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1、定位导航技术的发展历史
按照定位导航所依赖的参照物,定位导航技术的发展分为两个阶段:被动利用参照物阶段和主动建立参照物阶段。
被动利用参照物阶段
主动建立参照物阶段
空基导航系统
地基导航系统
定位导航技术
被动利用参照物阶段:人类综合利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。
主动建立参照物阶段:二十世纪后,随着科学技术水平的不断提高,人类的思维从被动地利用宇宙中的参照物(如星体)扩展到主动地建立和利用人为的参照物来开发更精密的导航定位系统。根据人为参照物的位置不同,主动阶段又可分为地基导航系统和空基导航系统。
地基导航系统:地基导航系统主要由在世界各地适当地点建立的位于地面的无线电参考站组成,接收机通过接收这些参考站发射的无线电电波并由此计算接收机到发射站的距离。目前大约有100种不同类型的地基导航系统正在运行,其中最著名的有劳兰系统(Loran C/D)、奥米加系统(OMEGA)、甚高频全向无线电信标系统(VORTAC)等。
由于地基导航系统的无线电发射参考站都建立在地球表面上,因此它们只能用来确定物体的水平位置,即只能进行二维定位,给出位置的经纬度信息。这是地基系统本身固有的缺陷。为了对空间飞行器(如飞机、宇宙飞船、导弹等)进行精密导航,需要确定飞行器的三维位置(水平位置和高度)。显然地基系统不能满足这种需要,于是人类就设想是否可以将无线电发射参考站建立在空中。
空基导航系统:1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星的成功发射使人类将无线电发射参考站建立在空中的设想成为现实,由此天基导航系统应运而生。天基导航系统又称为卫星导航系统。第一代空基导航系统有美国的海军导航卫星系统(NNSS)和前苏联的奇卡达卫星导航系统(Tsikada)。第二代空基导航系统有美国的全球卫星导航系统(GPS)、前苏联建立现属于俄罗斯联邦的GLONASS系统、欧盟尚未投入使用的的伽利略系统(Galileo)。第三代空基导航系统“卫星无线电定位系统”,典型代表是美国正在研制的“吉奥星系统”。中国正在开发的北斗导航系统也属于第三代空基导航系统(首颗“北斗导航试验卫星”已于2000年10月31日成功发射)。
目前,世界上只有少数发达国家具有自主建设卫星导航系统的能力。中国如今也有了自己的卫星导航定位系统,这是我们中国人的骄傲。
2、GPS历史
卫星导航定位系统实现了全球、全天候、连续、实时、高精度导航定位,对人类活动影响极大,获得了最广泛的应用。就目前的情况来看,GPS仍是卫星导航定位行业中的龙头老大,以至于提起全球卫星导航系统就是GPS。而从严格意义上讲全球卫星导航系统包括GPS、GLONASS、GALILEO、GNSS等所有系统。遵循约定俗成的叫法,本文所提到的GPS专指美国的第二代全球卫星导航系统(GPS)。
1973年美国国防部批准其陆海空三军联合研制第二代卫星导航定位系统——授时与测距导航系统/全球定位系统(Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS),简称全球定位系统(GPS)。GPS系统设计克服了子午仪系统的缺陷,实现全天候、全球性和高精度的连续导航与定位。
1978年2月22日第一颗GPS实验卫星成功发射。
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