籠罩全球的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

美國(guó)的GPS系統(tǒng)

GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)防部研制部署和控制的軍民兩用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)防部從1973年開(kāi)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(yàn)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(dǎo)航定位星座系統(tǒng)。現(xiàn)運(yùn)行的GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)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(gè)等間距的軌道平面上，軌道高度為2.01836萬(wàn)公里，周期約12小時(shí)，用戶(hù)在任何時(shí)間都至少能看到4～6顆衛(wèi)星，定位一次僅需幾秒鐘，可實(shí)現(xiàn)全球范圍連續(xù)、近實(shí)時(shí)的定位、測(cè)速與授時(shí)。

GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)所發(fā)射的信號(hào)編碼有精碼與粗碼之分。精碼保密，主要提供給本國(guó)和盟國(guó)的軍事用戶(hù)使用，粗碼提供給本國(guó)民用和全世界使用，在50％時(shí)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(gè)銣原子鐘和銫原子鐘，測(cè)速精度達(dá)0.1米／秒，授時(shí)精度達(dá)100毫微秒。

1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，美軍將GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)首次應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)，并獲得巨大成功。lO多年來(lái)，GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，從美國(guó)本土到世界各地，從軍用到民用，從南極的科考隊(duì)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(dāng)然，GPS雖有“一統(tǒng)江山”的本領(lǐng)，但它存在自己的“死穴”、“盲點(diǎn)”。這其中最突出的就是它的抗干擾能力比較差，這一點(diǎn)，已經(jīng)被伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)所證明。事實(shí)上，美國(guó)五角大樓很早就認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，因此一直在從事GPS制導(dǎo)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(guó)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(dǎo)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(hào)，以對(duì)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(guó)的GPS系統(tǒng)一樣，也是由軍方負(fù)責(zé)研制和控制的軍民兩用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。從1982年10月開(kāi)始發(fā)射首顆導(dǎo)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(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中工作衛(wèi)星21顆，分布在3個(gè)軌道平面上，同時(shí)有3顆備用星。每顆衛(wèi)星都在1.91萬(wàn)公里高的軌道上運(yùn)行，周期為11小時(shí)15分。

“格洛納斯”與美國(guó)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(hào)采用碼分多址體制，每顆衛(wèi)星的信號(hào)頻率和調(diào)制方式相同，不同衛(wèi)星的信號(hào)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(lái)區(qū)分，每組頻率的偽隨機(jī)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(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾，因而具有更強(qiáng)的抗干擾能力。二是坐標(biāo)系不同。GPS使用世界大地坐標(biāo)系(WGS-84)，而“格洛納斯”使用前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系(PE-90)。三是時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不同。GPS系統(tǒng)時(shí)與世界協(xié)調(diào)時(shí)相關(guān)聯(lián)，而“格洛納斯”則與莫斯科標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相關(guān)聯(lián)。 “格洛納斯”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由于受俄經(jīng)濟(jì)發(fā)展不景氣的影響，無(wú)錢(qián)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，許多衛(wèi)星已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命而報(bào)廢，截止到2001年，“格洛納斯”在軌衛(wèi)星已由組網(wǎng)時(shí)的24顆減至8顆。近幾年，俄羅斯開(kāi)始著手對(duì)“格洛納斯”進(jìn)行現(xiàn)代化改造。按計(jì)劃，該系統(tǒng)將于2007年年底之前運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)只開(kāi)放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導(dǎo)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(dǎo)航定位系統(tǒng)是歐洲的衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航項(xiàng)目，該計(jì)劃于2002年3月正式啟動(dòng)，計(jì)劃在2008年建設(shè)完成。 “伽利略”全球衛(wèi)星導(dǎo)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(wàn)公里的3個(gè)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(xiàng)服務(wù)所必需的地面設(shè)施，負(fù)責(zé)衛(wèi)星星座的測(cè)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(xiǎn)。不僅如此，在地面更可以接收到至少3種信號(hào)：一是免費(fèi)使用信號(hào)，二是提高了安全性和準(zhǔn)確性需要交費(fèi)使用的加密信號(hào)，三是為滿(mǎn)足更高安全要求將采用更為嚴(yán)格加密機(jī)制的信號(hào)。如果使用伽利略系統(tǒng)，飛機(jī)能在任何機(jī)場(chǎng)降落，而不必考慮機(jī)場(chǎng)的技術(shù)設(shè)施如何；火車(chē)能在沒(méi)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(gè)區(qū)域，發(fā)送針對(duì)各自區(qū)域的集成信息。其典型功能是信號(hào)中繼，即向用戶(hù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過(guò)其他系統(tǒng)的中繼來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“伽利略”系統(tǒng)的接收機(jī)不僅可以接收本系統(tǒng)信號(hào)，而且可以接收GPS、“格洛納斯”這兩大系統(tǒng)的信號(hào)，并且具有導(dǎo)航功能與移動(dòng)電話(huà)功能相結(jié)合、與其他飛行導(dǎo)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(shí)間信號(hào)精度達(dá)到100納秒。必要時(shí)，免費(fèi)使用的信號(hào)精度可達(dá)6米，如與GPS合作甚至能精確至4米。正如一位專(zhuān)家所說(shuō)：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系統(tǒng)則能找到車(chē)庫(kù)門(mén)。”

中國(guó)的“北斗”衛(wèi)星

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

我國(guó)的“北斗”導(dǎo)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。“北斗”系統(tǒng)屬于區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)計(jì)劃2008年滿(mǎn)足中國(guó)及周邊地區(qū)用戶(hù)對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的需求。二是衛(wèi)星的數(shù)量和軌道不同。“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)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(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶(hù)提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)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(guó)GPS系統(tǒng)是一個(gè)接收型的定位系統(tǒng)，只轉(zhuǎn)播信號(hào)，用戶(hù)接收就可以做定位了，不受容量的限制。“北斗”系統(tǒng)是雙向的，用戶(hù)首先發(fā)射需要定位的信號(hào)，通過(guò)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(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶(hù)，這實(shí)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(guó)家也都在開(kāi)發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，印度空間研究組織的一名官員稱(chēng)，印度正在開(kāi)發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。日本計(jì)劃投入2000億日元，建成由3顆衛(wèi)星組成的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”，據(jù)稱(chēng)，該系統(tǒng)可以和GPS并用，定位精度高達(dá)十幾厘米，預(yù)計(jì)在2008年投入使用后的12年內(nèi)，會(huì)有6萬(wàn)億日元的經(jīng)濟(jì)效益。顯而易見(jiàn)，建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且更是一個(gè)國(guó)家國(guó)防和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。

[責(zé)任編輯] 林 京