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衛星導航系統
來源:中國民航局 2015-09-23 15:13

  自1957年人類向太空發射了第一顆人造衛星之後,一種新的導航方法被引進到民航業,那就是迅速發展的衛星導航系統。現在這種導航系統從導航設施一直到地面組織管理在技術上均已比較成熟,估計在10~20年內將會全面取代現在的無線電導航系統。在衛星導航系統中,主要的無線電導航臺站由地面挪到1000千米以上的高空去了,其優點是無線電波的傳播基本不受地面氣象、地形等因素的影響,臺站的建立也不受地理條件的限制,距離也不受限制,因此可以很容易地建立起一個全球導航系統。

  目前使用最成功的衛星導航系統當屬美國人建造的全球定位系統(GPS)。這個系統由三部分組成。第一部分是人造衛星,它由21顆衛星組成。這些衛星運作在高度為20000千米的6條圓形軌道上。每顆衛星12小時繞地球飛行一週。它們運作的路線覆蓋了從南緯630到北緯630的地球上的大部分地區。衛星發射兩種頻率高於l000兆赫的無線電波,和光線一樣直線傳播,精確度高而且不受干擾。衛星軌道的設計能保證在其所覆蓋的區域之內的每一點上,在大部分時間內能同時看(接收)到4個以上的衛星。系統的第二部分是地面上一系列的衛星管理站。它們的作用是跟蹤、遙測和管理衛星,還要把精確的時間及其他資訊傳送給衛星。第三部分就是使用者手中的接收機,它在收到4個衛星發來的信號後,測定出這4個衛星的信號傳送到接收地點所用的時間(這一時間從衛星所在的位置可以計算出來),這樣每顆衛星就可以對應于測量點建立一個方程式,4顆衛星建立4個方程式。其中的4個未知數是使用者所在的位置的三個坐標(x陀)和飛機的速度。在這個方程中的重要參數是時間。用無線電波傳播的速度與時間相乘就得出距離。無線電傳播的速度為每秒30萬千米。如果時間相差千萬分之一秒,距離就會差30米。因此這個系統對時間精度的要求就非常高,要求是在兩千年內誤差不足l秒!現在GPS接收機的使用很廣泛,甚至已經普及到汽車及探險隊員的手中。但是把它用做民航的主要導航手段還需時日。原因是衛星導航系統是由美國國防部開發的軍用系統,它只是部分開放給民用。若要把它作為國際民航的通用導航系統,不少國家心存戒心,擔心一旦發生政治糾紛或戰爭時,國家的民航系統將會受制於人。此外美國政府人為地把供民用的GPS的精度由l6米降低為l00米。這樣的精度作為遠端導航是足夠的,但要為飛機在機場進近、降落、起飛各階段做精密導航還是不夠的。世界有關各國正在通過國際民航界的一致努力,期望在10~15年內建立一個由國際組織管理的,精度達到要求的全球衛星導航系統。此後飛機將在全球的任何地點都能得到精確的衛星導航,安全地進行飛行活動,這將是導航技術的第二次大飛躍,現在使用的大部分無線電導航設施那時將退居二線轉成為輔助設施。

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