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第三代GPS导航卫星

科普中国2016-09-26 23:02我要吐槽

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。

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作者:科普中国责任编辑:天极科普君)
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