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子午卫星系统及其局限性有哪些?

子午卫星系统及其局限性

1. 子午卫星系统

2. 1957年10月,世界上第一颗人造地球卫星成功发射,科学家开始着手进行卫星定位和导航的研究工作。美国詹斯·霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏芬巴哈博士对该卫星发射的无线电信号的多普勒频移进行的研究表明,利用地面跟踪站上的多普勒测量资料可以精确确定卫星轨道;同时,另外两位科学家麦克卢尔博士和克什纳博士的研究表明,如果对一颗轨道已被准确确定的卫星进行多普勒测量,则可以确定用户的位置。这些工作为子午卫星系统的诞生奠定了必要基础,当时美国海军正在寻求一种可对北极星潜艇中的惯性导航系统进行不间断地精确修正的方法,所以积极资助应用物理实验室开展深人的研究。1958年12月,在美国海军的资助下,詹斯·霍普金斯大学应用物理实验室研制了为美国军用舰艇导航服务的卫星系统,即海军导航卫星系统(Navy Navigation SatelliteSystem,NNSS),在该系统中,卫星的轨道都通过地极,故也称为子午(Transit)卫星系统。

子午卫星系统及其局限性

子午卫星系统是美国海军研制、开发、管理的第一代卫星导航定位系统,该系统采用多普勒测量的方法来进行导航和定位。1959年9月,美国发射了第一颗试验性卫星,到1961年11月,先后发射了9颗试验性导航卫星。经过几年试验研究,解决了卫星导航的许多技术问题。从1963年12月起,陆续发射了由6颗卫星组成的子午卫星星座,1964年,该系统建成并投入使用。该系统轨道接近圆形,卫星高度为1100km,轨道倾角为90°左右,周期约为107min,位于中纬度地区的用户,平均每隔l.5h便可观测到其中一颗卫星。1967年7月,该系统解密后提供民用,用户数量激增,最终达95000个用户,其中军方用户只有650个,不足总数的1%。

2.子午卫星系统的局限性虽然采用多普勒测量的方法建立起来的子午卫星系统在卫星导航定位的发展中具有里程碑的意义,但该系统也存在明显的缺点,主要表现为:

(1)无法提供实时、动态定位。

由于该系统卫星数目较少(5~6颗),因而从地面站观测所需等待卫星出现的时间较长(平均约1.5h),无法提供连续的实时定位,难以充分满足军事方面,尤其是高动态目标(如飞机、导弹、卫星等)导航的要求,也无法满足汽车等运行轨迹较为复杂的地面车辆导航定位的需要。

(2)定位速度慢。

利用子午卫星进行测量时,由于卫星数目少,大部分时间都是在等待卫星,真正的观测时间不足20%,限制了作业效率。为获得对大地测量有意义的成果,一般需观测50~100次合格的卫星通过,历时一星期左右。

(3)定位精度低。

子午卫星运行高度较低(平均约1100km),属于低轨卫星,卫星运行时受地球重力场模型误差和大气阻力等摄动因素的误差影响很大,通常只能获得分米级至米级的定位精度;同时,还受到信号频率、卫星钟等其他因素的影响,所以该系统在大地测量学和地球动力学研究方面的应用也受到了很大的限制。

2GPS的产生和发展由于子午卫星系统存在上述缺点,为了满足军事部门和民用部门对实时和三维导航的迫切要求,1973年,美国国防部便开始组织海、陆、空三军,共同研究建立新一代的卫星导航系统一—授时与测距导航系统/全球定位系统(Navigation System Timing and Ranging Global Positioning System,NAVSTAR/GPS),通常简称为全球定位系统(GPS)。

子午卫星系统及其局限性

目前,GPS作为全球唯一保持正常运行的卫星导航定位系统,已在军事、交通运输、测绘、高精度时间比对、土地利用规划及资源调查等领域中得到了广泛的应用,为测绘领域带来了一场深刻的技术革命。


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