前景光明的全球定位系統(tǒng)

　　如果我們不健忘的話，我們?nèi)阅芑貞浧?0世紀(jì)90年代初期美、英等國(guó)對(duì)付伊拉克的那場(chǎng)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)。那是一場(chǎng)高科技之戰(zhàn)。在此戰(zhàn)役中，美國(guó)給每一個(gè)步兵連配備了一種稱為全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器的裝備，以使所屬部隊(duì)在荒漠、酷熱的沙漠中能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地獲悉各種信息，能動(dòng)地打擊敵方。



　　全球定位系統(tǒng)（GPS）是最初由美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)的高科技產(chǎn)品。它原本由美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)研發(fā)且專門(mén)應(yīng)用于軍事目的，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)提供全球范圍內(nèi)的所服務(wù)對(duì)象的三維立體坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息服務(wù)。1996年2月，美國(guó)政府正式宣布將GPS開(kāi)放為軍民兩用系統(tǒng)，但仍實(shí)行SA（可用性選擇）政策，故意劣化定位精度，使民用受到限制，以保護(hù)美國(guó)國(guó)家利益。2000年5月1日，美國(guó)總統(tǒng)宣布將SA置為零，這無(wú)疑將在很大程度上促進(jìn)民用GPS應(yīng)用的發(fā)展和普及化，使GPS成為一個(gè)新的“應(yīng)用爆發(fā)領(lǐng)域”（注意不是“應(yīng)用增長(zhǎng)領(lǐng)域”）。



　　GPS的民用范圍如此之廣，應(yīng)用層次如此之多，完全出乎當(dāng)時(shí)原系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的意料�？梢哉f(shuō)，GPS的民用領(lǐng)域現(xiàn)已包括陸地運(yùn)輸、海洋運(yùn)輸、民用航空、通信、測(cè)繪、建筑、采礦、農(nóng)業(yè)、電力系統(tǒng)、醫(yī)療、科研、家電、娛樂(lè)等。因此，GPS業(yè)界流行一句名言：GPS的應(yīng)用只受到人們想像力的限制。如今，GPS所達(dá)到的定位精度范圍已從10米級(jí)到毫米級(jí)，其星上時(shí)鐘源也已從銣原子鐘過(guò)渡到銫原子鐘和氫脈澤時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，工作壽命和精度大幅提高，可給世界各地提供頻率精度為1×10-10的參考頻率。據(jù)美國(guó)商務(wù)部統(tǒng)計(jì)，2000年全球GPS用戶機(jī)的年銷售額為80億～90億美元。到2003年，GPS民用產(chǎn)品將超過(guò)160億美元�？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，到2010年后，GPS的應(yīng)用產(chǎn)品將成為人們?nèi)粘Ｉ�活中不可缺少的一部分，也是各類產(chǎn)品研發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)。



工作原理與平臺(tái)構(gòu)成



　　GPS的工作原理可謂原始而簡(jiǎn)單。在衛(wèi)星應(yīng)用初期，就有科學(xué)家想到可將各類運(yùn)動(dòng)物體的參照系搬移到太空中，其定位原理是將物體的瞬間立體目標(biāo)的位置坐標(biāo)（X，Y，Z）用已確定的相距距離的已知參考點(diǎn)所發(fā)出的極其精確的無(wú)線電脈沖時(shí)鐘源來(lái)測(cè)定，然后利用地面接收器中已存入的由高等解析幾何所構(gòu)成的模型，建立三維位置量和一個(gè)時(shí)間量的算法方程。



　　GPS為全球用戶提供了非常精確的三維定位坐標(biāo)信息、速度信息、時(shí)間和頻率參考，它以4個(gè)衛(wèi)星射頻信號(hào)的時(shí)間測(cè)量為基礎(chǔ)，整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)平臺(tái)由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，衛(wèi)星呈現(xiàn)出55度傾角，均勻分布在6個(gè)近圓軌道內(nèi)，軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分鐘，軌道半徑為26560公里，這些軌道衛(wèi)星每日重復(fù)同樣的地面軌跡。因此，在地球上任何地方的用戶都可以在其地平線上方5度范圍內(nèi)見(jiàn)到至少4顆衛(wèi)星。通過(guò)接收來(lái)自一個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，用戶在獲知其具體位置和高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，可以確定GPS的時(shí)間和頻率參數(shù)。衛(wèi)星載波信號(hào)以兩個(gè)L波段頻率（1227.6MHz和1575.42MHz）發(fā)射，以便可以修正信號(hào)的時(shí)延，信號(hào)分別用P碼和C/A碼調(diào)制。P碼用于精確的時(shí)間測(cè)量，C/A碼使信號(hào)易于鎖定。為了使GPS信號(hào)可以用一個(gè)偶極天線接收，使用了碼分多址（CDMA）尋址的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，所有的衛(wèi)星都是同步的，星上時(shí)鐘源采用的是銣原子鐘或銫原子鐘等高精度高穩(wěn)定的時(shí)鐘振蕩器。由此可見(jiàn)，超精度和超穩(wěn)定的時(shí)鐘及穩(wěn)定的空間構(gòu)架平臺(tái)是GPS的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。



　　從整體上說(shuō)，GPS主要由三大部分組成:空間部分、控制部分、用戶部分�？臻g部分由衛(wèi)星星座構(gòu)成，控制部分由地面衛(wèi)星控制中心進(jìn)行管理，用戶部分則由軍用和民用研發(fā)廠商開(kāi)發(fā)、銷售、服務(wù)。空間部分和控制部分目前均由美國(guó)國(guó)防部掌握。




摘自　計(jì)算機(jī)世界