“子午儀”衛星導航系統

“子午儀”衛星導航系統

正文

美國海軍的一種全球、全天候衛星導航定位系統,又稱海軍衛星導航系統。1964年研製成功並投入使用,1967年開始進入民用領域。這種系統利用地面用戶設備接收“子午儀“號衛星一次通過視界期間所發出的信號，就能獲得用戶的準確位置。它定點定位誤差在接收雙頻(400兆赫、150兆赫)信號時,約為0.025海里;接收單頻（400兆赫）信號時，約為0.05海里。因船速和天線高度數據不準，航行時的定位誤差還大一些。一般情況下，一節船速誤差會引入0.25海里定位誤差。授時準確度約25微秒，利用改進的“諾瓦”(NOVA)衛星可達3微秒。
系統組成　“子午儀”衛星導航系統由衛星網、地面跟蹤站、計算中心、注入站、美國海軍天文台和用戶接收設備等6部分組成。①衛星網：使用4～5顆衛星,均為近極軌道。衛星軌道約1000公里,運行周期約107分鐘。衛星上的主要設備有：注入信號接收機、存儲器、高穩定石英晶體振盪器、導航信號發射器、天線和太陽電池等。②地面跟蹤站：共4個，各由定向天線跟蹤衛星,接收從衛星發來的信號並進行解調，進行記錄並將數據連同時間修正量傳送到計算中心。③計算中心：根據各跟蹤站送來的數據，計算出每顆衛星未來16小時內在世界時偶數分鐘開始時刻的位置，即衛星固定軌道參數和可變軌道參數，經編碼後送往注入站。④注入站：對數據進行存儲，數據注入每12小時進行一次，以替代衛星中原存的數據，並修正衛星上的時間信號。⑤美國海軍天文台：接收衛星在偶數分鐘時刻的時間同步信號，與世界時比對後，將時差值送入計算中心，使衛星、跟蹤站、計算中心、注入站和用戶設備的時間同步。⑥用戶接收設備：分雙頻道和單頻道兩種，前者用於定位準確度要求高的場合，後者用於一般場合。

“子午儀”衛星導航系統

定位原理　衛星不斷播發偶數分鐘開始時刻的軌道參數。衛星以7.3公里／秒的速度繞地球運轉,與地面用戶接收設備存在相對運動。接收設備測量都卜勒頻移。累計一段時間間隔里的都卜勒周期數，稱為都卜勒計數。據此算出用戶與衛星(在相鄰2分鐘的偶數分鐘開始時刻所處位置)間的斜距差，這是實測數據。同時,根據用戶假設位置（以經度緯度表示）也算出到衛星的斜距差。兩個斜距差間存在差值說明假設位置不準，於是再算出修正量墹λ、墹嗞。當墹λ、墹嗞超過規定限差時,則在原假設經度緯度上加入修正量 墹λ、墹嗞作為新的假設位置。然後，再重複上述過程，直到算出的墹λ、墹嗞都小於規定限差。此時，得出的位置就是利用“子午儀”導航衛星測定的用戶位置。
信號格式　為了補償電離層折射引起的都卜勒計數差值，“子午儀”衛星使用兩個頻率。衛星存儲的全部數據對載頻進行相位調製,每2分鐘向地面發射一次導航信號,供用戶使用。每批電文由字長39位的156個字加上19個附加位組成。每批電文共有6103個碼位，每碼位占用傳送時間約20毫秒。每碼位又由兩個碼元組成,分成正碼元和負碼元。 一個正碼元後接一個負碼元組成“1”碼位，一個負碼元後接正碼元組成“0”碼位（圖2）。

“子午儀”衛星導航系統

衛星電文　衛星電文每 2分鐘傳送一批, 雖然含有156個字和一個19位的終止字，但供民用的只有25個字。它們所表示的都是軌道參數，其中8個字為變化參數,表示衛星軌道攝動變化量,每2分鐘變換一次。其餘17個字為固定參數(克卜勒參數)，在12小時內重複傳送並保持不變。17個字中有11個字用來確定軌道的平均橢圓，其餘並不直接用於定位計算。它們變化很慢，用以預報幾個月內衛星通過的時間（準確度達到幾分鐘以內）。其主要缺點為不能連續定位。

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