大道无垠之奇偶平行空间 - 第四百三十二篇 庞多拉“天毁计划”四十二

    第三阶段为实用组网阶段，1989年2月4日第一颗gps工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为“blockii”和“blockiia”。此阶段宣告gps系统进入工程建设状态。1993年底实用的gps网即（21+3）gps星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

    系统由监控中心和移动终端组成，监控中心由通讯服务器及监控终端组成。通讯服务器由主控机、gsm/gprs接受发送模块组成。

    移动终端由gps接收机，gsm收发模块，主控制模块及外接探头等组成，事实上gps定位系统是以gsm、gps、gis组成具有高新技术的“3g”系统。

    gps接收机的结构分为：天线单元和接收单元两大部分。gps系统包括三大部分:空间部分—gps星座(gps星座是由24颗卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星)；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—gps信号接收机。

    空间部分：gps的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。

    这就提供了在时间上连续的全球导航能力。gps卫星产生两组电码,一组称为c码(coarsehz);一组称为p码(prohz),p码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。c码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。

    地面控制部分：地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。

    监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。

    地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗gps卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

    对于导航定位来说，gps卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗gps卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。

    卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—gps时间系统。

    这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。gps工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

    用户设备部分：用户设备部分即gps信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。

    当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。

    根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

    接收机硬件和机内软件以及gps数据的后处理软件包构成完整的gps用户设备。

    gps接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。

    设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。

    关机后,机内电池为ram存储器供电,以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。

    在测试架上的gps卫星gps卫星是由洛克菲尔国际公司空间部研制的，卫星重774kg，使用寿命为7年。卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为1.5m。卫星两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板(blocki)，全长5.33m接受日光面积为7.2m2。对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组15ah镉镍电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。

    在星体底部装有12个单元的多波束定向天线，能发射张角大约为30度的两个l波段（19cm和24cm波）的信号。在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。

    由gps系统的工作原理可知，星载时钟的精确度越高，其定位精度也越高。早期试验型卫星采用由霍普金斯大学研制的石英振荡器，相对频率稳定度为10?11/天。误差为14米。1974年以后，gps卫星采用铷原子钟，相对频率稳定度达到10?12/天，误差8m。1977年，bokckii型采用了马斯频率和时间系统公司研制的铯原子钟后相对稳定频率达到10?13/天,误差则降为2.9m。1981年，休斯公司研制的相对稳定频率为10?14/天的氢原子钟使blockiir型卫星误差仅为1m。

    gps的基本定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

    当苏联发射了第一颗人造卫星后，美国约翰·霍布斯金大学应用物理实验室的研究人员提出既然可以已知观测站的位置知道卫星位置，那么如果已知卫星位置，应该也能测量出接收者的所在位置。这是导航卫星的基本设想。

    gps导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（pr）：当gps卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。