什么是子午仪卫星导航系统?

什么是子午仪卫星导航系统?

[拼音]：ziwuyi weixing daohang xitong

[外文]：Transit satellite navigation system

美国海军的一种全球、全天候卫星导航定位系统，又称海军卫星导航系统。1964年研制成功并投入使用，1967年开始进入民用领域。这种系统利用地面用户设备接收“子午仪“号卫星一次通过视界期间所发出的信号，就能获得用户的准确位置。它定点定位误差在接收双频(400兆赫、150兆赫)信号时，约为0.025海里;接收单频（400兆赫）信号时，约为0.05海里。因船速和天线高度数据不准，航行时的定位误差还大一些。一般情况下，一节船速误差会引入0.25海里定位误差。授时准确度约25微秒，利用改进的“诺瓦”(NOVA)卫星可达3微秒。

系统组成

“子午仪”卫星导航系统由卫星网、地面跟踪站、计算中心、注入站、美国海军天文台和用户接收设备等6部分组成。

（1）卫星网：使用4～5颗卫星，均为近极轨道。卫星轨道约1000公里，运行周期约107分钟。卫星上的主要设备有：注入信号接收机、存储器、高稳定石英晶体振荡器、导航信号发射器、天线和太阳电池等。

（2）地面跟踪站：共4个，各由定向天线跟踪卫星，接收从卫星发来的信号并进行解调，进行记录并将数据连同时间修正量传送到计算中心。

（3）计算中心：根据各跟踪站送来的数据，计算出每颗卫星未来16小时内在世界时偶数分钟开始时刻的位置，即卫星固定轨道参数和可变轨道参数，经编码后送往注入站。

（4）注入站：对数据进行存储，数据注入每12小时进行一次，以替代卫星中原存的数据，并修正卫星上的时间信号。

（5）美国海军天文台：接收卫星在偶数分钟时刻的时间同步信号，与世界时比对后，将时差值送入计算中心，使卫星、跟踪站、计算中心、注入站和用户设备的时间同步。

（6）用户接收设备：分双频道和单频道两种，前者用于定位准确度要求高的场合，后者用于一般场合。

定位原理

卫星不断播发偶数分钟开始时刻的轨道参数。卫星以7.3公里／秒的速度绕地球运转，与地面用户接收设备存在相对运动。接收设备测量多普勒频移。累计一段时间间隔里的多普勒周期数，称为多普勒计数。据此算出用户与卫星(在相邻2分钟的偶数分钟开始时刻所处位置)间的斜距差，这是实测数据。同时，根据用户假设位置（以经度纬度表示）也算出到卫星的斜距差。两个斜距差间存在差值说明假设位置不准，于是再算出修正量墹λ、墹嗞。当墹λ、墹嗞超过规定限差时，则在原假设经度纬度上加入修正量 墹λ、墹嗞作为新的假设位置。然后，再重复上述过程，直到算出的墹λ、墹嗞都小于规定限差。此时，得出的位置就是利用“子午仪”导航卫星测定的用户位置。

信号格式

为了补偿电离层折射引起的多普勒计数差值，“子午仪”卫星使用两个频率。卫星存储的全部数据对载频进行相位调制，每2分钟向地面发射一次导航信号，供用户使用。每批电文由字长39位的156个字加上19个附加位组成。每批电文共有6103个码位，每码位占用发送时间约20毫秒。每码位又由两个码元组成，分成正码元和负码元。 一个正码元后接一个负码元组成“1”码位，一个负码元后接正码元组成“0”码位（图2）。

卫星电文

卫星电文每 2分钟发送一批， 虽然含有156个字和一个19位的终止字，但供民用的只有25个字。它们所表示的都是轨道参数，其中8个字为变化参数，表示卫星轨道摄动变化量，每2分钟变换一次。其余17个字为固定参数(开普勒参数)，在12小时内重复发送并保持不变。17个字中有11个字用来确定轨道的平均椭圆，其余并不直接用于定位计算。它们变化很慢，用以预报几个月内卫星通过的时间（准确度达到几分钟以内）。其主要缺点为不能连续定位。