当代世界导航卫星巡礼——当代导航老大：GPS

导航定位很早就成为人类社会中不可缺少的一项技术。从古至今,人类在生产和生活实践中发明了多种导航方法,但都不十分尽如人意。随着航天技术的发展,卫星导航技术应运而生,其实质是把无线电导航台搬到太空上去,因而能克服地面无线电导航台的先天不足,不受气象条件、航行距离的限制,且导航精度也比较高。

1958年美国海军开始研制名为“子午仪”的多普勒卫星导航系统,它又称海军卫星导航系统。1960年4月13日发射成功世界第1颗导航卫星子午仪-1B,开创了人类卫星导航的新天地。

“子午仪”卫星运行在高度约1000千米的近圆极轨道,采用双频多普勒测速导航体制,使用这样的低轨道是为了避免减弱多普勒效应。由轨道面均匀分开的4～5颗“子午仪”卫星组成的空间导航网(导航星座),可使全球任何地方的导航用户能在平均每隔1.5小时左右利用卫星定位一次。实用型“子午仪”卫星采用重力梯度稳定,使天线对地定向。

其主要功用是：为核潜艇和各类海面舰船等提供高精度断续的二维定位,用于海上石油勘探和海洋调查定位、陆地用户定位和大地测量(测定地球形状和重力场)等。从1960年4月到80年代初共发射30多颗“子午仪”

;,其中子午仪-1B是用来对导航卫星方案及其关键技术进行试验鉴定,并验证双频多普勒测速定位导航原理,结果证明卫星导航可行好用。

当代导航老大：GPS

GPS是美国国防部开发的星基全球无线电导航系统,它可为全球范围内的飞机、舰船、地面部队、车辆、低轨道航天器,提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度以及时间数据。其主要任务是使海上舰船、空中飞机、地面用户及目标、近地空间飞近地空间飞行的导弹以及卫星和飞船,实现各种天气条件下连续实时的高精度三维定位和速度测定,还用于大地测量和高精度卫星授时等。

第1颗GPS卫星于1978年10月6日发射,1994年3月完成24颗卫星组网,1995年4月27日达到完全运行能力。GPS卫星已发展了2代4种型号,耗资300亿美元。现在轨道运行的为第2代的两种型号——GPS-2A和2R,卫星寿命约7.5年。

GPS由空间系统、地面控制系统和用户系统三大部分组成。其空间系统由24颗工作卫星和3颗备份卫星组成,分布在20200千米高的6个倾角为55°的轨道平面上,运行周期12小时。地球上任何地方任一时刻都能同时观测到4颗以上的卫星。地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制。用户系统为各种用途的GPS 接收机,根据用途它可分为测地型、全站型、定时型、普通型和集成型；根据携带者又可分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式和手持式。GPS接收机可装载于各种飞行器(包括导弹、炸弹)、舰船、车辆或者个人手持,还可以集成于计算机、测绘仪、照相机等仪器设备中。