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标  题: 卫星导航发展轨迹从无线导航到卫星定位
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Jun 27 17:42:43 2003)

《科学时报》

     在卫星定位系统出现之前，无线导航系统是远程导航与定位最主要的工具。

    无线电导航系统主要有3种：罗兰-C、奥米伽(Omega)和多普勒系统。罗兰-C工作频率
在100千赫，由3个地面导航台组成，导航工作区域2000公里，一般精度200～300米；奥米
伽工作频率在十几千赫，由8个地面导航台组成，可覆盖全球，精度几英里；多普勒系统利
用多普勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数(地速和偏流角)，推算出飞行器位置
，属自备式航位推算系统，误差随航程增加而累加。

    无线电导航系统的缺点是，覆盖的工作区域小，电波传播受大气影响，定位精度不高
。

    1958年开始研制，1964年正式投入使用的美国的子午仪系统(Transit)，是全球最早的
卫星定位系统。由于该系统卫星数目较少(5～6颗)，运行高度较低(平均1000千米)，从地
面站观测到卫星的时间间隔较长(平均1.5小时)，因而它无法提供连续的实时三维导航，而
且精度较低。

    为满足军事部门和民用部门对连续实时三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定
了GPS计划。

    中国最初的“双星定位”思想

    1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士与合作者提出利用两颗同步定点卫
星进行定位导航的设想，这一系统称为“双星定位系统”。

    这个系统由两颗在经度上相差一定距离(角度)的同步定点卫星，一个运行控制主地面
站和若干个地面用户站组成。主地面站发信号经过两颗同步定点卫星到用户站；用户站接
收到主地面站发来的信号后，即作出回答，回答信号经过这两颗卫星返回到主地面站。主
站—两颗卫星—用户站之间的信号往返，可以测定用户站分别到两颗卫星的斜距。假设大
略知道用户站所在地至地心的距离，这样，已知空间3个点(两颗卫星和一个地心)的位置和
已知用户站至这3个点的距离，就可以通过设在主地面站中的大型计算机计算，得到用户站
的位置。然后，主地面站把用户站的位置信息经过卫星通知用户站。这就是定位过程。用
户站要有发射和接收设备。主地面站和用户站之间还可以互通简短的电报。1993年我国进
一步进行了“双星定位系统”的试验工作。

    作为卫星定位系统的核心

    原子钟需要小巧、可靠、长寿

    20世纪原子钟的最辉煌应用莫过于由它构成全球定位系统的核心。

    导航星和测控站均装备高性能原子钟作为控制核心。其中星载原子钟的研制和应用，
在不断提高和发展。自1974年GPS发射第一颗试验星以来，各国就开始不断提高星载钟的性
能水平，同时扩展星载钟的类型铷-铯-氢　。

    原子钟是一种以所用原子内部能级跃迁相应辐射频率为参考标准的频率自动控制装置
，其实用频率源为压控晶体振荡器5MHz　。原子钟工作时，该振荡器频率将锁在原子参
考标准频率固定的分数值上。

    经过一代一代的改良，上述3种原子钟结构愈益紧凑，性能水平也有很大的提高。它们
各有长处、互相补充。在结构方面，铷钟最小，其最小体积已达0.25L，铯钟和氢钟次之
1.2个标准机箱大小，体积约25L～50L　；在频率稳定度方面，氢钟最好；而在长期频率稳
定度和准确度方面，则以铯钟最佳。

    1995年率先在法国研制成功的冷原子钟铯原子喷泉　，准确度和稳定度比已研制的
原子钟最高水平又提高了一个数量级。科学家设想，如果让冷原子钟在微重力场中运行，
原子与微波场相互作用时间的延长几乎不再受限制，钟的性能相应又有一个量级的提高。
现在，由欧洲空间中心和美国航天中心分别组织研制的微重力冷原子钟，预期获得1×10-
16的准确度相当于走时三亿年不差一秒　，计划于2004年以前把它们送上国际空间站，
用作新一代空间频率基准。

    我国自发射“北斗”一号导航星和“神舟”飞船以来，自主开发星载原子钟的任务显
得更加紧迫。鉴于星载钟属于原子钟的顶尖级应用，它的开发和研制需要相关基础研究的
支持，产品也要一代一代更新，不懈的努力将是获得成功的关键。

[ 2003年6月25日 ]

http://www.cas.ac.cn/

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                                     -------两弹一星元勋纪录片《我愿以身许国》

※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.226.28]

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