我们的“北斗” 我们的北斗

时间：2019-01-07 03:31:46　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　从“子午仪”到GPS 　　　　GPS的中文名字叫“全球卫星导航系统”，它的前身是美国海军1964年研制的“子午仪”导航卫星。“子午仪”最重要的功能是为北极星核导弹提供精确的定位，以便准确实施核打击。同时也用于为核潜艇和水面舰艇导航，兼做大地测量。“子午仪”是人类建立的第一个卫星导航系统，它为现在的GPS奠定了坚实的基础。
　　为了解决“子午仪”存在的众多问题，美国从1973年开始开发新的卫星导航系统GPS，到1993年全部建成并投入使用，总共耗资300多亿美元。GPS系统包括三大部分：地面控制中心、导航卫星和GPS接收装置。负责全权控制的主控制站在美国科罗拉多，另外三个地面天线、五个监测站，则分布在全球各地。GPS共有27颗导航卫星，其中正在使用的24颗，备用的3颗。
　　由于增加了卫星数量，使用了最新的计时工具，GPS不仅解决了“子午仪”不能提供海拔高度数据的缺陷，而且定位的精度大为提高。但它针对军用和民用提供了不同的定位精度：军用为3米，甚至可达到1米。由于对民用信号增加了干扰机制，使精度下降到100米；2005年，又取消了这一干扰机制，使民用信号的定位精度提高到了5米，推动了GPS的普及。
　　
　　我在哪儿
　　
　　GPS是怎样确定接收器在地球上的位置的?首先，假定我们已经知道某一个GPS卫星的位置，而且又能准确测定你所在的地点A到该卫星之间的距离，那么，A点一定位于以卫星为中心、所测得的距离为半径的圆球上。如果又测得A点至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。更进一步，还可测得A点与第三个卫星的距离，这样A点只能是在三个圆球相交的两个点上。通过GPS内置的逻辑系统，可以很容易排除其中一个不合理的位置。为了万无一失，GPS通常会测量A点到第4颗卫星的距离，于是，4个虚拟圆球相交的点就是你所处的精确位置了。
　　显然，GPS定位需要的第一个重要条件，是要确定卫星的准确位置。为此，需要不间断地监视卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。并将正确的运行轨迹编成类似火车时刻表的“星历”注入卫星，且由卫星发送给GPS接收机。于是，你的接收器就能确定卫星的准确位置了。第二个重要条件，是要准确测定从卫星到你所在地点的距离。根据最简单的物理公式，只要知道卫星发射的导航信号到达接收器的间隔时间，再乘以光的传播速度，就可以确定从导航卫星到你所在处的距离了。为此，每颗导航卫星上都装有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息的同时，也发送精确的时间信息，使GPS接收器的时间与自身的时钟严格同步。
　　
　　打破垄断
　　
　　在相当长的一段时间内，美国垄断了全球军用和民用卫星导航市场。不仅经济上收获颇丰，而且军事上优势巨大。1991年，GPS在海湾战争中首次得到实战应用。随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。更为严重的是，长期以来美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号。这意味着地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人一清二楚，而其他国家只能知道个“大概”。更有甚者，在海湾战争期间，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭了对欧洲的GPS服务。
　　为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统“格洛纳斯”。它能够精确定位位于空中、水面和陆地的任何目标，确定它们的坐标，误差不到1米。在探测各种目标的移动速度时，误差可不超过每秒15厘米。当该系统的导航卫星的总数达到24颗时，其定位、导航范围可遍及整个地球。“格洛纳斯”也是俄军方负责研制和控制的军民两用的全球卫星导航系统。尽管其定位精度比GPS和欧洲的“伽利略”略低，但其抗干扰能力却是最强的。尽管美国的GPS已被包括俄罗斯在内的很多国家使用，但俄罗斯认为，在全球定位和导航这一重要领域不能完全依赖国外技术，必须保持技术的独立性。
　　欧洲的“伽利略”是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统，完全非军方控制、管理。它总共将发射30颗卫星，卫星高度为24126千米。完全建成并投入使用后，将为欧盟成员国和中国的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者提供精度为1米的定位导航服务，从而打破美国独霸全球卫星寻航系统的格局。由于“伽利略”系统能和美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”实现多系统内的相互合作，将来任何用户都可以用一个多系统接收机获得更多的导航卫星的信号，所以定位的精度将得到极大地提高。
　　
　　中国的“北斗”
　　
　　全球卫星导航系统是重要的空间基础设施，它综合了传统的天文导航定位和地面无线电导航定位的优点，相当于一个设置在太空的无线电导航台，可带来巨大的社会经济效益。除了与欧盟合作参加“伽利略”系统的建设外，我国还在建设拥有自主知识产权的“北斗”卫星导航系统。2007年2月2日，第四颗北斗导航试验卫星在西昌卫星发射中心，由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空；约24分钟后，星箭分离，卫星准确进入预定轨道，至今工作稳定、状态良好。
　　我们的“北斗”卫星导航系统空间段将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，将以开放服务和授权服务两种方式提供服务。前者在服务区内免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，测速精度每秒0．2米，授时精度为50纳秒；后者是向授权用户提供更精确、更有保障的定位、测速、授时和通信服务。
　　正在建设中的“北斗”卫星导航系统，计划2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，并逐步扩展为全球卫星导航系统。由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，用定位信号到达定位卫星的间隔时间来计算两者之间的距离，所以我们的“北斗”导航系统是一种“有源定位”系统。而GPS和俄罗斯、欧盟的定位系统都是接收机被动接受信号的“无源定位”系统。
　　我们的“北斗”卫星导航系统不仅具备在任何时间、任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力，而且还在定位性能上有所创新。它不仅能使用户知道自己的所在位置，而且还可以告诉别人自己的位置，这是其他三个导航系统所不具备的。与此同时中国还致力于提高“北斗”卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼容性，以提高卫星定位、导航和授时服务的性能。
　　尽管我们的“北斗”卫星导航系统在定位功能等方面，与GPS相比还稍有不及，并且“有源定位”的工作方式也很容易暴露用户的位置，保密性较差，但是，它正在勘探、测绘、电信、气象、水利和交通运输等诸多领域逐步发挥重要作用。尤其值得一提的是，它将确保我们在发生战争和有特殊用途时不受GPS的限制，这对加强我国的国防建设具有极其重要的意义。

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