軍用GPS:美國空軍下一代全球定位系統

2021-01-10 網易

2021-01-05 15:30:28　來源: 科技創新資訊平臺

舉報

　　GPS Block IIF衛星，是波音為美國空軍製造的下一代全球定位系統（GPS）。美國空軍和飛彈系統中心最初於1996年下達了訂購33枚GPS Block IIF衛星的訂單，但後來對該合同進行了修改，數量減少到12枚。這些衛星的製造是為了取代先前的GPS Block I，II和IIA衛星，被取代的衛星最早是1978年投入使用。GPS是美國國防部（DOD）最大的衛星群，有31顆衛星在運行軌道上。IIF衛星的交付始於2001年4月，並維持了全球定位系統星座，該星座為晝夜的全天候，以通過三維定位提供信號，以進行全球導航。GPS IIF對以前的模塊進行了重大改進，並在不斷變化的用戶需求（例如新的軍事頻率或商業頻率）方面提供了靈活性。第12顆GPS IIF衛星於2016年2月在聯合發射聯盟阿特拉斯V運載火箭上發射，這也標誌著波音公司在軌向美國空軍交付的第50顆GPS衛星的發射。

　　

　　2016年2月發射了第12顆GPS Block IIF衛星

　　一、衛星設計和功能

　　GPS Block IIF衛星的高度為2.51米，寬度為2.06米，長度為1.8米，發射時重1,633公斤，設計使用壽命為12年，可降低運營成本。衛星能夠進行長達60天的自主運行，衛星的靈活設計有助於升級到以網絡為中心的運營和高級安全性。這些衛星通過先進的原子鐘，更長的設計壽命，新的可操作第三民用信號（L5）和生命安全應用提高了準確性。

　　二、全球衛星定位系統無線電導航

　　全球衛星定位系統（Navstar GPS）是由美國國防部（DOD）開發和運營的基於衛星的無線電導航系統。GPS允許陸、海和空運用戶在世界各地的所有天氣條件下，每天24小時立即確定其三維位置、速度和時間。它由一個軌道衛星群，一個地面控制系統以及飛機、輪船、陸地車輛和手持式背包中的數千個GPS信息接收器單元組成，該系統於1995年7月實現了全面的運作能力。GPS的主要用途是輔助陸地、海上和空中導航、地理勘探、製圖和大地測量學、測量、車輛定位系統、搜索和營救行動、空中加油和編隊會合以及其他廣泛應用。還有許多民用功能，例如卡車隊、商業航空公司和執法機構、徒步旅行者，農民和漁民也將從GPS中受益。GPS的軍事能力在海灣衝突中得到了證明，美國國防官員將其視為成功完成「沙漠風暴」和「沙漠盾牌」行動的關鍵因素。

　　三、衛星星座

　　GPS程序的空間部分由24個可運行的衛星組成，這些衛星在六個圓形軌道上，高度為20,200 km（10,900 nm），周期為12小時，傾斜度為54.8°，衛星的位置使得在任何一個時間點，世界上任何地方的用戶都可以看到其中的六顆，位置和時間數據不斷廣播給全世界的用戶，Block IIF衛星在2個L頻段上廣播。

　　

　　衛星設計壽命為12年

　　四、衛星控制

　　控制段由一個主控站組成，該主控站由科羅拉多州獵鷹空軍基地的第二個衛星控制中隊運營，在全球分布有五個監控站和三個地面天線。監控站跟蹤所有GPS衛星，並從其廣播中收集信息。監視站將從每個衛星收集的信息發送回主控站，主控站計算出精確的衛星軌道。然後將信息格式化為每個衛星的更新導航消息。使用S波段信號，通過地面天線將更新後的信息發送到每個衛星，地面天線還發送和接收衛星控制和監視信號。波音GPS模塊IIF的合作夥伴計算機科學公司於2000年開始承擔運營控制部門的責任。

　　五、GPS信號接收

　　用戶細分由信號接收器/處理器，天線和控制/顯示單元組成，這些信號接收器/處理器，天線和控制/顯示單元允許陸上，海上或空中操作員接收GPS衛星廣播，並隨時計算其精確的緯度、經度、高度、精確的時間和速度，在任何天氣下 該系統可以容納不限數量的用戶，而無需透露他們的位置。

　　

　　這些衛星是從美國佛羅裡達州的卡納維拉爾角的空軍基地發射升空

　　六、衛星發射

　　Delta II消耗型運載火箭用於從佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地發射GPS衛星。IIF塊太空飛行器將使用空軍計劃的演進式消耗性運載火箭（EELV）。在位於加利福尼亞州洛杉磯空軍基地的美國空軍太空和飛彈系統中心的聯合計劃辦公室的管理下，波音可重複使用的太空系統設計，製造和測試了11枚正在開發的Navstar GPS衛星，並開發並驗證了第二代產品的質量原型。

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