美国GPS发展简史.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：据美国防务新闻网的报道今年5月美国将发射新的GPSIIF卫星将有效缓解GPS卫星不足的问题。与此同时新一代GPSIII卫星研制也获得巨大进展该卫星彻底实现了军码和民码的分离为屏蔽民码大开方便之门这意味着那些利用GPS民码制导的武器将可直接被掐断定位信号。美国早期的卫星定位耗时太长只能是给核潜艇定位用用。长期以来判别敌我位置就是各国军队迫切渴求的能力。在古代即使是绘制粗糙的地图也是将领们的无价之宝到了近代出现了绘制等高线经纬度的高精度地图随着1957年苏联Sputnik-1人造卫星发射成功人类的眼光又投向了天际。1958年美国海军开始研制子午仪卫星定位系统1960年开始发射卫星并于1964年正式投入使用。尽管这个为核潜艇开发的定位系统具有诸多弊端如无法确定高度信息定位时间长无法连续导航无法提供高度信息难于修正电离层延迟误差等但对比传统定位方式已经是一场革命了。美国海军对此不足提出了Timation计划试验了星载原子钟Timation计划为海军舰艇尤其是核潜艇提供低动态的2维定位服务；同期美国空军提出了621B计划使用伪随机码为基础的测距原理621B计划为空军提供高动态3维服务。1973年美国国防部将海空军的方案合二为一建立国防导航卫星系统(DNSS)这是现有GPS正式的源头。此后不久DNSS改名为Navstar即授时和测距导航卫星或者说是全球定位系统(NavigationSignalTimingandRanging/GlobalPositioningSystem)后来简称GPS。但是授时功能始终是GPS的核心功能之一这也是从CDMA通信到电力系统都大量采用GPS的重要原因。由中国生产的民用GPS接收机这些都受到SA技术的限制。GPS的测试阶段最初的GPS计划将24颗卫星分置于夹角120°的三个轨道面上每个轨道面上8颗卫星这样的轨道设置保证地球上任一点能观测到6~9颗卫星从而实现足够的定位精度。GPS从1978年到1985年从范登堡空军基地用AtlasF火箭发射11颗BlockI批次的试验卫星其中发射失败1颗这个阶段验证了地面接收机地面跟踪网络和GPS卫星的定位能力的可靠性其结果令人满意。降低民用精度的SA技术1983年韩国007号客机导航系统故障误入苏联领空被击落后美国总统里根宣布一旦GPS建成将开放给公众使用从而开启GPS民用的大门。GPS卫星将发射两种不同的测距码即军用的P码和民用的C/A码分别对应精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。由于C/A码无法用双频技术消除电离层折射影响美国技术人员预测定位精度会在百米级别。不过测试表明C/A码定位精度远高于预测值能达到14米左右美国军方不得不认真评估C/A的影响。1984年确定了保护美国国家安全的两大措施：防止地方对军用的P码进行干扰的AS(anti-Spoofing)技术和降低C/A码定位精度的选择可用性(SA:SelectiveAvailability)技术。GPS正式组网的工作卫星为BlockII批次。GPS与海湾战争1989年2月14日第一颗GPS工作卫星成功发射正式组网的工作卫星为BlockII批次在1989到1990年间使用DeltaII火箭发射了9颗BlockII批次的GPS卫星。1989年在轨GPS停止服务两星期进行高频振动的SA验证1990年3月到8月更是长时间进行SA技术验证。由于采用SA技术民间用户对定位精度不满之余差分GPS定位实时载波相位跟踪技术等技术应运而生。1990~1991年的第一次海湾战争中美军装备的GPS系统展示相对于传统定位系统极为精确与方便的性能引起了世人的瞩目。美国GPS制造商对SA技术的不满颇具讽刺意味的是由于GPS系统还没有建成美军的军用GPS接收机也在测试阶段装备数量不足出于应急军方临时从Trimble公司采购了10000台从Magellan公司采购了3000台民用GPS接收机装备部队。不过即使如此自1991年7月起所有GPS卫星仍正式全部使用SA技术将定位精度降低到100米。在海湾战争GPS应用的刺激下1991年初俄罗斯政府宣布GLONASS将全面支持民用不对用户进行收费而且没有美国方面的SA技术限制。1991年前出口美国之外的GPS终端都需要许可证美国商务部几乎将所有的GPS设备都定义为军用严重损害了美国GPS制造商的竞争力。在美国GPS制造商联合的美国GPS工业委员会(USGIC)的努力下1991年后9月1日后美国商务部不再对民用GPS出口进行许可证限制不过SA政策仍然让美国GPS制造商极为不满俄罗斯GLONASS不进行任何限制的措施更是令不满火上浇油。1995年GPS系统完全建成