随着科技的快速发展,人们享受着科技带来的便捷生活,比如出行地图软件导航、户外运动时查看运动轨迹、网络购物时查看快递行程等,这些都需要位置的获取。众所周知这些位置信息的获取都与卫星定位有关。而今天就主要介绍全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的发展历史。
初代导航系统1957年10月4日前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星——“斯普特尼克1号” ,该卫星在地球轨道只工作了22天就坠入大气层烧毁。但是在美苏冷战的大环境下,美国感到了巨大的压力,于是也着手开展自己的卫星研究。并于1958年1月31日这天发射了“探险家1号”卫星。
20世纪60年代美国开发了世界上第一个导航卫星系统——海军导航卫星系统(Navy Navigation Satellite System,NNSS)又称为子午卫星系统(Tranist)。该系统1964年投入使用并与1967年7月开放供民用。该系统可以为在海中航行的战舰、潜艇提供导航。但是缺点也很明显,组网卫星只有6颗,不能达到连续的全球覆盖。同时因为卫星的数量较少所以不能瞬时定位,不能提供观测点的三维坐标 (经度、纬度和高度) 等。为克服这些缺点,美国开始建立新的导航系统——全球定位系统(GPS)。
GPS计划共三个部分:
一、方案论证和初步设计阶段。从1973年-1979年,美国发射4颗试验卫星,建立地面跟踪网,并研究相应配套的卫星接收机等硬件。
二、全面研制和试验阶段。1979年-1984年,又发射了7颗试验卫星(BlockI卫星),并进行相应的研究。
三、实用组网阶段。1984年2月4号第一颗GPS工作卫星(BlockII卫星)顺利发射,宣告GPS系统进入建设阶段。随着后续卫星的发射,逐步建立了覆盖全球的定位系统。该系统由21颗工作卫星组成,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。理论研究表明,在世界上的任何地方只要能观测到4颗以上的GPS卫星就可以实现位置的精确获取。
GPS系统组成- 空间部分:由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成,平均分布在6个倾角为55°的轨道上,卫星运行周期为12恒星时。
- 地面控制部分:由监测站、主控制站、注入站组成,监测站的主要任务是跟踪GPS卫星;主控站是收集监测站的GPS信息,对卫星的轨道、卫星系统时间进行修正,并生成每颗卫星的星历等;注入站作用是用于地面和卫星进行数据传输。
- 用户部分:包括各种GPS接收机、卫星数据处理软件等。
- 全能性:可以在海洋、空中、陆地等全球范围内实现导航、定位、授时。
- 全球性:在全球任意位置实现位置定位。
- 全天候:一天中任意时刻都可以进行定位工作。
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