全球卫星导航定位的成长历程
   
  

卫星导航的观念最早可以追朔至1957年的由苏联发射的史波尼克( Sputnik )人造卫星,它是人类历史上的第一颗人造卫星。精密的电子导航系统则在二次大战时由美国麻省理工学院无线电实验室开发成功,它是采用以陆上无线电基地台为架构的导航系统利用无线电波的波长及电波到达的时间并以三角定位法由计算器算出所在位置这种装置虽然其误差值有可能超过一公里但是在GPS尚未出现之前却是大部份的飞机船舶所较能依赖的导航装置。

当苏联成功发射第一颗人造卫星的同时,美国约翰霍普金斯大学( John Hopkins University )展示了可以由人造卫星的无线电讯号的杜卜勒飘移(Doppler shift)现象来定出个别的卫星运行轨道参数,虽然这只是逻辑上的一点小进展,但是假如我们能得到卫星运行轨道参数,那么我们就能计算出在地球上的位置。

1960-1970年之间,美国和苏联开始研究利用军事卫星来做导航用途,大部份的系统都仅为空军或海军的个别需求。到了1974年,军方终于将过去所有的努力做成整合系统,也就是我们现在所熟知的NAVSTAR系统,至于苏联所开发的系统称为GLONASS也即将开始做商业运转。从1980年代后期开始,所有NAVSTAR系统的商业运转均归美国运输部底下的美国海岸防卫队负责,现在GPS已经和以地面基地台为架构的无线电导航系统结合,成为美国国家导航信息服务的一环。

GPS 的物理基础理论并没有想象中的深澳,基本的假设是,发射卫星的人可以一直追踪卫星的位置,然后卫星可以把这些数据直接传给你。

当有两个卫星讯号时,接收器算出来的位置只是两个球状讯号交会形成的一个圆形范围,而这个圆形范围到达地球表面时会有两个交会点,因此仍只能到粗劣的位置。第三个卫星讯号会在三个球状讯号中产生两个交会点,其中一个交点会到达地球表面,另外一点则在太空中卫星的另一侧,当然GPS会假定你不可能在太空那一点上。

卫星可以不断的传送轨道运行资料和由所载原子钟产生的精确时间数据,GPS 接收器上有一个专门接收无线电讯号的接收器,同时也有自己的时钟,当接收器收到一个卫星传来的讯号时,它可以经由内部微处理机换算成所在的位置数据,也就是说可以知道这个卫星离我们多远以及它的方向在那里,但是这个位置有可能是地球表面一个大圆弧上的某一点。

当GPS连续收到5到6颗卫星讯号以上时,就可以得到更精确的定位数据,每一个卫星都会产生一个不同的球状讯号,接收器会自动算出所有球状讯号共同的交会点在那里,由于每个卫星发射出来的讯号都不大一样,有时候还会失去讯号,因此以其平均值来提高精确度。

收到三个以上的卫星讯号就可以知道我们身处何处,我们可以从卫星送出来的时间讯号测得卫星是否仍在持续发送讯号,所以 GPS卫星接收器至少必须要能计算出位于三度空间上的垂直位置。

我们并不建议飞行员采信GPS的高度数据,顶多只能当做参考,因为高度的精度取决于个别卫星的频率,高度误差差不多是水平误差的二至三倍,举例来说我们曾测试过海拔高度约30公尺的地面,但其数值有时候会出现负60公尺的情况。这种情况对驾船的人来说,倒是可以不用理会,因为船只能在水平面上行驶。

NAVSTAR – 1997年

NAVSTAR 由三个部份组成,第一个部份是太空,由24个定位卫星在六个轨道上运转,它们以20,200 公里的高度以及12小时绕行地球一圈的速度绕着圆形轨道运转,这样才可以确保每一个卫星会在每天的同一时间通过地球表面的同一点,其结果是地球表面的任一角落的上空随时都有 5-8 个定位卫星通过。基于商业上的考虑,大部份的GPS卫星接收器都被尽可能设计成能的追踪最多颗数的卫星,但实际上只要能追踪四颗卫星就能达到定位的效果。

每一个卫星的运转寿命约为七年半,过了这个周期,运行轨道会偏移而且电力会逐渐耗尽。美国在这方面也早已做了准备,轨道上经常保持三颗备用的卫星,当发生卫星突然故障时,可做为紧急调配之用。

其次是由五个监视中心(Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia及Colorado Springs)和三个地面天线(Kwajalein,Ascension Island及Diego Garcia)以及位于科罗拉多州的Falcon空军基地的主控制站所组成的控制部份,监视中心只是被动的监视追踪卫星并累计范围数据,并将这些范围数据传送到科罗拉多州的主控制站,在此地更新修正导航数据后,再由地面天线传送到每一个卫星上。

最后一个部份即是由GPS卫星接收器和用户组成的部份。

越创公司简介

深圳市东莞越创实业有限公司是一家致力于GPS导航定位产品与驾驶安全预警系统于一体的高科技企业,公司位于深圳市宝安区高新技术产业园,公司现有GPS导航仪、雷达安全预警等系列产品。卓越创通与众多国际知名汽车电子企业的战略合作,使公司能够迅速掌握和了解全球同步的高精尖技术资源,以“科技创造精彩”为核心理念,不断实现技术突破与产品创新。

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