GPS全球定位系统_资料_环天世纪/HTGNSS

GPS全球定位系统 
 
　　所谓“GPS”，就是英文“全球定位系统”三个词的词头缩写．它由24颗人造地球卫星（即围绕地球的6个圆形轨道上平均分布的导航卫星），设在美军基地上的空控站、注入站、监视站、以及广泛装备于飞机、舰艇、坦克乃至单兵的GPS接收机等组成．

　　GPS全球定位系统可实时连续地为用户提供三维空间的位置信息、测定用户的运动速度，并可提供精确的授时勤务，其定位误差不大于10米，授时误差不大于0.1秒，授时精度优于0.000001秒，且其电波信号还具有一定的抗干扰的能力．

　　GPS如何定位?

　　GPS采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位，简单地说就是用户同时向已知位置的3个导航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，在空间画3个球面，则该3个球面的相交点，就是用户的所位置了．所谓“时间同步”是指卫星上的时钟与用户设备内的时钟是精确同步的（譬如说校准到两者之间几万年才差1秒钟）；而“单程测距”则是指从导航卫星上发出的无线电测信号在传播到用户设备的这一单向行程中，就可以把它们之间的距离测量出来．

　　1999年3月27日，北约部队一架F-117A隐形战斗机被南联盟防空部队击落．飞行员跳伞后在脚触地的一刹那，通过手持式GPS全球定位信号发射器发出紧急呼救信号，当间谍卫星把呼救信号传送到北约空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了救援行动．6小时后，当一架EA-6B电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架MH-60G搜索与救援直升机降落在飞行员面前，把飞行员接上直升机并安全返回基地．

　　什么是GPS全球定位系统？

1．卫星多普勒定位技术

　　多普勒效应是1842年奥地利物理学家多普勒（Chritian Doppler）首先发现的，其可以表述为：当波源与观察者做相对运动时，观察者接收到的频率与波源发射的频率不同．波源相对于测站运动所引起的多普勒效应可用下式表示：

　　式中c为真空中的光速，v为卫星相对于测站的瞬时速度，fs为波源发射频率，fr为测站接收到的频率，a为波源瞬时速度方向与波源至测站连线的夹角．如果波源是卫星上已知发射频率的无线电信号发射源，卫星到测站的距离为r，则  为卫星的径向速度．(1)式经过整理得：

　　观测站就可根据所测量的接收频率而得出多普勒频移，再经过技术处理，算出卫星在某一瞬时与测站的距离差，从而确定测站的地心坐标．实际应用时，为了精确地测量多普勒频移Δf，通常在地面接收机内增加一个固定的频率，即“本征频率”，将接收到的频率与“本征频率”混频，得出差拍频率，最后用积分的方法导出多普勒频移或直接进行定位计算．

　　1957年10月4日，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，美国霍普金斯大学应用物理实验室的韦芬巴赫（G.C.Weiffenbach）和吉尔（W.H.Guier）等人根据多普勒效应的原理，在已知坐标的地面点x跟踪前苏联卫星播发的无线电信号，测得其多普勒频移，确定了前苏联卫星的轨道参数．随后，当时任该实验室研究中心主席的麦克雷（F.T.Meclure）等人设想了一个“反方案”，通过测量已知轨道参数的卫星播发的无线电信号的多普勒频移来测定测站的坐标，这就是卫星多普勒定位技术．

　　GPS全球定位系统

2．GPS全球卫星定位系统

　　1973年12月美国国防部为了满足美国陆海空三军的需要，开始研制“导航卫星定时和测距全球定位系统”（navigation satellite timing and ranging global positioning system），简称GPS全球定位系统．

　　GPS系统由太空系统、控制系统及用户系统组成．太空部分由21颗卫星和3颗备份卫星组成，卫星均匀分布在2万km高的6个轨道平面上，其运行周期为12小时，倾角为63°，可完全覆盖全球．卫星以1575.42兆赫和1227.6兆赫的频率发送导航信号．该系统的控制系统由1个主控站、1个上行数据传输站和4个监控站组成，其任务是保证卫星导航数据的质量．用户系统的设备由天线、接收机、带有软件的数据处理设备和“控制/显示”装置组成．

　　GPS系统主要执行导航、气象观测之类的任务，平时如遇营救等任务则就成为了搜索和营救卫星系统．目前搜索和营救卫星技术已趋于完善，能够提供24小时连续覆盖的实用型GPS系统已研制成功，它能监听到任何时刻由地球上任何地方的遇难者发出的呼救声，为营救部队指点迷津．
3．GPS系统的营救范例

　　GPS系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前，曾成功地营救过美国F-16战斗机的飞行员，1993年4月还曾营救过阿拉法特．

　　1993年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行途中不幸遇上沙暴，飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里．与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解数寻找未果，最后只好借助美国的侦察卫星．十几小时之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置，使阿拉法特获救．美国使用的这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星”全球定位系统，即GPS．由于它全球定位及时准确，被称为“当代观音”