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2017年2月12日 星期日

世界衛星導航系統(World Global & Regional Satellite Navigation System)

image source:internet & wiki

遠古時代的人類只能靠日月星辰指引方向,但這樣子的方式會受到天候影響,直到羅盤發明,人類才可以進行比較精確的二度空間的導航,也因此促成了歐洲的地理大發現,一直到全球性衛星導航系統的發明與部署,人類才得以在全球導航三度空間飛行的航空器,因為海洋佔據了地球十分之七以上的面積,再加上彼此敵對的國家更不可能讓敵國在自己國家境內建立包含軍事用途在內的導航雷達站,所以要在地表建立起完整的全球地面導航雷達昰不可能的,因此發射衛星作為導航系統是最迅速且有效的方式。
衛星導航系統是覆蓋全球或區域性的自動利用空間定位的衛星系統,可用精巧的電子接收裝置定位使用者所在位置 (經度、緯度和高度),並且經由衛星廣播沿著視線方向傳送的時間訊號精確到10公尺(目前軍用精密度小於1 公尺)的範圍內。接收機計算的精確時間以及位置,可以作為科學實驗與軍事武器的參考。
直到2012年,只有美國的全球定位系統(GPS;共由24顆衛星組成) 及前蘇聯的格洛納斯系統(GLONASS) 是完全覆蓋全球的定位系統。中國的北斗衛星導航系統(BDS) 則於201212月開始服務於亞太區(共由16顆衛星組成),預計於2020年覆蓋全球。歐洲聯盟的伽利略定位系統則為在初期部署階段的全球導航衛星系統,預定最早到2019年才能夠充分運作。目前法國、日本和印度也在發展區域導航系統。
全球性衛星導航系統通常需要由20-30顆衛星組成,以中地球軌道分布在幾個軌道平面上。實際運作系統各自不同,但是使用的軌道傾斜都大於50°,和軌道週期接近12小時 (高度接近或超過20,000公里(12,000英里))
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衛星導航系統的主要用途:
精確定時:廣泛應用在天文台、通信系統基站、電視台中
工程施工:道路、橋樑、隧道的施工中大量採用GPS設備進行工程測量
勘探測繪:野外勘探及城區規劃
導航:
武器導航:精確制導飛彈、巡弋飛彈
車輛導航:車輛調度、監控系統
船舶導航:遠洋導航、港口/內河引水
飛機導航:航線導航、進場著陸控制
星際導航:衛星軌道定位
個人導航:個人旅遊及野外探險
定位:
車輛防盜系統
手機,PDAPPC等通信移動設備防盜,電子地圖,定位系統
兒童及特殊人群的防走失系統
精準農業:農機具導航、自動駕駛,土地高精度平整

目前世界衛星導航系統如下
全球性衛星導航系統
美國:全球定位系統(GPS),目前覆蓋全球。

32顆衛星,為世界最早開放民用的全球衛星導航系統,原本僅具軍事用途,後來也開放給民用,為目前全球最主要採用的衛星導航系統,由於是世界最早部署並且有衛星已經接近壽限。
美國今後將花八十億美元全面提升“全球定位系統”(GPS),升級行動為期十年,升級後的GPS將更可靠、搜尋範圍更廣和更準確,定位精準至三英尺之內。升級計劃是逐一替換現有的二十四枚人造衛星,首批新的人造衛星於20105月底由佛羅里達州卡納維爾角升空。
新的人造衛星也可把商用訊號量提升兩倍,衛星配備的原子鐘精確度達十億分之一秒。新的定位系統可以把定位誤差由以前的二十英尺或以上,縮小至三英尺之內。在新的系統下,配備GPS功能的手機或衛星導航接收器可以帶你去任何想去的特定地點,而並非只是街道附近。

俄羅斯:全球導航衛星系統(GLONASS),可覆蓋全球。

發射28顆衛星,為俄羅斯為主印度為輔開發的衛星導航系統,但範圍函蓋全球,主要用為軍事用途。


歐盟:伽利略定位系統(Galileo Positioning System)
民用衛星導航系統,目前部署中運作範圍可覆蓋全球,約2019年可全球運作,至少4+8顆衛星即可有完整功能,計畫發射30顆衛星,但目前只編到發射24顆的預算。


中國:北斗衛星導航系統
將由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成, 中國藉由參與歐洲伽利略定位系統獲得開發北斗衛星導航系統技術,但由於PRC的衛星導航技術尚不及美俄歐,其精準度仍不及美俄歐的系統,目前範圍已經涵蓋亞太區預計2020可以全球運作。

區域性衛星導航系統
法國:DORIS2顆主要衛星,已開始使用。

印度:IRNSS/NAVIC(印度區域導航衛星系統)軍民兩用衛星導航系統,共7顆衛星,已完成部署。

日本:准天頂衛星系統
共需4顆衛星,2010年第一顆衛星發射升空,預計2017年完成部署。

System GPS GLONASS BeiDou Galileo NAVIC
Owner United States Russian Federation China European Union India
Coding CDMA FDMA CDMA CDMA CDMA
Orbital altitude 20,180km (12,540mi) 19,130km (11,890mi) 21,150km (13,140mi) 23,222km (14,429mi) 36,000km (22,000mi)
Period 11.97h (11h 58min) 11.26h (11h 16min) 12.63h (12h 38min) 14.08h (14h 5min)

Revolutions per sidereal day 2 17/8 17/9 17/10

Number of
satellites
32(at least 24 by design) 28(at least 24 by design) including:
24 operational
2 under check by the satellite prime contractor
2 in flight tests phase
5 geostationary orbit (GEO) satellites,
30 medium Earth orbit (MEO) satellites
4 in-orbit validation satellites + 8 full operation capable satellites in orbit
22 operational satellites budgeted
Total: 7
In Orbit: 7
Frequency 1.57542GHz (L1 signal)
1.2276GHz (L2 signal)
Around 1.602GHz (SP)
Around 1.246GHz (SP)
1.561098GHz(B1)
1.589742GHz(B1-2)
1.20714GHz(B2)
1.26852GHz(B3)
1.164–1.215GHz (E5a and E5b)
1.260–1.300GHz (E6)
1.559–1.592GHz (E2-L1-E11)
L5-band
1164.45–1188.45MHz
S-band2483.5-2500MHz)
Status Operational Operational 22 satellites operational,
40 additional satellites 2016-2020
18 satellites operational,
12 additional satellites 2016-2020
Operational




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