第三代GPS导航卫星

GPS三代星——GPS blockIII预计2025年全部完成，这是它的星座轨道全图

 

GPS是Global Positioning System（全球定位系统）的简称，它是在“子午仪”卫星定位系统基础上改进发展而来的卫星导航系统。1979年，该系统的第一批（block1型）卫星首次从位于加利福尼亚的范登堡空军基地发射。至80年代末，GPS卫星系统基本组网完毕，可提供全球范围内的卫星定位和导航服务能力。

完整的GPS星座由24颗在轨卫星（其中21颗工作卫星、3颗备用卫星）组成，位于距地表20200千米上空，运行周期为12小时。卫星均匀分布在6个轨道面上，倾角为55°。理想状态下，全球任意一点、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。

GPS卫星由于大气分子的摩擦减速以及本身设备存在使用年限，每颗卫星都有一定的寿命，随着时间的推移，需要不断补发新的导航卫星进行替换。从80年代末至90年代末，GPS系统一共研制了两代导航卫星，二代星相比一代星，主要是采用更新的无线电发送组件，提高了定位精度，此外还通过增加燃料储备和采用耐用元器件等手段，延长了使用寿命。

2003年， GPS三代星——GPS blockIII研制计划启动，计划采用一系列新技术，并在2013年开始替换blockII卫星。三代星由美国国防工业承包商洛克希德·马丁公司开发，它要求实现的技术指标包括：

1、有更高的发射功率和新的抗干扰措施，为美军提出的21世纪“导航战”（NAVWAR）服务。三代星将大大增加敌方干扰其导航定位信号的难度，据洛克希德·马丁公司称，它的扛干扰能力比二代星提高了8倍。且它可以依据需要，迅速关闭特定地理位置的导航信号发送，而GPS一代星不能关闭特定地区的导航信号，二代星要关闭特定地区的导航信号也极为繁琐。

 

GPS三代星数据上行功能示意图

 

2、增加数据上行功能。目前的GPS卫星均为单向数据流，用户只可接收GPS卫星发送的导航信号，依此结算出自己的位置，而不能通过GPS卫星发送传递信息。GPS三代星组网完成后，配合新的双向客户端，用户将可以短信和短数据包的形式，将信息通过GPS三代星发送出去。届时GPS系统的客户端设备也将会和“北斗”-2一样，分为单向客户端（小体积、低造价、只能被动定位）和双向客户端（体积和造价略高，具备双向数据能力）两种。

3、采用高精度信号发送组件，结合新一代的用户端接收机，可将定位系统的精准度从目前的3米提升至1米。此外，它还进一步提升了导航系统对民用定位需求的支持。此外，GPS三代星将容许民用范围的国际卫星通用，即三代星发送的同时，将制定一个新的用户端接收机标准，新的接收机使用者将可通过欧洲的“伽利略”卫星定位系统及其它系统进行定位。这种设计将令民用定位卫星增至最多90个，与美国GPS现有的30个相比，精准度得到提高。

 

GPS blockIIIA卫星的在轨运行假想图

 

GPS三代星预计制造32枚，用于全面替换目前在轨运行的二代星，并留有一定的备份星组。2007年，洛克希德·马丁公司宣布GPS三代星进入工程研制阶段，预计于2012年正式发射。2010年，洛克希德·马丁公司宣布GPS三代星的计划略有延期，首发卫星需在2014年才能发射升空。为弥补三代星正式发射之前GPS系统卫星退役出现的空缺，研制了GPS block IIF卫星作为过渡产品。2014年，洛克希德·马丁公司宣布，GPS三代星的第一个型号——GPS blockIIIA首次发射需要延期到2018年。

本作品为“科普中国-军事科技前沿”原创 转载时务请注明出处