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國防知識:GPS全球定位系統(tǒng)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的諸軍兵種協(xié)同作戰(zhàn),要求戰(zhàn)區(qū)指揮員必須隨時(shí)隨地掌握各參戰(zhàn)單位的準(zhǔn)確位置;飛機(jī)、艦艇遂行各種作戰(zhàn)任務(wù),亦需要隨時(shí)了解其自身的位置信息;發(fā)射地—地、空—地導(dǎo)彈,必須首先測定出自己發(fā)射地點(diǎn)和精確位置;甚至位于叢林或沙漠地帶作戰(zhàn)的單兵,為了不迷失方向,也最好能為他們提供一種便于隨身攜帶的小巧輕便的定位設(shè)備。凡此種種,都客觀地反映出了對發(fā)展某種高精度(譬如定位誤差不超過10米)、大覆蓋(最好能覆蓋全球)定位系統(tǒng)的廣泛而迫切的作戰(zhàn)使用需求。為此,早在70年代初期,美國政府就不惜投入巨大的人力、物力和財(cái)力,開展了對高精度全球定位系統(tǒng)的研制工作,經(jīng)過十余年的不懈努力,終于在80年代的中、后期,使GPS全球定位系統(tǒng)逐步投入了運(yùn)行。

所謂“GPS”,就是英文“全球定位系統(tǒng)”三個(gè)詞的詞頭縮寫,它由平均分布在圍繞地球的6個(gè)圓形軌道上的24顆人造地球衛(wèi)星(即導(dǎo)航衛(wèi)星),分設(shè)在美國本土及其屬地上的空控站、注入站、監(jiān)測站、以及廣泛裝備于飛機(jī)、艦艇、坦克乃至單兵的GPS接收機(jī)等組成。

GPS系統(tǒng)采用“時(shí)間同步、單程測距”的原理來實(shí)現(xiàn)定位、簡單地說就是用戶同時(shí)向已知其位置的3個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星分別進(jìn)行距離測量,然后再以該衛(wèi)星為球心,以所測得的距離為半徑,在空間畫出3個(gè)球面,則該3個(gè)球面的相交點(diǎn),就是用戶的所在位置了。所謂“時(shí)間同步”是指衛(wèi)星上的時(shí)鐘與用戶設(shè)備內(nèi)的時(shí)鐘是精確同步的(譬如說校準(zhǔn)到兩者之間幾萬年才差1秒鐘);而“單程測距”則是指從導(dǎo)航衛(wèi)星上發(fā)出的無線電測距信號在傳播到用戶設(shè)備的這一單向行程中,就可以把它們之間的距離測量出來。試讓我們來進(jìn)行一下簡單的計(jì)算:假定衛(wèi)星以整秒時(shí)刻(即1、2、3)向外發(fā)播無線電測距信號,而用戶設(shè)備所接收到的測距信號比整秒、時(shí)刻晚了0。0666秒種,已知電波的傳播速度為300,000千米/秒,則用戶至該衛(wèi)星的距離就等于300,000千米/秒與0。0666秒的乘積,即19,980千米。請注意,這里是假定衛(wèi)星和用戶的時(shí)鐘是完全同步的,即它們之間沒有上點(diǎn)誤差,這樣的計(jì)算才是正確的。如果用戶時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)鐘存在著時(shí)間誤差,則還必須根據(jù)這個(gè)誤差對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一些修正。GPS衛(wèi)星組網(wǎng)之所以采用24顆衛(wèi)星的配置方案,就是為了保證位于世界任一地點(diǎn)的用戶,都可以隨時(shí)接收到至少4個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星的信號,其中3個(gè)衛(wèi)星的信號來測距定位,第4個(gè)衛(wèi)星的信號就是用來計(jì)算用戶時(shí)鐘的誤差的,至于其具體的算法,在這是就不予評述了。

GPS全球定位系統(tǒng)可實(shí)時(shí)連續(xù)地為用戶提供三維空間的位置信息、測定用戶的運(yùn)動速度,并可提供精確的授時(shí)勤務(wù),其定位誤差不大于10米,授時(shí)誤差不大于0。1秒,授時(shí)精度優(yōu)于0。000001秒,且其電波信號還具有一定的抗干擾的能力。如果將我各作戰(zhàn)單位的GPS位置信息通過無線電通信不斷地傳輸?shù)阶鲬?zhàn)指揮中心,再加上通過我偵察手段所獲取的敵方目標(biāo)的位置信息,然后統(tǒng)一集中在大屏幕顯示器上加以顯示,就可以使我區(qū)指揮員能夠隨時(shí)掌握整個(gè)戰(zhàn)場上敵我雙方的動態(tài)態(tài)勢,從而為其作戰(zhàn)指揮提供了一項(xiàng)準(zhǔn)確而重要的依據(jù)。這樣一來,兵家?guī)浊暌詠淼?ldquo;運(yùn)籌于帷幄之中,決勝于千里之外”的夢想,不就是最終得以真正實(shí)現(xiàn)了嗎?
 

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