中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)

百問(wèn)不厭 -北斗導(dǎo)航科普知識(shí)系列(十二)
中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)
2019/12/26 14:40
第一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)叫什么?為什么?

第一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),又名美國(guó)海軍衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Navy Navigation Satellite System,NNSS),對(duì)外公開(kāi)的名稱是子午儀(Transit)系統(tǒng),因?yàn)樾l(wèi)星的軌道與赤道的夾角為90度,所以衛(wèi)星就沿著地球的子午線作南北向運(yùn)動(dòng),因此該星座被稱為“子午儀”系統(tǒng)。

由于子午儀系統(tǒng)的概念是Johns Hopkings大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的先行性成果。所以后來(lái)他們就負(fù)責(zé)整個(gè)計(jì)劃。從1958年原始概念出發(fā),到1961—1962年實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射,最終系統(tǒng)在1964年開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)然,榮譽(yù)必須和美國(guó)海軍事業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層分享,他們支持革命性的理念,并迅速地在六年間將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ飨到y(tǒng)。

由于航天技術(shù)、無(wú)線電定位技術(shù)的發(fā)展,利用衛(wèi)星發(fā)出的無(wú)線電信號(hào),實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的導(dǎo)航定位成為可能。美國(guó)為了滿足其軍事對(duì)快速高精度導(dǎo)航定位的需要,特別是軍用艦艇海上導(dǎo)航需要,美國(guó)海軍武裝實(shí)驗(yàn)室于1958年起,實(shí)施建立“海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”(Navy Navigation Satellite System-NNSS)。該系統(tǒng)中的衛(wèi)星軌道都經(jīng)過(guò)地球兩極,故稱“子午衛(wèi)星系統(tǒng)”。1964年建成后,開(kāi)始用于美國(guó)北極星核潛艇的導(dǎo)航定位,后逐步用于其它各種艦艇的導(dǎo)航定位。1967年系統(tǒng)解密,提供民間商業(yè)用途。

“子午儀”是世界上第一套衛(wèi)星定位系統(tǒng),具有劃時(shí)代的意義。但是,由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少(每個(gè)軌道只有一顆,總計(jì)只有6顆)、衛(wèi)星運(yùn)行高度較低(平均約1000公里),故每隔1-2小時(shí)才有一顆衛(wèi)星飛過(guò)地面觀測(cè)站,不能同時(shí)觀察多顆衛(wèi)星;一臺(tái)接收機(jī)要觀測(cè)一次完整的衛(wèi)星通過(guò)數(shù)據(jù),才能定位,定位時(shí)間長(zhǎng)(平均約10-15分鐘);無(wú)法提供快速連續(xù)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航定位。另外,受地球重力場(chǎng)影響大,受大氣阻力影響大,定位精度低(單機(jī)15分鐘定位精度200米;雙機(jī)相對(duì)定位1天時(shí)間,精度1米),只能用于低動(dòng)態(tài)、低精度定位,難以滿足飛機(jī)、導(dǎo)彈等高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位要求。

為了解決以上問(wèn)題,美國(guó)海軍又提出Timatiom計(jì)劃,提高子午衛(wèi)星定位能力。同時(shí),美國(guó)空軍也在開(kāi)展621B衛(wèi)星定位系統(tǒng)研究,即在傾角為00、300、600   的橢圓軌道上,布設(shè)15-20顆衛(wèi)星,使用帶數(shù)字信號(hào)的偽隨機(jī)噪聲調(diào)制進(jìn)行測(cè)距,以實(shí)現(xiàn)全球連續(xù)的三維定位。

美國(guó)國(guó)防部于1969年建立了國(guó)防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(DNSS)計(jì)劃,將各軍種獨(dú)立的研制工作統(tǒng)一起來(lái),形成了統(tǒng)一的聯(lián)合使用系統(tǒng),由美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)辦公室(OSD)建立導(dǎo)航衛(wèi)星執(zhí)行調(diào)控小組,制定DNSS可行性研究規(guī)劃。新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)名為“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)”,簡(jiǎn)稱GPS。具體計(jì)劃由GPS聯(lián)合計(jì)劃辦公室(JPO)制定。GPS JPO還負(fù)責(zé)管理新衛(wèi)星,地面控制設(shè)備和軍用接收機(jī)的研制和生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)20年的努力,花費(fèi)200多億美元,終于1993年系統(tǒng)基本建成,1995年宣布正式服務(wù)。

  前蘇聯(lián)第一個(gè)人造地球衛(wèi)星
 
美國(guó)的子午儀衛(wèi)星