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SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

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1 什么是第三代GPS?

本来预定在这两天发射上天的第三代GPS卫星又发射推迟了,因为美国空军和SpaceX要对发射卫星的Falcon9 Block5火箭进行检查,发射要推迟到十月份完成。但是且慢,这里有了新名词:第三代GPS卫星,这是什么?我们用的是第二代吗?他们有什么区别?

SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

第三代GPS卫星发射由SpaceX完成(图:SpaceX)

GPS的由来

在以前,大海航行靠舵手,其实靠的是导航的手段。这里主要是利用恒星定位,白天有太阳,晚上用六分仪来确定恒星高度,如果看过施瓦辛格和史泰龙主演的电影《金蝉脱壳》,会有更深刻的印象。但是科技在发展,美军为了大致定位军舰的位置,DARPA在1960-1980年代搞了一个子午仪卫星定位系统(Transit,GNSS),卫星数量不多只有5、6颗,轨道每天绕地球13圈,并不是像我们今天这样实时的定位,并且只能定位位置不能定位高度。这套系统虽然精度差,但是却证明了通过卫星来定位位置的可行性。

SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

子午仪的定位卫星(图:wikipedia)

SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

技术进步:现在手机内置的GPS,几十年前要这些设备(图:wikipedia)

如果一套更成熟的系统岂不是更好?这种实在的需求对于美国海陆空三军来说都非常重要,于是海军和空军都提出了自己的定位卫星组网方案,其中海军的没有高度,空军的有。不过不同军种就要两个系统太昂贵,所以1973年美国国防部决定将两个定位系统合二为一,整个项目由卫星导航定位联合计划办公室(JPO)领导。

2 GPS的早期规划与组网

JPO最初设计的GPS由24颗卫星组成,每个卫星的轨道高度大约2万公里。24个卫星分布在6个轨道上每个轨道4颗,这样在地球上任何一点,都可以收到至少6-9颗卫星的信号,提供粗码精度100米,精码精度10米的定位能力。不过美军也预算紧张,削减了GPS的预算,变成了18颗卫星的方案,但是这个方案就不能保证可靠性,于是在1988年最后修改变成了21颗卫星,3颗备用的方案。

SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

GPS系统的最终组网卫星方案(图片:gps)

1978-1979年,是方案的论证阶段,这时候发射上天4颗卫星,这些卫星是试验卫星,这时候研制了地面接收机和卫星跟踪的地面网络,结果令人满意。1979-1984年,发射上天了7颗卫星,这些被称之为Block1,结果测试发现,仅仅粗码的精度就达到了14米,远远超过了设计指标!结果令人振奋。

SpaceX推迟发射!什么是第三代GPS?

最早投入实用的BlockII/BlockIIA GPS卫星,已经全部退役(图:gps)

1989年,在最终方案确定下来之后,开始发射正经的工作卫星,这些卫星的型号称之为BlockII以及BlockIIA,卫星寿命只有7年,因此最后一刻这一代的卫星也在2016年退役了。

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