GPS全球卫星定位系统成功运行25周年


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        GPS全球卫星定位系统已经成功运行了25年之久:GPS全球卫星定位系统在现代生活中的重要性是不言而喻的,自从1957年第一颗人造卫星发射以来,短短数十年间人类的航天技术已经取得了惊人的进步,美军是最早开始研究并部署导航卫星的国家,早期的子午卫星系统就是一个典范之作,可以为海军舰艇提供导航服务。现在美国已经拥有了强大的GPS全球卫星定位系统,第一颗GPS全球卫星定位系统工作星在1989年2月于卡纳维拉尔角发射场发射升空,目前该系统已经运行了25年之久,是现代世界的奇迹之一。

   GPS全球卫星定位系统共有24颗卫星在轨运行:GPS全球卫星定位系统已经成为现代生活中不可分割的一部分,智能手机应用、导航、救灾、军事等领域都严重依赖卫星定位,该系统共有24颗卫星在轨运行,分别部署在6个轨道平面上,每个轨道平面上部署3至4颗导航星,其中21颗为工作星,3颗为备用星,轨道平面与地球赤道面的夹角为55°,平均轨道高度为2万公里左右,一个轨道周期接近12个小时。因此在地平线上的卫星最多可以达到11颗,在地球上任何一个地方可以看到4颗以上的导航星,可以满足一定的导航需求。

  为了实现全球定位,我们至少要获得4颗导航星的信号:我们现在所使用的手机、车载GPS定位和导航功能都是基于这个系统,如果你可以获得两颗或者三颗卫星的参数,那么就可以通过三角测量计算出自己在地球上的位置,当所有的导航星都处于工作状态时,我们任意获得至少4颗卫星的信号就可以得知自己高度、速度和移动方向。

  爱因斯坦的相对论是GPS全球卫星定位系统成功运行的重要基础:为了进行精确的测量,GPS全球卫星定位系统需要极为精确的计时,这就是为什么每颗卫星都会携带高级原子钟,这一原理来自爱因斯坦的相对论,时空上的变化使得卫星上的时间和地面上的时间存在差异,因为卫星运行的速度更快,这就会导致卫星上的时间与地面上的时间存在每天38微秒的变化,如果没有采取措施,那么GPS全球卫星定位系统将无法正常工作。

  早期的导航卫星主要为核潜艇服务:GPS全球卫星定位系统诞生于太空竞赛,1957年苏联发射了人造卫星,科学家认识到卫星的制高点可以实现对地面某一点的导航和定位,这就像多普勒效应那样,当人造卫星接近你时,无线电信号波长就会被压缩,远离你时波长就会被拉伸。此后科学家开始通过第一台商业计算机计算人造卫星的轨道,并为潜射弹道导弹服务。

  GPS全球卫星定位系统是目前世界上最先进的GPS全球卫星定位系统:早期的GPS全球卫星定位系统是非常昂贵的,一个具备全球定位的卫星系统花费相当于今天的80亿美元,当时主要为美军的核潜艇服务,因为在潜艇发射导弹的时候需要准确知道自己的位置。目前GPS系统也是世界上唯一高效的定位系统,俄罗斯和中国的定位系统整体情况仍然无法与GPS相提并论,美军担心GPS技术被敌人所利用,因此降低了民用领域的定位精度,起初定位精度控制在100米,现在逐步放宽到5至10米。

 

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