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GPS是在多种多样的方案中脱颖而出的吗?

2019-07-24 15:38 编辑:采集侠

无源系统广播信号,用户确定其位置,只是简单地“收听”信号。有源系统与每个用户进行互动(即用户可能要求询问系统)。有源系统能控制一批固定的数量有限的并行用户;无源用户可以为数量无限的用户服务。此外,军事用户不想通过辐射信号分发它的位置信息。

定位方法

多普勒、双曲线或三角学测量法。1970年时钟技术改进到时间同步信号可以用卫星发射的阶段。三角学测量法是个合乎逻辑的选择。因此,GPS定义为无源测距系统。

脉冲与连续波(CW)信号

脉冲信号是时分多址工作体制,所以每个卫星均有独立的传输时间。但是,扩频信号允许在一个无线频率上同时存在多个辐射信号。GPS是第一个广泛应用这种信号概念的系统,称为码分多址(CDMA)。

载频

L频段(1GHz~2GHz)是最佳选择。GPS需要20MHz的频谱,在20世纪70年代早期L频段相对还不拥挤(并非总是如此,现在就不是这样)。在较高的频段,电离层折射引起的测距误差会减少,但空间损耗(由于传播距离造成信号功率的衰减)和大气衰减会有所增加。

卫星星座和轨道

每个用户需要在视野内有四颗或更多的卫星,以确定其位置。提供这样的全球覆盖必须做到甚为经济才行。轨道的选择决定设计、卫星数量和发射与维护成本。轨道选择可能有:

① 低地球轨道(LEO):高度低于2000km的低轨卫星每次过境只见到10~20分钟,接收机经常会捕获新的卫星。多普勒变率高,由大气拖曳效应引起的轨道摄动也高。提供全球导航覆盖要求星座有100~200颗卫星。另一方面,发射费用较低,卫星只要低功率发射。

② 中地球轨道(MEO):高度在5000~20000km,每天轨道圈数为2~4圈,每次过境通常见到卫星为若干小时,发射费用高于LEO,但组成星座的卫星数量较少(为24~36颗)。

③ 静地轨道(GEO):卫星位于赤道上空36000km轨道上,对于地球上的观测者而言,似乎是固定不动的。用数量较少的卫星即可实现全球覆盖。另一方面,GEO星对高纬度覆盖能力要差,具有较高的发射费用,而且定位的卫星几何分布图形往往不够理想。

  基于这些考虑,GPS选择了24颗卫星的中轨道星座。美国国防部在1973年批准了其总体基本结构,1978年发射了第一颗卫星。系统在1995年宣布投入运行。


导航卫星的空中艺术图

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