离开GPS,美军还能打仗吗?

中国第七颗"北斗"导航卫星近日升空,这标志着中国的北斗卫星导航系统工程建设又迈出重要一步,卫星组网工程正按计划稳步推进.然而,外界也传来一片杂音.美国航天专家表示"美方应尽快升级GPS,以确保其在卫星导航领域的绝对优势";五角大楼甚至称"美国必须减少对GPS的依赖,并开发GPS的替代物".     

离开GPS,美军能打仗吗?

中国第七颗"北斗"导航卫星近日升空,这标志着中国的北斗卫星导航系统工程建设又迈出重要一步,卫星组网工程正按计划稳步推进。然而,外界也传来一片杂音。美国航天专家表示"美方应尽快升级GPS,以确保其在在过去多次局部战事中,美军GPS系统出尽风头     

多遮挡环境中系统时差辅助多模导航信息融合技术研究

目前,卫星导航已经进入多元化时代,美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统正在运行,欧盟开发的Galileo系统在持续推进中,中国的北斗二代卫星导航系统第一颗卫星已经发射成功,印度也在发展其基于同步卫星的导航系统.可以预见,将来的卫星导航系统将达到5个之多.     

全球定位系统（GPS）简介

一、GPS系统及构成全球定位系统即Global Positioning System,简称为GPS,是美国国防部为军事目的而研制的导航定位授时系统,旨在彻底解决陆地、海上和空中运载工具的导航和定位问题。该系统从1973年开始设计研制,在经过了方案论证、系统试验后,于1989年开始发射工作卫星,1994年全部建成并投入使用。GPS系统的组成可分为：(1)空间卫星星座部分(2)地面监控部分(3)用户设备部分前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。空间卫星星座 由均匀分布在6个轨道面内的24颗卫星组成(其中有3颗是备用卫星),每个轨道上分布有4颗卫星,轨道的平均高度约为20200km,偏心率为0.01,轨道相对地球赤道倾角约为55度,卫星运行周期为11小时58分。GPS卫星的这种空间分布使得同一观测点上每天出现的卫星分布图相同,只不过每天的时间提前约4分钟;并且每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上,同时出现于地平线以上的卫星数目最少为4颗,多达11颗,随时间和地理位置而异;因卫星信号的传播和接收不受天气影响,故GPS是一种全球性全天侯的连续实时定位系统。从1979年开始至今已有三代GPS卫星,分别为BlockⅠ,BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(BlockI)为GPS实验卫星,现已停用;第二代(BlockⅡ,ⅡA)为GPS工作卫星,至1994年已发射完毕;第三代(BlockⅢ,ⅡR)正在设计中。GPS卫星的主体呈圆柱形,直径为1.5m,重约774kg(包括310kg燃料),两侧设有两块双叶太阳能电磁板,它能自动对日定向,以保证卫星工作供电。每颗卫星装有4台高精度原子钟,为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能为：(1)接收和储存由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;(3)通过星载的高精度铷钟和铯钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送定位信息;(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面监控部分 包括卫星监测站,主控站和信息注入站,主要由分布于全球的5个地面站构成。卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的Colorado springs,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是：(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。注入站由分设在印度洋的Diego Garcia,南大西洋的Ascencion和南太平洋的Kwajalein三个站组成。其主要设备包括天线(直径3.6m),C波段发射机和计算机。注入站的作用是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统中,并监测所注入信息的正确性。用户设备部分 用来接收GPS卫星发射的无线电信号,以获得必须的卫星轨道信息及观测量,经数据处理而得到定位结果。随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。二、GPS定位的基本原理及系统运作方式1.GPS卫星星历及坐标系统GPS定位处理中,卫星轨道通常是已知的。卫星轨道信息用卫星星历描述,具体形式可以是卫星位置(和速度)的时间列表,也可为一组以时间为引数的轨道参数。按提供方式又可分为预报星历(广播星历)和后处理星历(精密星历)。卫星的位置(和速度),及用户定位计算的点位(未经坐标转换时)都是在协议地球坐标系(或叫地固系(ECEF))中表示的,其原点在地球质心,正z轴指向协议平均地极(CTP),正x轴指向赤道上的经度零点(格林尼治平均天文台)y轴与z轴和x轴构成右手坐标系。GPS定位中的WGS-84坐标系和ITRF坐标系均属地固系。另外GPS系统主控站维持有专门的时间系统,称为GPS时,这是一种连续且均匀的时间系统,原点为1980年1月6日0时UTC,单位同国际单位制(SI)时间的秒定义,其后GPS时不受跳秒影响。2.GPS定位的基本观测量及基本定位原理GPS卫星中采用了现代数字通讯技术,运用多级反馈移位寄存器产生伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),这种伪随机码形成各GPS卫星的两种测距码,即C/A码和P码(或Y码);此外GPS卫星所播发的信号中还包括载波信号和数据码(或称D码)。这三种信号分量都是在10.23MHZ的基本频率控制下产生的。其中数据码包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间、卫星钟运行状况、轨道摄动改正等导航信息。GPS卫星以L波段中的两种不同频率的电磁波为载波：L1载波频率为10.23×154MHZ=1575.42MHZ;L2载波频率为10.23×120MHZ=1227.6MHZ;P码频率为10.23MHZ;C/A码频率为10.23/10=1.023MHZ;数据码频率为10.23/10/1023/20=50HZ。GPS定位中的基本观测量包括伪距和载波相位。接收机在跟踪卫星信号时,机内同时产生被跟踪卫星的码信号的复制码。为将该复制码和进入到接收机内的卫星信号对齐(相关),码跟踪环路产生时移和多普勒频移;至两信号对齐时所需的时移乘以光速,即为所谓的伪距。其中包含了卫星和接收机时间系统的偏差,以及卫星信号在电离层和对流层中传播引起的时延,因而伪距的基本观测方程为：P=[(X_R－X_S)²＋(Y_R－Y_S)²＋(Z_R－Z_S)²]^1/2+(V_S－V_T)·C其中卫星X_S、Y_S、Z_S、V_S分别为观测时刻的卫星坐标和卫星钟差,均可由观测时间和卫星历星求出;V_T为接收机钟差。由于P中已作了电离层和对流层的延迟改正,因而上式中只包含X_R、Y_R、Z_R和V_T等4个未知数。欲通过GPS定位观测求得X_R、Y_R、Z_R,必须同时有4颗卫星的观测量P₁…P₄;由GPS定位系统中卫星的布设可知,任何时刻于任何地点均可获得至少4颗卫星的观测量,因而通过该系统的伪距观测量随时可获得空间定位结果。这种定位称为单点定位或绝对定位,其实质是测量学中的空间距离后方交会,由此可说明GPS定位的基本原理。载波相位是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于无法直接测定载波信号在传播路线上的相位变化的整周数,故存在整周不定性问题。另外由于观测环境等影响因素,其中还会产生整周跳变,因而与伪距观测定位相比,数据处理变得复杂,往往难以实现单次观测定位,不过由于相位观测量的精度比伪距观测值的精度高得多,它被用作相对定位,即精确地求定一点相对于另外一点的位置和精度。相对定位是指给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。它与绝对定位一起构成了GPS定位的两种基本模式。由于绝对定位可直接实时地获取观测点的地理坐标,因而该方法被广泛地应用于飞机、船舶及车辆等运动载体的导航和调度,以及在GIS(地理信息系统)中用作点位数据的采集等。相对定位由于其精度高,因而在大地测量、地球动力学和许多其它应用场合中需要采用这种定位模式。三、 美国政府的GPS政策及用户的措施鉴于GPS定位技术在军事上的重要性,美国政府在该系统的设计及运行中均采取了一些措施来限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度,因此将定位服务分为精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。前一种针对美国军事部门及其特许用户,其实时单点定位精度可达510m;后一种则针对非特许用户,实时单点定位精度则降为100m(水平)和150m(垂直),这是因为其中采取了SA技术(Selective Availability)和AS技术(AntiSpoofing)。AS包括人为降低广播星历精度和在卫星钟频信号中加入钟频抖动;AS技术则将p码与保密的W码相加形成Y码,这种码严格保密,以防敌方干扰和电子诱骗。有鉴于此,目前普通用户普遍采用差分GPS技术来消除SA技术和AS技术对GPS定位的影响。经实施差分改正后的实时定位精度可达25m或更好(水平)。使用载波相位观测时,采用RTK差分技术可得到厘米级的实时定位精度。为从根本上消除这类影响,可建立地区GPS卫星跟踪网,采用广域差分GPS(WADGPS)技术自行确定GPS卫星精密轨道和差分改正数,以达到精确定位和导航的目的。四、GPS应用概况GPS是现代空间技术,计算机技术与现代通信技术发展的结晶。这种空间定位与导航系统成为20世纪后期人类科技进步的里程碑。同时它将更广泛地渗透到地球物理学、海洋学、天文学、航空航天与遥感、交通及通信、气象科学等领域,并不断推动科学技术的发展与进步。GPS的典型应用包括：(1)大地测量,工程测量,城市规划及资源管理中的定位。(2)地壳板块运动监测,地表沉降,建筑物形变及灾害的监测和预报。(3)飞机着陆,公路、铁路车辆运行监控与管理。(4)大气电离层变化分析,大气水汽含量及变化,遥感,天气预报。(5)旅游,渔业和探险中的定位和定向。(6)授时,通信网络与电力网络等时间同步服务。(7)飞行器的轨迹及空间姿态的测定和预报。* 杜道生教授是地理信息名词审定委员会委员。     

“资源三号”卫星立体测图标准与规范研究

针对资源环境等行业应用对“资源三号”产品需求、“资源三号”立体测绘技术需求，研究和分析国外立体测图卫星技术特征及其航天立体测绘发展现状与存在问题，制定基于“资源三号”立体测图卫星的影像产品标准（传感器校正产品、系统几何纠正产品、精纠正产品、核线影像产品）和DSM（1：50000比例尺）产品标准，形成影像产品和DSM（1：50000比例尺）产品生产技术规范，与现有的4D产品标准、专题产品标准和生产技术规范一起形成“资源三号”卫星产品标准规范体系。     

GNSS反射信号接收处理公共平台

随着GPS（全球定位系统）现代化进程的加快,欧洲伽利略项目的不断发展和我国北斗卫星导航系统的日益完善,基于GNSS（全球导航卫星系统）的各种应用所取得的成就在现代社会中已达到不可替代的层面。目前,针对导航卫星反射信号的研究及其在遥感探测领域的应用正日益兴起,其关键技术在于如何实现反射信号的接收、数据处理和实际目标的物理状态反演。     

农田作业机械智能导航控制技术与产品研发

近年来,随着全球定位系统（GPS）、北斗等卫星导航定位技术、电子技术、现代传感技术、计算机技术和自动控制技术在农业机械装备上的广泛应用,基于GPS的农业机械导航技术与装备发展迅速,成为现代智能农业机械与装备的重要组成部分,对现代农业建设提供了良好的技术支持。农业机械智能导航技术在欧美日等发达国际已经实现产业化,产生了良好的经济效益和社会效益。基于GPS的农业机械智能导航技术可有效减轻驾驶员的工作负担,避免叠行或者漏行作业,提高作业质量和土地利用率,显著提升了农业机械的自动化水平,对我国现代农业的发展将起到有力的推动作用。     

伽利略卫星导航系统开始运行

正欧洲伽利略卫星导航系统近日投入运行,向智能手机和汽车内接收装置发出第一批卫星信号。这个由30个超强卫星组成的导航系统,有望超过美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统(GLONASS),成为全世界精确度最高的定位导航技术,从而结束欧洲长期以来对GPS与GLONASS的依赖。但伽利略系统绝不仅仅是一个定位导航系统,更是一个意义重大的科学工具,因为该系统将大幅提升科学家们对大气和地球科学的研     

DMC＋4小卫星数据产品深加工软件开发与应用系统集成

由中国科学院地理科学与资源研究所主持的国家863计划“DMC＋4小卫星数据产品深加工软件开发与应用系统集成”课题（编号：2005AA133013）紧紧围绕DMC＋4小卫星的特点，开展和深化小卫星数据产品加工技术，形成小卫星数据科学及应用处理的模式，提供快速及时的、可长期监测的、供行业应用部门使用的多级标准化产品。并开发面向小卫星数据的专题信息提取算法，形成系统的可业务运行和综合服务的应用处理软件系统。     

北斗卫星综合信息应用服务

北京北斗星通导航技术股份有限公司是在2000年伴随着我国北斗导航定位卫星成功发射，立志以推动中国卫星导航定位产业化发展为己任，创建而成的从事卫星导航定位业务的专业化公司。公司主要业务是卫星导航定位产品供应、基于位置的信息系统业务以及基于位置的信息服务，集研发、生产、销售为一体，服务于导航定位、指挥控制、精密测量、目标监控等专业应用领域。     

航天科技事业创新发展的重要推动者 孙家栋 善于把复杂问题简单化的高手

正中国的导航系统如何建设?孙家栋独具慧眼,提出了一条具有中国特色的"先试验、后区域、再全球"的"三步走"发展战略。他是我国人造卫星技术和深空探测技术的开拓者之一,从事航天工作60年来,主持研制了45颗卫星。担任我国北斗导航系统第一代和第二代工程总设计师,实现了北斗卫星导航系统的组网和应用。他就是孙家栋,作为我国月球探测工程的主要倡导者之一,担任月球探测一期工程的总设计师,树立了我国航天史上新的里程碑。荣获"两弹一星"功勋奖章、国家最高科学技术奖、国家科学     

水稻高产栽培技术集成与配套物化产品应用

一、成果简介 水稻高产栽培技术集成与配套物化产品应用是以物化栽培为核心的水稻高产高效综合栽培技术与物化技术产品的配套应用.在"中国农业科技导报"和"湖南科技报"多次进行了专题报道.     

便携式数字化农业信息技术产品

一,产品内容 便携式数字化农业信息技术产品是国家农业信息化工程技术研究中心承担国家"863"项目--"农业HPC/PDA的研究开发与应用"(863-306-ZD13-03)及后续研究开发工作的成果.它基于HPC/PDA/GPS(掌上电脑/个人数字助理/全球定位系统)软硬件环境,通过集成各种农业知识而建立的移动式农业综合信息服务体系.     

全球陆表特征参量产品生成与应用研究

卫星遥感数据已经在全球环境变化研究、生态环境评价、陆表变化监测、区域碳循环估算、水资源管理等多个方面得到了广泛地应用。随着遥感技术的发展,数据处理和分析的难度也不断增大,其中重要的环节之一是将原始卫星观测数据转换成各种地球物理参数产品。目前,国际上的陆表卫星产品基本都是在特定的卫星计划中产生的,覆盖的时间范围有限,产品在时空分辨率和精度等方面都难以满足全球变化研究迫切需要具有长时问序列、高精度以及全球覆盖的数据产品的要求。     

探索宇宙到底有啥好处

正嫦娥三号技术已用于北京地铁中国已研制了2000多种新材料,其中80%出自航天部门。比如,我国太阳能企业率先用航天绝热原理,成功推出"绝热舱"技术,大大提高了热水器的保温时效;近年兴起的卫星影院可装200英寸幕布,它是通过卫星传送方式打造的电影点播系统,每     

哈工大"试验卫星一号"工程项目中的"无缝之网"

本文借助"行动者网络理论",对哈尔滨工业大学"试验卫星一号"工程项目进行剖析和解读。通过对"试验卫星一号"工程项目进行的研究表明,技术的、经济的、社会的、政治的、文化的因素一开始就相互联系,形成一个有机的整体——行动者组成的网络。技术无论是构思设计,还是生产加工,乃至应用扩散,都是人类的事务;技术应被理解为一个社会过程,社会因素全面渗入技术中,从而打破了技术与社会的边界,形成了技术与社会的"无缝之网"。     

LBS系统综台技术

北京灵图软件技术有限公司成立于1999年,是一家以自主知识产权的软件产品为核心,集软件研发、地图生产、相关服务为一体的高新技术企业.经过8年的高速发展,灵图公司已经成为国内市场领先的电子地图及相关产品和服务提供商.灵图公司的主要产品包括:各类电子地图产品、车载导航系统软件、三维地理信息系统、GPS车辆监控系统、LBS综合应用系统、网络地图应用系统等.     

地基GPS大气水汽监测系统研发与应用

"地基GPS大气水汽监测系统研发与应用"于2005年启动,受国家科技基础条件平台、国家自然科学基金、公益性科研院所基本科研业务费专项资金以及湖北省气象系统科技发展基金等项目支持,经费557万元.汇集中国气象局武汉暴雨研究所、湖北气象信息与技术保障中心、武汉大学等3家单位的优势科研力量,经5年研发,3年业务运行检验,在技术研究、网站建设、系统开发、推广应用等方面取得进展和成果.     

小卫星分布式雷达

小卫星分布式雷达是一种新概念雷达系统 ,具有重要的应用前景。本文讨论了小卫星分布式雷达的基本概念 ,探讨了其在未来航天装备中的作用和地位 ,阐明了小卫星分布式雷达技术的科技内涵 ,最后提出了对我国发展天基雷达的几点思考     

『羲和』探日科技护航"首拍"超精超稳

《人民日报》消息,10月14日 18时51分,我国首颗太阳探测科学技术试验卫星"羲和号"在太原卫星发射中心成功发射! "羲和"探日实现了我国太阳探测零的突破,标志着我国太空探测正式步入"探日"时代!而且"羲和号"卫星一出手就不凡,在国际上首次实现太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白,对我国空间科学探测及卫星技术发展都具有重要意义. 从嫦娥"探月"到天问"探火",再到羲和"探日",中国航天强国建设迈出坚实步伐.探测太阳有什么用?我国的太阳探测计划有哪些?"羲和号"卫星有哪些独特之处?