GPS系統發展歷程

GPS系統發展歷程

前身
GPS(又稱全球衛星導航系統或全球衛星定位系統)系統的前身為美軍研製

的一種子午儀衛星定位 系統(Transit），1958年研製，1964年正式投入

使用。該系統用5到6顆衛星組成的星網工作，每 天最多繞過地球13次，

並且無法給出高度資訊，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀

系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，並驗證了由衛星系統

進行定位的可行性，為GPS 系統的研製埋下了鋪墊。由於衛星定位顯示

出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇 和艦船導航方面的

巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導

航系 統。為此,美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12

到18顆衛星組成10000km高度的全球定位網計劃，並於67年、69年和

74年各發射了一顆試驗衛星，在這些衛星上初步試驗了原 子鐘計時系統

，這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群

4到5顆衛星組成3至4個星群的計劃，這些衛星中除1顆採用同步軌道外其

餘的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛

星測距信號，其強大的功能，當信號密度低於環境噪聲的 １％時也能將

其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統得以取得成功的一個重要

基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態的2維定位，空軍的計劃能

供提供高動態服務，然而系統過於複雜。由於同時研製兩個系統會造成

巨大的費用，而且這裡兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的，所以

1973年美國國防部將2者合二為一，並由國防部牽頭的衛星導航定位聯

合計劃局（JPO)領導，還將辦事機構設立在洛杉磯的空軍太空處。該機

構成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防製圖局

、北約和澳洲的代表。


計劃
最初的GPS計劃在聯合計劃局的領導下誕生了，該方案將24顆衛星放置

在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星，地球上任何一點均

能觀測到6至9顆衛星。這樣，粗碼精度可達 100m，精碼精度為10m。

由於預算壓縮，GPS計劃不得不減少衛星發射數量，改為將18顆衛星分

佈在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。

1988年又進行了最後 一次修改：21顆工作星和3顆備份星工作在互成30

度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星所使用的 工作方式。


計劃實施
GPS計劃的實施共分三個階段：

第一階段為方案論證和初步設計階段。
從1978年到1979年，由位於加利福尼亞的范登堡空軍基地採用雙子座火
箭發射4顆試驗衛星，衛星運行軌道長半軸為26560km，傾角64度。軌
道高度20000km。這一階段主要研製了地面接收機及建立地面跟蹤網，
結果令人滿意。

第二階段為全面研製和試驗階段。
從1979年到1984年，又陸續發射了7顆稱為BLOCK I的試驗衛星，研製
了各種用途的接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準，利
用粗碼定位，其精度就可達14米。

第三階段為實用組網階段。
1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，這一階段的衛星稱為
BLOCK II和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進入工程建設狀態。
1993年底使用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計
劃更換失效的衛星。