在卫星导航系统出现之前,远程导航与定位主要用无线电进行,其中包括罗兰-C系统、Om ega(奥米茄)系统、多卜勒系统等,这些系统精度都不高。
1958年,美国开始研制第一代卫星定位装置子午仪系统(T ran s it)。1964年,子午仪系统投入使用。该系统只有5-6颗卫星,不能从地面站进行连续的观测和控制,因而无法提供连续的实时三维导航,精度也不高。
为满足军事部门和民用部门对连续、实时、三维导航的要求,1973年,美国国防部制定了GPS计划。该计划分三个阶段:
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年,发射了4颗试验卫星,研制了地面接收设备。
第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年,陆续发射了7颗试验卫星。实验表明,GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,1993年底实用的GPS网正式建成。
GPS使用24颗高度约两万公里的卫星,分布在六个轨道面上(每轨道面4颗)。这样的分布使得用户在全球任何地方、任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并接收卫星信号,从而实现精确、连续、实时的定位导航。
由于每一颗卫星都有使用寿命,因此,GPS运行之后,美国仍在不间断发射新星。到目前为止,GPS至少已经发射了55颗卫星。这种连续的发射不但保证了GPS维持工作状态,还使得GPS的功能得到持续改进。目前,美国正在实施新的GPS现代化计划,这个计划完成之后,GPS系统的功能将变得更加强大,处于遥遥领先的地位。
GPS发射的信号分为两种:军用的和民用的,其中军用信号专供美国军方使用,民用信号免费开放给全球用户使用。一般而言,民用信号较军用信号的精度要差,而且,美国军方随时可以对特定区域的信号进行调整,使其误差变大,甚至关闭特定区域的信号,让GPS暂时失灵。
在国际军火市场,GPS也拥有特殊的地位,不少国家对外出口的精确制导武器,是基于GPS导航系统开发的。
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