”發(fā)射臺(tái)升空?！癎STB-v2A”運(yùn)行在高度23616km，傾角56°的圓軌道。第2顆“GSTB-v2A”至今未發(fā)射，計(jì)劃取消。

“GSTB-v2B”衛(wèi)星由歐洲宇航局、伽利略工業(yè)公司和歐洲EADS Astrium公司建造，主要用于測(cè)試驗(yàn)證“伽利略”衛(wèi)星。衛(wèi)星重525kg，采用“Proteus”平臺(tái)。平臺(tái)重300kg，300W，配置2G內(nèi)存、頻段遙測(cè)發(fā)射機(jī)。姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)主要有速度陀螺儀、星跟蹤器、全球定位系統(tǒng)接收器、反應(yīng)輪，磁扭器等配置。2008年4月26日，“GSTB-v2B”衛(wèi)星從俄羅斯拜科努爾航天中心第“LC-31/6”發(fā)射臺(tái)升空。

“Galileo-IOV”計(jì)劃4顆試驗(yàn)衛(wèi)星，重約640kg，預(yù)計(jì)2011年在歐洲宇航局庫(kù)魯航天中心相繼發(fā)射?！癎alileo”衛(wèi)星計(jì)劃建造14顆，OMO公司提供衛(wèi)星平臺(tái)，英國(guó)薩里衛(wèi)星技術(shù)公司提供有效載荷。預(yù)計(jì)2012年，歐洲宇航局終于要在庫(kù)魯航天中心發(fā)射“Galileo-1”和“Galileo-2”號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星。

“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星內(nèi)部

測(cè)試通信系統(tǒng)

“伽利略”的發(fā)射計(jì)劃經(jīng)常變更、推遲，2008年4月26日，第2顆才升空。歐洲宇航局計(jì)劃于2010～2011年間兩批發(fā)射4顆“伽利略”衛(wèi)星升空。歐洲宇航局一直在表演慢動(dòng)作，人們有理由相信，還沒有等“伽利略”衛(wèi)星部署完畢，“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)“老”了，落后了。中國(guó)參加入股“伽利略”計(jì)劃，但沒有得到一點(diǎn)好處。中國(guó)有理由相信，歐洲人不但表演“慢動(dòng)作”，還在表演“雙簧”。