卫星定位 第4期

在漫长的历史长河中，“指南针”曾为无数的迷路人、探险者、航海家找到了方向，是人类文明进程的坐标。但科技的发展把我们带进了一个全新的世界。身处异地，你不再会因为辨不清方向而恐慌；父母带着你自驾游，也不再会因为找不到路而烦恼；汶川大地震中，在通讯中断的情况下，救援部队还是按指定时间到达了灾区，我们已可以准确无误地到达我们想到达的每一个陌生的地方，这一切都是因为我们拥有了神奇的“卫星定位”。

一、卫星定位及其发展

平常我们所说的卫星定位通常指的就是全球卫星定位系统(Global PositioningSystem)简称GPS。这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻、地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度。它的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具置。

GPS全球卫星定位系统由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。

空间卫星部分：由24颗卫星组成，分成6个轨道，运行于约20200千米的高空，绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。

地面监控部分：这是为了追踪及控制上述卫星运转所设置的地面管制站。地面共有1个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去。卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射至用户接收端设备，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给接收机来接收。

用户接收部分：追踪所有的GPS卫星。并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间，我们通常所说的GPS。就是指用户接收部分。

GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的卫星网工作，每天最多绕过地球13次，但是无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性。为GPS系统的研制打下了基础。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统，其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座已布设完成。

目前，在全球卫星定位系统方面，有美国的GPS系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、欧盟的伽利略系统和中国即将建立的北斗二号系统。现在使用范围最广的就是美国的GPS全球定位系统。

二、卫星定位的用途

1　用于地面车辆跟踪和城市智能交通管理

飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。目前越来越发达的道路，错综复杂的高架桥让驾驶者越来越难分辨道路。车载导航给驾驶者带来了极大的方便，而且现在的导航还具有提前预警电子眼、查询全国旅游景点、酒店等服务，也给旅游带来了极大的方便。

2　用于测绘、资源勘探等静态定位

利用卫星定位系统进行勘测要比传统测量方法的效率提高3倍以上，费用也可降低50％，还可以在过去人迹罕至的高原、沙漠和海洋获得大量的数据，为国家制图、城市建设开发和资源勘查带来更大的便利。

3　用于大气观测

地面GPS观测在国内气象学的应用越来越广泛。它可提供几乎连续的、高精度的可降水汽量数据，可用于恶劣天气预报。

4　卫星导航与信息化

数字地球、数字中国也离不开卫星导航，卫星导航与个人移动通信手机相结合可用于手机报警、请求安全援助或医疗急救，当今这方面技术已成熟，但只有在GPS组件的成本不使手机价格显著增加时，才可能被大规模使用。

三、中国的卫星定位系统

1　“北斗一号”系统

中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，国家高度重视卫星导航系统的建设。中国首先在2000年10月31日、12月21日成功发射两颗导航定位卫星，在2003年5月25日。我国使用“长征"-3A火箭成功发射了第3颗“北斗”导航定位卫星，第3颗“北斗”卫星是“北斗”卫星导航定位系统的备份星，它与前2颗“北斗”卫星组成了完整的卫星导航定位系统。这标志着我国已自主建立了完善的卫星导航定位系统。现在中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统即“北斗一号”系统。这个系统已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥作用，使我国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。当然中国目前拥有的卫星定位系统严格地说它不是全球卫星定位系统。只是区域性的定位系统，但在2008年北京奥运会、南方冰冻灾害、四川汶川抗震救灾中都发挥了重要作用。

2　“北斗二号”全球卫星定位系统

中国即将建立的“北斗二号”全球卫星定位系统，是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统(COMPASS，中文音译名称为BeiDou)，规划相继发射5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。2007年4月13日4时11分，一颗北斗导航卫星(M1)从西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭送入太空；2009年4月14日，北斗(G2)由“长征三号丙”运载火箭顺利发射，位于地球同步静止轨道；2010年1月17日，第三颗北斗卫星用“长征三号丙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。

至今我们共向太空发射7颗北斗卫星，按照建设规划，2012年左右，北斗卫星导航系。统将首先提供覆盖亚太地区的导航、授时和通信服务能力2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，该系统将致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。

3　参与“伽利略”卫星定位系统

中国参加了在计划中的欧盟的“伽利略”系统，“伽利略”卫星定位系统向美国的“太空霸权”发起了挑战。1999年。欧洲提出“伽利略计划”，向高度为2.4万千米的太空发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。该系统将主要服务于民用，与美国的GPS相比，“伽利略”系统更先进，也更可靠。美国GPS向别国提供的卫星信号，只能发现地面大约10米长的物体。而“伽利略”的卫星定位系统则能发现1米长的目标。一位军事专家曾形象地比喻说：GPS只能找到街道，而“伽利略”则可找到家门。如果“伽利略”系统用在军事上，就意味着其他国家也将装上美国才有的“千里眼”。

参与“伽利略”计划是迄今为止我国与欧洲最大的空间合作计划。2004年10月9日，中欧伽利略计划技术合作协议在北京正式签署，中国将投入2亿欧元参与“伽利略计划”冲国是正式加入“伽利略计划”的第一个非欧盟国家。这标志着我国航天事业在国际合作领域迈出走向世界第一大步。

未来的发展必将使卫星导航系统成为重要的空间基础设施，中国的卫星导航事业发展迅猛，已迈入世界前列，这将给我们带来更广阔、更便捷的现代生活。