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版主:黑木崖
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简单科普下卫星导航系统中有源定位与无源定位的区别(原创):
送交者:  2016年04月01日04:48:39 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

    北斗一代(或称北斗导航试验系统)是有源定位。因为它采用的是中国独创的双星定位原理,即在中国所在经度范围的赤道上空放两星静止轨道卫星,根据这两星发送信号的时间差可以在地球表面形成一条长长弧线,当然这还不能完成定位。但聪明的中国科学家注意到,地球表面是高低不平的,也就是说那条弧线上各定高低不一样。如果我们建立精确的地球表面高度数据库,并知道用户所在海拔高度,通过对比,就可以知道用户处在那条弧线上的哪个点。


    可怎么知道用户的海拔高度呢?那就得麻烦我们的用户了,其终端机上装有海拔高度表(这种便宜的东西手表上都可以装上),将实测的海拔高程数据上传给导航卫星,卫星再把它传给地面的中心,与那里的地球表面高程数据库进行比对和解算,然后再将结果上传给卫星,卫星再次下传给用户,后者的终端接收机上才终于能显示出正确的定位数据。


    应该说这是中国人一件很漂亮的发明,只花了两颗而不是24颗卫星的钱,就解决了在国内大多数地区导航定位的需要。而且反正也要上传高程数据,那么顺便上传点短消息也是很方便的。但它的毛病你细琢磨就会发现:


    一是这个终端接收机得具备上传功能,而且是向三万六千多公里外的卫星上传数据,因此接收机不可能做得很小,而且射频功率也不小,很耗电。


    二是它只能给地表的用户定位,天上飞的就没办法了,因为那个随意的高度数据无法与地表高程数据库进行对比。


    三是它信号上下两个回合很费时间,不适合高速运动的物体的及时定位。


    四是在茫茫大海上不易使用,因为那条弧线的海拔都是零。


   五是它在靠近赤道的低纬度特别是靠近赤道的地区导航精度会明显恶化,因为用户与赤道上两颗星拉出的几何图形很差,解算精度不佳。。。


    那为何不在赤道上多打几颗静止星?没用的,空间定位的参照点不能排成一条直线。


    但如果有静止星基础上加上一个不在赤道上空的卫星不就结了吗?没错!你答对了。但不在那静止轨道上的星会乱跑。还好有种轨道叫IGSO,即倾斜同步轨道,它跑来跑去也在这个经度范围内,老毛子就喜欢用这轨道放通信卫星。但它也会跑南边去,那样北半球的用户就看不着了。而且它跑到赤道附近时,基于前述原理一样会影响导航精度。所以一颗不行,多打几颗就差不离了。这个成本依然远低于至少24颗星的GPS。这个,就是印度人现在搞的区域性卫星导航系统的星座安排,也是我们目前北斗已经完成的第一阶段区域导航的星座安排。注意,这种系统已经是无源的了,无需用户再上传什么高程信息。


    但这布局的坏处当然就是仅限本地区而无法全球使用了。GPS、GLONASS、伽利略和全建成后的北斗都是全球导航系统,没别的,就是在中圆轨道上布上至少24颗卫星。其原理都是三星定位,按理利用三颗卫星就可以确定空间中某个点的位置了。但实践上因为校正时钟偏差的需要(高速飞行的卫星传送的信号会有时间偏差),还是要加上第四颗卫星就好解算了。而想做到在地球任何位置都能至少共同看到4颗星,最优化的方案就是在两万公里高的中圆轨道上平均分布24颗卫星。


    这当然就更是彻底的无源导航了。卫星们只管广播式地发送信号,用户终端接收机收到时就立即能解算出准确的位置。这样保密、安全、快捷,接收机可以做到指甲盖那么大,而且飞机、导弹、炸弹、炮弹上全能用。其实GPS军事上最大好处就是让精确制导武器彻底白菜化,这小芯片比任何其它制导装置都便宜太多了,还更准。而这一切好处,都是以无源导航为条件的。


    这个无源导航说的是卫星导航系统本身无需上传信号。之所以有人误会GPS可以有源,是因为某些终端用户为拓展功能而开发了一些转发装置。比如在无法接收GPS信号的封闭空间(比如轮船舱室内),或需要向附近更多客户分享导航数据的情况,就可以通过一个外设的GPS接收机先“无源地”接收导航信号,然后再通过自身的射频装置转发给其它用户。网上到处有卖此类所谓“GPS有源接收机”或“GPS有源天线”,严格地讲,世界上那么多GPS或其它全球导航系统的地面差分站,还有通过手机蜂巢网络向不带GPS芯片的手机提供“定位服务”,不都是属于这种“有源转发装置”嘛。但注意它们是像WIFI一样转发给几十米外的其它用户,而非像有源定位一样上传给两万公里外的卫星。


    总而言之,有源定位与无源定位是根据卫星导航系统本身的定位原理而划分,至于你收到信号以后干什么,这跟卫星导航系统本身没有一毛钱关系。

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  谢谢,通俗易懂。还有那个短信功能说是蛮好的。  /无内容 - 天蓝蓝 04/02/16 (426)
  我做过GPS接收器,古胡扯。几百毫瓦峰值功率,如何上传到卫星  /无内容 - 也是明眼人 04/01/16 (600)
    也许: - 黑木崖 04/02/16 (483)
      GPS接收器没功放,发不了信号  /无内容 - 也是明眼人 04/01/16 (467)
        要拿这做证据,你要有所有GPS接收器都没功放的证据  /无内容 - spiro 04/02/16 (424)
          狡辩升级为胡扯了。相机带GPS,是不是“GPS有摄影功能”?  /无内容 - pacificsalmon 04/02/16 (454)
            毫无逻辑地瞎扯的是你。说老实话吧,我没点明之前你知道 - spiro 04/02/16 (540)
              没想到 active tracking 是因为那个跟 - pacificsalmon 04/02/16 (477)
                笑话? wikipedia 的内容再含糊也只是active - spiro 04/02/16 (561)
                  TRACKING没有发射到GPS卫星上 - cph 04/02/16 (531)
                    my claim has always been that - spiro 04/02/16 (529)
            你知道如何举证吗?  /无内容 - spiro 04/02/16 (445)
        我相信你自己也能知道这不是证据。  /无内容 - spiro 04/01/16 (465)
          没PA咋驱动天线?  /无内容 - 也是明眼人 04/01/16 (450)
          这当然是证据。GPS终端不需要对外发射信号,所以是无源定位 - pacificsalmon 04/01/16 (504)
      卫星电话是向地球同步轨道卫星发信号吗?  /无内容 - 也是明眼人 04/01/16 (434)
        GPS就没有同步卫星  /无内容 - 古宇庙 04/01/16 (426)
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