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第111章 “天眼”导航卫星[2/2页]

    几年后陆续发射了7颗试验卫星，并研制了多种用途的接收机。实验结果显示，天眼定位精度远超设计标准，即使仅使用粗码定位，其精度也能达到14米。研究开发氢原子钟卫星可以带来10?14/天的相对频率稳定度，从而将定位误差进一步减少至1米以内。氢原子钟的会让天眼定位技术的重大飞跃，大幅提高定位的准确性和可靠性。最终由21颗工作星和3颗备份星分布在互成30度的6条轨道上，确定天眼卫星所使用的工作方式。”

    第三阶段（实用组网）

    预计78年后具备实用功能的天眼网即（21+3）的天眼星座建成，后续将根据计划更换失效的卫星。”

    “最后民用领域的开放。

    我们天眼现在设计为军事应用，但随着时间和科技的发展，其在民用领域的应用也会逐渐增加。天眼系统一旦建成，将向公众开放。提供了两种测距码：军用的P码和民用的取消了对民用信道的SA干扰信号，可以激发广泛的民用应用和产业发展。”

    李文龙停顿一下喝了口茶继续说：

    “现在说说定位原理和系统原理。

    苏国成功发射第一颗人造卫星后，漂亮国约翰·霍布斯金大学应用物理实验室的研究人员提出了一个设想：如果我们能够通过观测站的位置来确定卫星的位置，那么理论上，我们也应该能够通过已知卫星的位置来测量出接收者的位置。这一设想成为了导航卫星的基本理念导航系统的工作原理是通过测量已知位置的卫星与用户接收机之间的距离，并利用多颗卫星的数据进行综合分析，从而精确确定接收机的具体位置。想要达到这一目的，卫星的位置需要通过查询星载时钟记录的时间和卫星星历数据来确定。用户与卫星之间的距离则通过测量卫星信号传播到用户所需的时间来计算，这个时间乘以光速即得到距离。但由于大气层和电离层的干扰，这个计算出来的距离并不是真实的直线距离，而是被称为伪距卫星通过发射含有伪随机码（伪码）的导航电文来正常工作。这些伪码主要包括民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码的频率是重复周期为一毫秒，码间距为1微秒，相当于300米的距离；而P码的频率是重复周期长达码间距0.1微秒，相当于30米的距离。Y码则是基于P码发展而来，具有更高的保密性能导航电文包含了卫星星历、工作状态、时钟修正、电离层时延修正、大气折射修正等重要信息系统通过解调卫星信号来获取导航电文，并以每秒50比特的速率在载频上进行调制后发射。每个GPSS导航电文主帧包括5个子帧，每个子帧持续6秒。其中，前三个子帧包含10个字码，这部分内容每30秒重复一次，并且每小时更新一次。而后两个子帧的总数据量为比特。导航电文主要包含遥测码、转换码和第1、2、3号数据块，其中星历数据最为关键。用户接收到这些导航电文后，可以通过比对卫星时间和自己的时钟来计算与卫星之间的距离。同时，利用电文中的星历数据可以确定卫星在发射电文时的确切位置。根据这些信息以及WGS84大地坐标系，用户就可以精确地获知自己的位置和速度。需要注意的是，由于用户接收器的时钟与卫星的时钟不总是完全同步，因此在计算过程中还需要引入一个时间差Δt作为一个额外的未知数。这个时间差代表了卫星与接收机之间的时间差异。为了解出用户的三维坐标（x、y、z）以及时间差Δt，需要至少接收到4个卫星的信号，并用4个方程来求解这4个未知数卫星的信号传输是通过特定的调制技术实现的。这些技术包括CDMA（码分多址）和PSK（相位偏移键控），使得多个卫星可以在相同的频率上发送信号，而不会相互干扰技术允许每颗卫星使用独特的伪随机噪声（PRN）代码，确保接收机可以区分并跟踪来自不同卫星的信号。"

    "差分全球定位系统（DGPS）是一种基于已知参考坐标点的技术，用于修正GPS的误差，进而提升其定位精度。其工作原理主要是利用附近的已知参考坐标点（这些坐标点通常由其他高精度测量方法获得）来计算GPS接收机的位置误差，并将这一即时误差值纳入位置计算中，以得到更为准确的位置信息。通过这种方式，DGPS能够有效地改善GPS的定位精度，为用户提供更可靠、更精确的位置服务。

    具体操作上，一般会在一个基准站上安置一台GPSS接收机进行观测。利用基准站已知的精确坐标，计算出基准站到卫星的实际距离。然后，将这个距离与由于误差存在导致的基准站接收机观测到的伪距离进行比较，得出一个差值，即改正值。这个改正值会由基准站实时地发送出去。与此同时，用户的接收机在进行GPSS观测的同时也会接收到这个来自基准站的改正数。通过对接收到的改正数进行应用，用户的接收机可以修正其定位结果，从而消除公共误差。虽然差分技术可以完全消除某些类型的误差，例如卫星钟误差、星历误差等，但对于其他类型的误差，例如对流层和电离层的延迟误差，只能消除其中的大部分，而无法完全消除。然而，由于这种技术可以显着提高定位的精度，因此得到了广泛的应用。

    根据差分GPSS基准站发送的信息方式，差分GPSS定位可以分为位置差分、伪距差分和相位差分三种。这三类差分方式的工作原理大体相似，都是基准站发送改正数，用户站接收并应用这些改正数来修正其测量结果，从而得到更精确的定位结果。它们的主要区别在于发送的改正数的具体内容不同，这也导致了它们的差分定位精度有所差异。

    DGPS技术的应用可以大幅度提升GPS的定位精度，将其从标准GPS系统在水平方向上的510米定位精度提升至亚米级甚至厘米级，从而在航空、航海、测量和地理信息系统（GIS）等需要高精度定位的领域发挥巨大作用。"

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