卫星定位系统的发展与应用

广东天文学会关于2004年学术论文研讨会

1 卫星定位系统原理与发展应用前景

广东省韶关学院——廖伟迅

1、子午卫星导航系统（NNSS ）

该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System ）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。

1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓

厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工

作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达

9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。

1.1 子午卫星导航系统的组成

（1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独

立轨道的极轨卫星组成。

在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107m ；

卫星高度约为H=1075km ；按理论上的设计，

六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为30度轨道

平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫

星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，

故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距

就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均 1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。

（2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站；1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；1个天文台（海军天文台）。

地面控制系统中设立了四个卫星跟踪站，它们分别位于加利福尼亚州的穆古角、明尼苏达州、夏威夷、缅因州。因为地面跟踪站的精确坐标是已知的，当子

午卫星通过跟踪站上空时可以观测记录各卫星信号的多普勒频移，并将测到的数

图1——子午卫星星座