世界上有一个巨大上的沙龙,它只要四个会员,却招引了各国领袖的重视和很多尖端科学家工程师的研讨,这个沙龙便是GNSS(全球导航卫星体系),四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、我国斗极COMPASS。
我国斗极是个新会员,一起也是开展势头最猛的会员,斗极是咋回事?对咱们的日子有什么影响?这是一个很有意思的论题。关于斗极,学术期刊上的文章有很多了,但专业文章的术语太多,普通人读不明白,并且也不会有爱好去读。
1、从GPS说起
1957 年10月4日,苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星,创始了人类的空间世纪。美国对此亲近重视,有一位名叫比尔·盖伊的数学家和一位叫乔治·威芬巴赫的物理学家,他们在霍普斯金的运用物理试验室里发现了一个现象,那便是这颗卫星的频率呈现了偏移,经研讨发现是相对运动引起的多普勒频移效应。
这两位科学家对此进行了试验研讨,发现假如在地上上架起多部接纳机,就能够依据接纳到的信号的不同频差推算出这个卫星的详细位置,他们很快乐地把这个研讨成果告知了试验室主任弗兰克。麦克卢尔,说他们现已完成了对苏联卫星的多普勒定位盯梢。
弗兰克主任其时在做水兵的一项研讨,研讨内容是五角大楼怎么知道茫茫大海中军舰的详细位置,听到两位科学家的报告后他眼前一亮,已然你们能够发现卫星在哪里,假如把问题反过来,卫星就能发现你们在哪里,水兵军舰定位的问题有思路了!
GPS体系就按这种思路发动了,计划中需求处理的第一个问题便是:卫星该选用低、中、高哪种轨迹?假如选用低轨迹的话,发射本钱比较低,精度比较高,但若掩盖全球的话则需求200颗卫星,这样浩大工程实在是负担不起。
假如选用高轨迹,理论上三颗卫星就能掩盖全球,但除了高轨迹卫星的发射难度大之外,更首要的是定位精度会很低,原因有两个:一是轨迹太高会导致测量误差大,二是中止轨迹与地上物体的相对速度很小,不利于运用多普勒频移的解算办法。
中轨迹是比较折衷的计划,掩盖全球只需求24-36颗卫星,由于轨迹是运动的,即便地上的物体不动,但相对卫星的速度也很大,这就能够充分利用多普勒频移办法了。
根据以上归纳考虑,美国挑选了24颗卫星的中轨迹星座,1978年发射了第一颗,全体系在1995年投入运转,现有卫星30颗,分为军用和民用两种定位形式,其间民用方法向全球敞开。
2、美国是不是活雷锋?
GPS是个好东西,对人们日子品质的提高相当大,例如轿车和手机导航就十分重要,人们告别了在纸制地图上找路的前史。GPS关于探险帆海就更重要了,关键时刻能够救命。这么好的东西,美国又投入了巨资,竟然向全世界免费,莫非美国政府是活雷锋?
其实即便GPS不免费那也收不上来钱,为啥这样说呢?由于GPS是单向通讯体系,这跟播送电视塔相似。播送电视塔我们都知道,它只管发射信号,到底有1个收音机听仍是1万个收音机听,播送电视塔是不知道的,GPS体系也是如此,30颗卫星只管不停地向地上发信号,详细是谁在接纳并运用这些信号,它是底子不知情的,已然不知情,那还怎样收钱?
经过售卖高价解码芯片来收钱行不可?答案是不可,由于GPS选用的是只发不收的单向通讯机制,这对加密传输来说是先天的妨碍,即便搞了加密,没几天就会被破解了,尤其是民码还要求简略易用,接纳设备要求本钱低价,这对加密来说就愈加困难了。
假如GPS免费,则必定会在全球构成巨大的商场,依托这套体系会发生新的世界性工业,一起会构成一股强壮的国家软实力,所以说GPS免费是契合美国国家利益的。
GPS 免费对全世界的民生来说是个福利,但在军事方面却是个应战,美国仇视国家的军机战舰上当然也能够装置,美国人也制止不了,这对美国是不是一个要挟呢?其实GPS敞开的仅仅民码,精度比美国军方运用的军码差了十倍,先天就挫了一大截。更重要的是,万一跟美国打起了仗,人家把GPS民码给你一停,你现已很依靠GPS了,甚至连指南针都丢了,这可就抓瞎了。假如美国不给你停GPS,而是发个诈骗码,瞄准美国的导弹就可能飞到自己的阵地上,这愈加可怕。
所以说,他国的军备绝不能运用美国的GPS,一旦构成依靠就会像吸毒者相同无法自拔,必需求开展本国的定位导航体系。当然,开展本国的定位导航体系也仅仅少量大国的权力,至于泰国墨西哥等小国家其实是不用操这个心的,由于全球定位导航体系实在是太浩大,归纳国力弱小的小国家们底子就造不起,仍是老老实实地持续用GPS吧,这倒也省心。
3、斗极一代的由来
我国是个有志向的大国,在定位导航卫星这事上可不能图省心,实际上从上个世纪70年代就现已开端堵心了,七五规划中提出了“新四星”计划,随后提出过单星、双星、三星、三到五颗星的区域性体系计划,以及多星的全球体系想象。研讨、证明、再研讨、再证明……从来就没有中止过。
80年代初期,以“两弹一星”功臣成芳允院士为首的专家集体提出了双星定位计划,这是其时公认的最优计划,但因经济条件等种种原因又放置了十年。1991年是个严重转折点,海湾战争把我国人打醒了,美国的GPS在作战中的运用十分成功,决策层深入意识到今后交兵没这东西是真的不可,被放置十年的双星定位计划所以立刻发动。
为啥不像美国那样搞30颗卫星的体系呢?其时的国情是又没经历又没钱,刚起步可得悠着点,从小打小闹开端吧,上来就玩大的简单搞砸锅。必定会有网友问,在空间中三个坐标才干定位,两颗卫星不够用啊?这是个好问题,双星定位计划中有个高度仪,用户需求自测高程,并将成果作为第三个坐标,这就好比是在地球中心装了一个虚拟的卫星,这就完成了三星定位。那为什么不爽性发射三颗卫星呢?原因很简略,高度仪很廉价,这个计划更省钱。
只要两颗星,当然不能像美国GPS那样搞中轨迹的,轨迹低了掩盖面就小,两颗中轨迹卫星大都时刻会在我国上空以外的当地飞翔,那我国大陆还咋用呢?因而只能搞高轨迹的,并且还得是中止的,这样才干妥妥地停在我国大陆的上空。
中止高轨迹是双星定位的有必要挑选,从技术上讲这毫无疑问是正确的,但却埋下了功能不强的危险,这便是要谈的下一个问题,斗极一代被诟病。