|
提起卫星定位，很多人马上联想到军事，其实通讯、航天、探矿、救援、国防安全等领域，都离不开卫星定位系统，尤其是近几年卫星定位向消费市场发展的势头非常强劲。种种迹象表明，以GPS为代表的卫星定位应用产品，由于功能强大、使用方便、价格合适，很容易地提供位置、速度和时间信息，所以能很好的与其他系统结合，形成大量的新应用、新产 品，卫星定位系统迅速地进入我们日常工作、学习、生活和娱乐中，比如当前流行的汽车导航系统，手机导航系统等，卫星定位逐步地在改变我们的生活。
全球卫星定位系统，就好比“人类在太空里的眼睛”，哪个国家拥有这双“眼睛”，就好比掌握了太空战制胜的“王牌”。军事需要和巨大的商业利益，使世界各国在这一领域的竞争日趋激烈。
很多人一提到卫星定位，就想到GPS，其实卫星定位系统不止GPS，还有其他国家所研发的系统。目前，世界上仅有4套卫星定位系统处于工作或研制状态，即美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的“伽利略”以及我国的北斗。当然，GPS是应用最广泛的一套卫星定位系统。
很少有人知道， 格洛纳斯的正式组网比GPS还早， 这也是美国加快GPS建设的重要原因之一。格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目，格洛纳斯系统将使用24颗卫星实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大减，甚至无法为俄罗斯本土提供全面导航服务，更不要说和GPS竞争。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星定位系统，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。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卫星星座己布设完成。
2002年，欧盟的“伽利略”系统正式启动，目标是建成覆盖全球的卫星定位系统，既可以为公众提供基本信号，也可以为政府提供高度保密的信号，从而打破美国在这一领域的垄断。欧盟将为整个计划投入42亿多美元，总共发射30颗卫星。据介绍，一旦30颗卫星全部在轨运行，精确度将比GPS系统更高。
“伽利略”计划将严格遵守“仅限于民用”的原则。系统的首颗卫星是用俄罗斯的“联盟”号运载火箭推上了太空。作为“伽利略”计划的首个非欧盟合作伙伴，我国承诺向该计划投资2亿欧元。
作为我国国家安全和经济社会的核心基础设施，卫星定位系统决不能依赖于他国系统。我国于1994年开始自行研制国产卫星定位系统——北斗。我国卫星定位系统建设分为三步走。第一步，北斗一号系统，已于2003年建成并投入运营；第二步，北斗二号区域系统，于2004年启动，预计2012年建成；第三步，覆盖全球、高精度的北斗二号全球系统，预计2020年建成。
我国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和八颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。第八颗北斗导航卫星于2011年4月10日4时47分发射成功。这次发射标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建成。
GPS系统及其应用
前面大概介绍了四种卫星定位系统，从目前来看，GPS的应用及普及一路遥遥领先，尤其在我国，由于近几年GPS的应用非常广泛，并且逐步在改变我们的生活，因此接下来我们将具体介绍GPS及北斗系统。
GPS定位系统由三部分构成：第一是地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；第二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；第三是用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。在离地面1万2千公里的高空上有24颗GPS卫星，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
GPS的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A到卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A到另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点到另一个卫星的距离，也能精确进行定位。以上所述，要实现精确定位，要解决两个问题：第一是要确认卫星的准确位置；第二是要准确测定卫星到地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。
首先，怎样才能准确的知道卫星的准确位置呢？我们要有非常完美的轨道设计，并且在地面设立监测站，不断的检测卫星的运行状态，并且适时发送指令来保证卫星运行在预定的轨道上面。最后将正确的轨道转换为星图轨道的精确信息，注入卫星，再转发至我们的定位设备中。
这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户到卫星的距离。卫星是远在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢？
解决卫星与我们之间的距离需要一个非常简单的公式，距离=速度×时间。在这里，速度不是卫星的速度，也不是我们的速度，而是使用了一个绝对速度，光速。将所有的问题归结到了对时间信号的校准和测量上。因此，在每一个GPS卫星上都装载了十分准确的原子钟。（原子钟：利用原子的自震动频率来测量时间，是目前最为精确的测量方法。）并且在地面还有3个数据注入站，将卫星时钟与地面测控站的时间精确校对。
最后，将所有的信息传递到我们的定位终端中，测算出相对距离来运算我们的位置，在理论上只需要搜寻到4颗卫星就可以准确定位。在实际使用中会由于误差等因素，而需要更多的卫星或者更长的运算时间，但在实际使用的时候至少可以保证6颗至9颗卫星的连接没有问题。
总结一下GPS的原理，可知GPS定位其实分为四步：第一步：确定时间基准，并记录准确时间(光从卫星到被测点的时间)；第二步：算出卫星到被测点间的距离；第三步：利用“三点”定位；第四步：数据修正。
和其他三种卫星定位系统相比，GPS的普及更加广泛，据统计，目前应用已经超过500种，预计今后数年市场仍将以超过25%的年平均增长率发展。GPS的 主要用途分为三个方面：第一是陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制 等；第二是海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；第三是航 空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
|