对于导航定位卫星来说,第二个重要参数是系统的覆盖范围。以美国的“吉奥星”为例,它的3颗卫星定位在赤道上空,完全可以覆盖美国全境。如果发射6颗卫星,再发射1颗备用卫星,并配合3个地面中心站,那么由7颗卫星组成的星座就会像夜空中的北斗七星一样,给全球除两极以外的人们指引方向。
第三个参数就是系统的定位容量。因为RDSS系统的定位完全是在地面中心站中进行的,中心计算机的容量及处理速度决定了能够同时进行定位的用户数。美国“吉奥星”的业务容量初期只有每小时200万户,后期达到800万户,相当于每秒可同时对2224个用户进行定位。在这一点上,RDSS与GPS相差比较大。GPS是一个广播系统,它的用户容量是不受限制的。但是RDSS的用户容量会随计算机性能的提高而不断增长,完全可以满足其需要。
第四个参数就是它的定位速度。由RDSS的定位原理我们知道,它完成一个定位过程需要信号走四个来回,每个来回大概需要0.24秒。即使不考虑转发及定位计算的时间,也需要近1秒的时间。如果只考虑用户回答询问到收到地面中心站发来定位信息这两个来回,定位时间也需要0.48秒。这导致了RDSS难于进行高动态的定位和连续实时导航。
另外,它具有一些GPS系统所不具备的特点,如低速率的移动通信功能。由于RDSS系统是一个封闭系统,没有授权的用户无法进行定位,因而具有良好的反利用性和保密性。在这两点上,RDSS系统优于GPS定位系统。
RDSS系统其他的性能参数,如可靠性、寿命等,则与原理差异没有关系,完全取决于制造国的科技水平。
正是因为RDSS系统具有较为理想的性能,它在世界范围内得到了广泛的应用。除了美国“吉奥星”系统,类似系统还有欧洲的“洛克星(Lcstar)”系统和中国的“北斗星”系统。目前,由于大多数西方军事强国可以不受限制地免费利用GPS的军用P码进行精确定位,所以RDSS系统主要用于民用。
知识点北斗星导航系统
北斗星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、欧洲“伽利略”(GALILEO)等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
导航卫星广阔的应用领域
当今,太空“向导”——导航卫星已在陆、海、空、天四大领域中大显身手,人类的未来的生活也越来越离不开它。
充当海洋舰船的“灯塔”各种军用舰艇和民用商船,只要装上导航卫星的接收设备,就可以在全球海域航行,随时进行高精度定位和测速,任何时候不致迷失方向,也避免触礁沉没的危险。它还有更广泛的用途,如海军进行海上巡逻、舰队调动与会合、海上军事演习和协同作战、海基导弹瞄准发射,以及海洋测量、石油勘探、海洋捕鱼、浮标设立、海底管道铺设、浅滩测量、暗礁定位、海港领航和海上交通管制等都要导航卫星帮忙,因此,导航卫星非等闲之辈。
充当地面用户的“向导”地面奔驰的各种车辆和坦克,野战部队、小分队和单个步兵,行进在山峦重叠之地会迷失方向,导航卫星是用户最好的“向导”,它时时刻刻会为用户指明方向。同时,它也可以为大地测量、摄影绘图和地质勘探定位服务。
由太空“向导”提供的精确位置和时间基准,就可以按照命令准确地进行部队调动和集结,炮兵部队可以迅速地进行勘测和定位。在联合演习或多军种协同作战时,就可以指导陆、海、空部队行动,有效地对付敌人。测绘、地质和资源调查等部门的工作人员在野外作业,特别是进入人烟稀少的沙漠地区、原始森林或深山野岭,只要用户带上一台背负式导航卫星接收设备,就不会迷失方向。
如果铁路系统用静止卫星定位系统进行定位,就可以从全国范围对各类火车和其他车辆进行管理和统一调度,从而大大提高运输效率。对我国这样一个幅员辽阔的国家,运输效率可以提高50%左右,可见,其经济效率何等惊人。
充当空中飞机的“领航员”如果在各种军用和民用飞机上装上导航卫星接收设备,就能为各种飞机“领航”,这些飞机就能在广阔空域甚至全球范围翱翔,并随时获得实时连续的高精度的三维位置和速度信息。显然,这对飞机着陆进场、中途导航、空中加油、空中支援、机队会合、空中侦察、目标测定、航空绘图,武器投掷和空中交通管制等受益匪浅。
导航卫星还能为空军通信、指挥和控制系统提供精确时间基准和同步坐标。在多军种协同作战中,就能为部队提供准确的空中支援和侦察、接近敌方工事、简易机场着陆、空投补给品、空降伞兵部队、准确投掷武器弹药和定点轰炸等效力。
充当航天器的“准星”在太空运行的卫星、飞船等航天器,如果也装上导航卫星接收设备,就能进行导航定位和校时,这无疑大大降低了对地面跟踪测轨和星上计算能力的要求,显著提高了实用效益。如美国“陆地卫星5号”,利用“导航星”获得的卫星位置信息,连同地球资源遥感信息一起,经太空的数据中继卫星发回地面,大大提高了遥感图像的定位精度。低轨道侦察卫星利用“导航星”进行星上自主定位,就可以排除因大气模型不准产生的测轨误差,有效地提高了对侦察目标的定位精度。航天飞机、载人飞船及航天站系统对自主导航要求很高,如两艘载人飞船对接,定位精度相当高,而“导航星”系统就是它们最理想的导航定位手段。
为洲际导弹制导飞行万里的洲际弹道导弹,如果装上导航卫星接收设备,就可在飞行中进行中途制导和末段修正,使导弹按预定弹道飞行,提高命中目标的精度。要想提高各类战术导弹的制导精度,当然也可以照此办理。如果把导航卫星接收设备装在导弹试验时的遥测弹上,就可以精确测出飞行弹道,并通过弹载发射机将数据发回地面,这对改进导弹制导和控制系统的设计大有益处。
做太空武器试验的基准由于超级大国在太空的军备竞赛日趋激烈,促使太空武器发展迅速,如激光武器、粒子束武器等。导航卫星系统将为“星球大战”计划的天基武器系统提供测速定位、太空战场的指挥与控制、全球C3I(指挥、控制、通信和情报)系统标准坐标和时间基准,从而为激光、粒子束等定向能武器的捕获、定向和跟踪提高精度的坐标位置。导航卫星系统与地面探测系统结合起来,能把来自雷达、电视图像、红外、激光和无线电探测仪等探测器的数据,变成同一坐标系的数据,为防空导弹部队打击空中“飞贼”服务,也能为反卫星等拦截武器忠实地效力。
“伽利略”导航系统卫星充当空中“警察”空中数以百计的飞机来回穿梭,可是在浩瀚的太空中,竟多次发生飞机相撞,造成机毁人亡的重大事故。如今主要用空中和海上交通管制的“交通管制卫星”,充当空中“警察”,通过用户与地球站之间的无线电信号,对空中飞机、海洋中的舰船进行位置监测和通信联系,保证飞机、舰船各走各的路,避免碰撞。
充当遇难者的“救星”由几国联合发展起来的具有定位能力的搜索营救卫星系列,也属于导航卫星系列范畴。它的任务是搜索和营救遇难的飞机和船只。它能接收并转发遇难飞机或舰船应急信标机发出的呼救信号,经地面台站处理后获得遇难者的位置信息。1982年,苏联发射的“宇宙1383号”是第一颗装有搜索营救系统的卫星,它曾帮助加拿大营救了飞机遇难者。美国已将搜索营救系统装到“诺阿”卫星上,它能实时地转发遇难信号。
未来的多用途的全球通用导航系统,将更有效地为海、陆、空、天的用户导航定位服务。
知识点静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统
卫星定位系统是利用卫星进行无线电定位的系统,可分为静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统两大类。静止轨道卫星定位系统一般采用有源定位方式,是由相距较远的2颗或3颗静止卫星、中心地球站及移动用户终端组成。这种系统通常在完成定位的同时,还具有一定的双向数据传输功能,适用于大范围移动车辆的调度。非静止轨道卫星定位系统一般是由中、低轨上的多颗卫星和移动用户终端构成的无线电定位系统。通常采用无源定位方式,即依靠定位接收机接收来自多颗卫星的导航定位信号进行自定位。