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：第页共NUMPAGES9页第PAGE\*MERGEFORMAT9页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT9页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