中财网拉拉的s m 生活第五部:卫星定位信息
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/05/10 10:57:26
卫星定位信息
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现在的无线电卫星导航系统大多采用时间或频率的测量来提供航行体定位。例如美国海军导航卫星系统（Transit 号），其所得的定位就是根据航行体对所观察的单个卫星产生的多普勒频移的精密测量，加上卫星轨道参数和时间而求出的。卫星轨道参数的传输时间是由一个短期稳定度为2×10-11的晶体振荡器来控制的。
多个同步卫星（36000公里）具有提供近似实时的定位能力。其方法是测量由一地面站发送的射频信号的双向传输时间。信号由一个卫星传送至需定位的用户航行体后，航行体再通过两个卫星将信号再传送到地面站。可以由此计算出定位信息。飞机定位时，还须知道飞机的高度。低空卫星也能通过双程测距来获得定位信息，但所得的定位信息有严重的时延。如果使用卫星与用户或地面站之间的射频信号传输时间来代表距离，那么时间间隔就很重要。例如，电波在自由空间传输0.3公里，大约需要1微秒。经常用高稳定性和准确的频率记录周数进行相位比较，来测量时间间隔。
NASA使用应用技术卫星ATS1号、3号和Nimbus3号、4号卫星进行了导航实验。实验结果表明这些卫星对舰船和飞机的定位精度在3-5公里以内。定位精度是所有射频频率和卫星轨道数据精度的函数。
自从人们认识到确定的精度需要精确的时钟以来，时间或频率的精确测量就成为领航员的一个主要要求。随着射频电子传输的出现，可以明显看到，电磁波辐射源精确的频率稳定度是各种导航技术所必须的。宇航时代，由于人造地球卫星能够携带各种形式的时钟和可以中继地面信号的应答器，这一方式可以为领航员提供了一个新的导航工具。
美国海军导航系统（通常称为Transit），已经利用测量距离的变化率或多普勒频移的原理，为军舰和民用船只提供了导航服务【1】。该系统在较低轨道的极地卫星上携带一台高稳定晶体振荡器。对携带更高稳定度晶振的卫星也已进行过实验。目前正在研究工作于同步轨道高度和携带精确钟与应答器的导航卫星。
可以实现的三种卫星导航将使用精确时间或频率进行定位：1）多卫星测距，2）卫星距离变化率或距离与距离变化率测量，3）卫星角度测量。
测距是通过很精确地测量时间间隔来进行的。在自由空间里无线电波的传播时间大约1微秒/0.3公里，时间间隔测量经常与使用精确的已知频率的稳定信号源来记录周期或测量相位有关。距离变化率的测量不是观察距离测量的差值而是测量射频多普勒频移。在这两种情况下，均需采用精确的稳定信号源。
测角定位几乎与时间和频率无关，但是为了叙述完整也加了进来。表Ⅰ和Ⅱ列出具有代表性的几种卫星定位技术，均要求在空间里（或地面上）很精确地测量时间，时间间隔或频率来进行导航。
A 系统利用三个卫星测出的三个距离来得到无模糊的定位，但是要求航行体与三个卫星均在视线内。知道三个卫星的轨道数据，并获得从每个卫星到导航体的射频信号传播时间后，就能定位。这三个时间测量，在地球上确定三个圆，三个圆的共同交点就是航行体的位置。
B 系统是测量两个卫星离航行体的距离，并结合航行体本身的已知参数来定位的【2】。该系统要求至少有两个卫星处在航行体的视线内。将飞机测量高度的读数作为第三个距离值，于是便和A系统一样来确定位置坐标。由于测量高度的精度大约为46—61米（150—200尺），而卫星距离的精度约为15米（50尺），所以B系统的精度低于A系统。
C 系统基本上是单一距离测量与测角法的结合。这种方法是使用一个星载测角位置（如工作于选定射频上的两个相互垂直的长基线干涉仪）测定从卫星到航行体的两个指向角。由于测角要求干涉仪轴的方位必须精确已知，所以C系统要求有卫星的高度数据。在几何上，每个角测量确定地面上的一个投影圆锥形，两个圆锥形和测距圆的交点就是航行体的位置【3】。
D 系统是熟悉的多普勒方法。这种方法不能提供瞬时的或实时的定位，但是要求在一个时间周期内进行几次测量，并要知道精确的卫星轨道特性。由多普勒或距离变化率曲线的积分来提供距离测量。由这样的三个测量来提供类似A系统的定位数据。Transit卫星使用了D系统【4】。