美国GPS卫星导航系统24颗卫星如何运作?4颗备用卫星有哪些用途?

风履

美国GPS卫星导航系统24颗卫星如何运作?4颗备用卫星有哪些用途?

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GPS，即全球定位系统，是美国国防部开发的星基全球无线电导航系统。它为全球范围内的飞机、舰船、地面部队、车辆、低轨道航天器提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度以及时间数据。其主要任务是实现各种天气条件下连续实时的高精度三维定位和速度测定，用于大地测量和高精度卫星授时等。GPS卫星已发展了2代4种型号，耗资300亿美元。现在轨道运行的为第2代的两种型号——GPS A和GPS R。

GPS由空间系统、地面控制系统和用户系统三大部分组成。空间系统由24颗工作卫星和3颗备份卫星组成，分布在20200千米高的6个倾角为55°的轨道平面上，运行周期12小时。地球上任何地方任一时刻都能同时观测到4颗以上的卫星。地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制。用户系统为各种用途的GPS接收机，根据用途它可分为测地型、全站型、定时型、普通型和集成型；根据携带者又可分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式和手持式。

GPS接收机可装载于各种飞行器（包括导弹、炸弹）、舰船、车辆或者个人手持，还可以集成于计算机、测绘仪、照相机等仪器设备中。GPS工作卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星和3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。卫星轨道平面相对地球赤道的倾角为55°各个轨道平面之间交角为60°轨道平均高度20200km，卫星运行周期为11小时58分钟，同一轨道上各卫星之间的交角为90°，GPS卫星的上述时空配置，保证了地球上任意地点，在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，因而满足精密导航和定位的需要。

GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m重约774kg（其中包括310kg燃料），两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作的用电。每颗GPS卫星上装有4台高精度的原子钟，其中2台为铷钟，2台为铯钟。原子种为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能是：1执行地面监控站的控制指令，接收和储存由地面监控站发来的导航信息；2向GPS用户发送导航电文，年代导航和定位信息；3通过高精度原子钟（铷钟和铯钟）向用户提供精密的时间标准；GPS卫星上设有微处理机，可进行必要的数据处理工作，并可根据地面监控站指令，调整卫星姿态、启动备用卫星。