“導航星”係統(GPS)
“子午儀”導航衛星係統高掛太空,給數以千艘船舶指明航向,可惜美中不足,不能全球、連續、實時、高精度地給運動物體導航,不能為它們提供高度和速度信息,當然更不能為飛行中的飛機導航。1973年12月,美國國防部又製定了一個“導航星”全球定位係統(GPS)的國防導航衛星計劃,建立一個供各軍種使用的統一的全球軍用導航衛星係統,原定15年建立。美國空軍需要用“導航星”係統對高度機動飛行的飛機進行導航,也想利用它來控製“靈巧”武器,打擊預定的目標。
“導航星”係統(GPS)基本工作原理是計算衛星發射機和地球上接收機之間的距離。如果同時接收來自三顆衛星的信號,把接收每一信號的時間記錄下來,利用已知的無線電傳播速度,就能計算出接收機所在的位置,然後以每一衛星到接收機的距離為半徑,以衛星為中心,作一個球體,這樣,對三顆衛星可以作出三個球體,這三個球體的交點就是接收機的所在位置。不過,要作精確的計算,時間上必須嚴格同步,不然,一微秒的誤差,會造成300米的定位誤差。為此,利用一個導航衛星來授時,這樣接收機同時接收來自四顆導航衛星的信號,也就是說至少要使四顆導航衛星同時出現在接收機的視場範圍之內,使接收機能“看得見”,才能“聽得到”。不論在地球哪一個角落,要求任何時刻都能同時收到四顆導航衛星的信號,才能精確地定位。
“導航星”全球定位係統的組成為三大部分:空間、控製和用戶。
空間部分包括18顆衛星,它似18個“勇士”,在大空充當“向導”。它們均勻分布在六個軌道平麵上,軌道傾角為53度,軌道高約兩萬公裏,周期12小時,保證任何用戶最低能連續看到四顆衛星。這就是,任何時候太空都有18個“勇士”中的四位以上,可以為潛艇、船隻或地麵車輛等充當“向導”。
“導航星”的每顆星重,I型約460公斤,11型衛星比1型衛星約大1/3,重為787公斤,以1575兆赫和1228兆赫頻率向地球發送信號。
控製部分由一個主控站、一個數據傳輸站和四個監控站組成,主要任務是跟蹤並保證衛星導航數據準確無誤。
用戶設備主要由天線、接收機、數據處理裝置和顯示裝置等組成。接收機接收四顆衛星發送的導航信號,數據處理裝置對數據進行處理,以獲得用戶所在三維位置(空間位置)、速度和時間數據,並可以換成用戶所需地理坐標係或其他坐標係表示的位置數據,在顯示裝置上顯示。