您的位置:首页 > 百科大全 |

导航卫星

为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。卫星导航定位,具有高精度、全天候、能覆盖全球和用户设备简便等优点,在军事上有极重要的价值。

美国于1960年4月,发射了世界上第一颗导航卫星“子午仪”1B,并于1964年7月组成导航卫星网正式投入使用,主要是为核潜艇提供全天候导航定位(图1)。苏联在“宇宙”号卫星系列中,混编有类似“子午仪”这类导航卫星。为发展三维、全球、实时和高精度的导航卫星系统,美国于70年代初,开始研制第二代导航卫星“导航星”,预计于80年代中后期组网为全球定位系统。与此同时,苏联也在发展全球导航卫星系统。

美国“子午仪”导航卫星系统工作原理示意图

“子午仪”导航卫星运行在高度约1000公里的圆形极地轨道上,连续播送150兆赫和400兆赫的双频导航信号,采用双频是为了修正电离层对导航信号的折射影响。用户从测得无线电信号的频率变化(多普勒频移)中计算其相对于卫星的速度,根据这个速度和卫星发送的轨道参数与时间信号,即可算出自身的地理位置坐标。卫星的轨道参数是由地面上几个跟踪观测站同时进行测量和计算,通过注入站发往卫星的。“子午仪”导航卫星的定位精度一般为40~50米,其卫星网由5~6颗卫星组成,用户大约每隔1.5小时才能收到一次导航信号,因此不能做到随时定位。美国“导航星”全球定位系统的工作原理是多星时间测距(图 2)。每颗导航星都装有非常精确的铷原子钟(每3万年误差1秒)。卫星连续播送其位置和时间信号。如用户使用与卫星严格同步的时钟,同时接收3颗卫星发射的信号,测定信号从卫星到用户的传播时间,求得 3个距离,根据这3个距离及3颗卫星的轨道参数和时间信号,即可计算出用户的精确位置(经纬度和高度)。如果用户不携带高精度的原子钟,就需要接收几何位置适当的 4颗卫星发射的信号,才能精确定位,并获得精确的时间和运动速度。

美国“导航星”全球定位系统工作原理图

“导航星”全球定位系统由卫星网、地面控制站和用户导航设备三大部分构成。80年代后期,该卫星网将由18~24颗卫星组成。主要分布在间隔120°的 3个轨道面内。轨道高度约2万公里,倾角63°,周期约12小时。这样的卫星网可使任何地点或近地空间的用户,能同时收到至少 4颗卫星的信号,以保证全球覆盖、三维定位和连续导航。该系统定位精度为十几米,测速精度优于0.1米/秒,授时精度优于1微秒。

导航卫星可用来进行几何大地测量,但测量台、站必须遍布全球各地才能达到测地的目的。还可精确测定导航卫星的轨道摄动,用于计算地球重力场模型。