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    全球卫星导航如何炼成精准定位

    2017-09-14 10:07:52来源: 中华网
    聊聊

    测绘网讯 日前我国正式宣布将于今年完成发射6至8颗北斗系统全球组网卫星任务并将于2018年前后完成18颗卫星发射率?#20219;?ldquo;一带一路”沿线国家提供基本卫星导航服务预计到2020年我国的北斗系统将建成具有全球服务能力的世界一流卫星导航系?#24120;?#24182;将在监测预警应?#26412;?#25588;等国家突发事件应急体系中发挥重要作用目前全球卫星导航技术正得到世界各国的?#20013;?#39640;度关注美国的第三代GPS计划已经启动日本印度等国也开始投入区域性卫星导航系统研究全球卫星导航系统究竟是如何“炼成”的让我们一探究竟

    采用导航卫星对地面海洋空中和空间用户进行导航定位的技术利用太阳月球和其他自然天体导航已有数千年历史由人造天体导航的设想虽然早在19世纪后半期就有人提出但直到20世纪60年代才开始实现1964年美国建成“子午仪”卫星导航系?#24120;?#24182;交付海军使用1967年开始民用1973年又开始研制“导航星”全球定位系统苏联也建立了类似的卫星导航系统法国日本中国也开展了卫星导航的研究和试验工作卫星导航综合了传统导航系统的优点真正实?#33267;?#21508;种天气条件下全球高精度被动式导航定位特别是时间测距卫星导航系?#24120;?#19981;但能提供全球和近地空间连续立体覆盖高精度三维定位和测速而且抗干扰能力强



    导航定位可不简单

      一般来说出门在外的我们要首先知道自己的位置然后找准方向选择最优的路线才能走入去往目的地的“康庄大道”以美国GPS系统为例遨游在太空的导航卫星都是“广播”卫星会不断地用无线电波发送自己的位置和时间地面上需要导航的用户只需要利用GPS接收机就可以接收到这些“来自星星”的广播信号

      已知3个点的平面坐标及3个点到1未知点的水平距离就可求解出未知点的位置当把3个已知点搬入太空成为3颗人造卫星再同时测得未知点与3颗卫星的距离就能求解出未知点的位置这就是常用的“距离后方交会”法当我们需要解算出自己的方位信息时相当于需要知道3个位置量和一个时间量就需要同时接收到4颗以?#31995;?#21355;星信号才有可能进行定位这也就是全球卫星导航系统都需要组建一个覆盖全球卫星星座的原因现有的全球卫星导航系统普遍选用了中高轨道来部署导航星座不仅实现成本较为低廉也可以仅凭20到30颗卫星就实现全球的广播信号覆盖

      在一个卫星导航系统内所有卫星的位置通过准确的测算就可形成卫星轨道星历卫星在广播的时候就会广播这个位置信息地面接收机就可据此计算出卫星在特定时刻的准确位置至于时间这个变量由于所有的信号都是以光速传播的电磁波每颗卫星随身携带的时钟?#23478;?#24120;精准普遍要达到1000年只差一秒的水平并由国家授时中心提供时间基准实现统一计时

      目前除北斗外的三种全球卫星导航系统普遍使用了上述单向终端自定位技术方案导航卫星发送报文终端只负责接收然后自行解码出自己所处的位置这种方案可在绝大多数地点实现定位但不具备将自身位置信息共享的能力我国研制的北斗卫星导航系统的定位方式有一定不同并不是由终端直接接收卫星广播信号去定位而是通过终端发送定位请求到地面的服务基站再由基?#23601;?#36807;卫星计算出坐标后发送给终端通过这种方案地面基站会保存每个终端的位置并能提供120字简短报文双向通信可在终端发生紧急情况时通知基站从而得到救援同时北斗系统短距离与基站的通信方式还能为在桥底隧道等地实现高精度定位提供可能

    深刻影响人类生活


      当然全球卫星导航系统是一个非常复杂的系?#24120;?#22312;?#23548;试?#34892;过程中还存在很多影响因素例如卫星在广播过程中所发射的信号要穿过大气层中的电离层?#25237;?#27969;层会不可避免地造成电磁波时?#21360;?#19968;旦信号在传播路径上被高楼高山?#26085;?#30861;物遮挡极有可能产生多路径误差等因此利用差分技术来校正测量误差等实现较好定位精度的导航增?#32771;?#26415;应用而生将进一步提升全球卫星导航系统的实用化水平

      自美国的GPS系统诞生以来全球卫星导航系统已经深刻改变了我们的生活人们对卫星定位的依赖也越来越严重无论是普通民众还是企业应用或是更高级的军事与科?#34892;?#27714;都离不开卫星导航的精准定位但与?#36865;?#26102;美国通过开发GPS系?#24120;?#22312;全球依托其巨大的国际市场建立起新的国际产业在军事应用方面GPS系统面向世界开放的只是民码精度比美国军方使用的军码存在较大差距一旦发生军事冲突美军极有可能将GPS系统服务停止或是发送欺骗码将会对使用国的国防和军事安全产生巨大威胁

      因此除美国外俄罗斯?#20998;ޡ?#25105;国甚至印度日本等都在研发自主的卫星导航系?#24120;?#30528;眼的就是本国的导航定位信息安全北斗系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要自主建设独立运行的卫星导航系?#24120;?#26159;为全球用户提供全天候全天时高精度的定位导航和授时服务的国家重要空间基础设施目前主要由空间段地面段和用户段三部分组成早在2000年年底我国就已经建成北斗一号系?#24120;?#24320;始向我国境内提供相关导航定位服务到2012年年底我国正式建成可向亚太地区提供服务的北斗二号系统目前我国已经全面启动北斗系统第三步即北斗三号系统建设预计将于2020年前后建成覆盖全球范围的北斗全球卫星导航系统

      未来的北斗三号系统在北斗二号系统基础上增加了性能更优兼容互操作程度更高用户体验更优的服务信号高精度时空信息服务能力将得到大幅提升为加快构建我国综合定位导航授时体系提供了强有力的技术支撑同时北斗系统将在灾难救援国防安全经济发展等领域发挥重要作用北斗导航系统的建设将带动涉及工业农业商业交通服务业等众多军民用领域快速发展产生的安全效益社会效益和经济效益将愈发?#28798;?#27979;绘网 小会

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