導(dǎo)航定位系統(tǒng)科技小論文.

1、導(dǎo)航定位系統(tǒng)科技小論文導(dǎo)航定位系統(tǒng)科技小論文通過對世界四大導(dǎo)航定位系統(tǒng)的初步了解和 對比，我們看到了我國自主研發(fā)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)“北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)”的 優(yōu)勢和不足，當(dāng)然，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家也正為使北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)順利投 入各種實(shí)際應(yīng)用，而做著各方面的努力。作為大學(xué)生，我們有熱情和義務(wù)為這 項(xiàng)事業(yè)建言獻(xiàn)策，所以，我們基于自己已有的科學(xué)知識，加上豐富的想象力， 為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)用化、安全化做出了一系列設(shè)想，希望盡量能夠給奮斗在 科學(xué)一線的工作者們提供一些思路來源。 背景資料： 眾所周知，現(xiàn) 近全世界衛(wèi)星導(dǎo)航四強(qiáng)并立，它們分別是美國的 GPS系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS 系統(tǒng)，歐盟的伽利略系統(tǒng)和中

2、國的北斗系統(tǒng)。以下是這四個導(dǎo)航系統(tǒng)的大致比 較： 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 衛(wèi)星數(shù)量 定位精度 系統(tǒng)進(jìn)展 北斗 系統(tǒng)35 顆10 米2007年發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星， 2008 年左右滿足中國及周邊地區(qū)用戶需求。伽利略系統(tǒng)30顆小于 1米1999 年歐盟公布了“伽利略”計(jì)劃，現(xiàn)在“伽利略”系統(tǒng)正在建設(shè)中。GLONASS統(tǒng)24顆 1015米目前GLONASS統(tǒng)已有17顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，計(jì)劃2008年全部部署到位。GPSS統(tǒng)24顆 5米1994年，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)己布設(shè)完成?，F(xiàn)在正研制第二代 GPSS統(tǒng)。圖1北斗一代定位導(dǎo)航系統(tǒng)圖2 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)提出問題：通過一些了解，我們會找到我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在

3、實(shí)用過程中的一些不足之 處：（1） 用戶機(jī)包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量、耗電量，甚至價格比GPS接收機(jī)來的大、重、耗電與貴；（2）信號經(jīng)過兩次上下行鏈路的傳送以及中心控制系統(tǒng)的計(jì)算時間，導(dǎo)致定位存在誤差；（3） 如何將成熟的紅外檢測技術(shù)移植于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并用于實(shí)際問題；（4） 利用高科技武器構(gòu)建衛(wèi)星防御體系；（5） 受用戶可使用的通信頻率數(shù)量、詢問信號速率和用戶的響應(yīng)速率等條件的限制， “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的用 戶設(shè)備容量有限；而且地面控制中心扮演著系統(tǒng)關(guān)鍵角色，一旦地而控制中心 被毀，整個系統(tǒng)就不能運(yùn)作了；問題的分析與解決：為了使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)更能適應(yīng)實(shí)際中的應(yīng)用，我們進(jìn)行了

4、一系列的基于我國實(shí)際和 科學(xué)原理的假想，僅供參考：（所有設(shè)計(jì)小方案的一個基本原則是將民用系統(tǒng)與軍用系統(tǒng)（國防應(yīng)用）基本分開，主要原因是兩者對于精度、保密性、 響應(yīng)速率、安全系數(shù)的要求有較大差別）（1）由于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶終端（用戶機(jī)）包含發(fā)射機(jī)，而發(fā)射機(jī)需要有較大天線 （直徑達(dá) 20厘米）才能接 收信號，因此體積大重量大，耗電量高，價格也相應(yīng)較高，對于普通民眾用戶 來說適用性較低，市場競爭力差。基于中國移動電話業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛的狀況，首先，我們考慮在全國范圍內(nèi)，像移動電話發(fā)射塔圖 3 北斗手持機(jī)（上）與GPS手持機(jī)（下）一樣建立覆蓋度全面的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，甚至可以直接在原有移動電話發(fā)射塔基礎(chǔ)

5、上，“嫁接”北斗發(fā)射機(jī)，以節(jié)省建 設(shè)費(fèi)用；然后，開發(fā)“新式客戶終端機(jī)”，此終端機(jī)應(yīng)具備以下幾個性能：發(fā)出就近發(fā)射塔能接受的信號，此信號包含終端與就近發(fā)射塔之間的相 對位置信息（比如可用多普勒效應(yīng)測距來實(shí)現(xiàn)）；接收來自地面中心站的測 得數(shù)據(jù)，也即定位或?qū)Ш浇Y(jié)果。整個體系在這種設(shè)想之下，運(yùn)行機(jī)理將發(fā)生微小改變：原來由客戶端直接發(fā)射位置信息，改為現(xiàn)在的，客戶端先發(fā)出 “自己與就近發(fā)射塔的相對位置信息”， 再由發(fā)射塔發(fā)射經(jīng)過簡單位置轉(zhuǎn)換后的客戶位置信息。這之后衛(wèi)星導(dǎo)航的其他運(yùn)行過程將與原來相同。 在這種 改變之下，客戶端由原來笨重、較為昂貴的用戶機(jī)，變?yōu)楝F(xiàn)在的只用來發(fā)出、 接收數(shù)據(jù)信號的“微型用戶機(jī)”

6、即我們所說的“新式客戶終端機(jī)”，甚至 在可能的情況下，我們?yōu)槟承┚纫筝^低的用戶可以簡單開發(fā)出一種基于手 機(jī)的，擁有此功能的應(yīng)用程序，這樣或可避免這些用戶購買用戶機(jī)的費(fèi)用。 當(dāng)然，在這種情況下，信息的中轉(zhuǎn)過程增加了時間差，發(fā)射塔處數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 （將用戶與就近發(fā)射塔的相對位置信息轉(zhuǎn)換為用戶的對地絕對位置信息）也加 大了這種誤差，對定位精度有一些影響，但從另一個角度來看，在這種運(yùn)行過 程中，地面上每個發(fā)射塔的位置已經(jīng)確定，而我們對用戶的定位測算是基于這 些固定的發(fā)射塔進(jìn)行的相對測算，過程將會大大簡化，與原來每次應(yīng)答都需測 定發(fā)射機(jī)的絕對位置相比，或可節(jié)省一定的數(shù)據(jù)傳輸、處理時間。 更進(jìn)一 步的說

7、，本方案的最初想法是基于民用，許多普通民眾用戶的精度要求得到滿 足應(yīng)該不成問題。（2）由于信號上下行傳送的過程和地面控制中心的測算過程，是測算結(jié)果存在誤差，導(dǎo)致定位結(jié)果一定程度的失真，尤其是對于高 速運(yùn)動的物體，這種不可避免的時間差會使誤差變得相當(dāng)大。 因此，我們 設(shè)想可以開發(fā)一種“測算模擬程序”，來減小定位高速運(yùn)動物體的過程中的誤 差。那么基于這個想法，此程序應(yīng)具有以下模擬功能：連續(xù)收集待定位目標(biāo) 一段時間內(nèi)的運(yùn)動相關(guān)物理數(shù)據(jù)，當(dāng)然這段時間一般為定位時刻之前的一段合 適時間段；能夠根據(jù)上述物理數(shù)據(jù)建立運(yùn)動模型，模擬待定位目標(biāo)在系統(tǒng)誤 差時間內(nèi)的運(yùn)動情況，確定一個該目標(biāo)的“預(yù)計(jì)存在域”；為了提

8、供給用戶 一個該“預(yù)計(jì)存在域”的準(zhǔn)確度值，以幫助用戶權(quán)衡做出相應(yīng)行動的利弊，程 序最好能評估出一個“預(yù)測準(zhǔn)確率”，該值應(yīng)該是，同一目標(biāo)先前多組定位準(zhǔn) 確率值的“統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值”。整個程序運(yùn)行過程可以一個例子來說明，比如一架高速運(yùn)行的客機(jī)，需在 X時刻進(jìn)行定位，貝U該程序預(yù)先記錄此時刻之前 X （段合適時間）內(nèi)的運(yùn)動數(shù)據(jù)（如 v、a、r ），模擬 X時刻后 t （誤差時間）內(nèi)的運(yùn)動狀況，得到 X+A t時刻該客機(jī)的“預(yù)計(jì)存在域”，然后 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，將X時刻之前各時刻的實(shí)際準(zhǔn)確率值做一統(tǒng)計(jì)，得出該“預(yù) 計(jì)存在域”的“預(yù)測準(zhǔn)確率”。貝通過這種程序的模擬測算之后，該客機(jī)的定 位結(jié)果相對于不用此程序的定

9、位結(jié)果無疑將更為準(zhǔn)確。（3）紅外檢測的技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域上已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以將紅外檢測技術(shù)移植到衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng) 域，在資金和技術(shù)方面都較為現(xiàn)實(shí)。首先，只要物質(zhì)本身具有高于絕對零度的溫度，就無一例外的要輻射紅外線。因?yàn)榧t外線傳感器測量時不與物體接 觸，所以不存在摩擦、靈敏度高且響應(yīng)快。如果利用衛(wèi)星測量物質(zhì)通過熱輻射而形成的熱圖像，就可以在高空大面積檢測地表熱源。比如可以將這種技 術(shù)用于反恐之中，由于恐怖分子多藏于地表崎嶇、偏僻的地區(qū)，紅外檢測就可 以達(dá)到定位部分恐怖分子聚集組織的位置的目的，以便實(shí)施更精確的打擊。除 此之外，在第一時間定位森林火災(zāi)火源的過程中，無論是定位精度還是反應(yīng)速 度，紅外檢測技

10、術(shù)也將由于任何其他技術(shù)，而它的應(yīng)用無疑將避免許多不必要 的損失。但以上這些僅是這項(xiàng)技術(shù)顯而易見的一些應(yīng)用，只需將此項(xiàng)技術(shù)與地學(xué)原理相結(jié)合，并加以拓展，其應(yīng)用將更為廣泛。眾所周知，目前地球進(jìn) 入了地殼板塊相對活躍的時期，非常明顯的，大家可以看到從 2000 年以來，世 界上發(fā)生了多起因板塊活動而引起的自然災(zāi)害，給人類帶來了極大危害 ，比如 印度海底地震引發(fā)的大海嘯，海地大地震。我國更是經(jīng)歷了汶川大地震和玉樹 大地震，這兩次地震都給當(dāng)?shù)貛砹藝?yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。設(shè)想如果可 以利用紅外檢測技術(shù)長期對大陸板塊活動或地下巖漿活動進(jìn)行檢測，通過評估 當(dāng)?shù)氐貧せ钴S系數(shù)提前采取相應(yīng)措施，一定可以很大程度

11、上減少人員傷亡和財(cái) 產(chǎn)損失。 當(dāng)然，這里就有一個問題存在：紅外技術(shù)很難檢測到地表以下熱 源狀況，所以，我們 設(shè)想制造一種可以收集紅外信息的遙感裝置，將其置 于地震高發(fā)地區(qū)的地下，將收集到的信息提供給衛(wèi)星，以解決上述問題。(4)不久前美國公布已開發(fā)出空天戰(zhàn)機(jī) X-37B,具有對別國衛(wèi)星的摧毀和控制 作用，這無疑對我國北斗衛(wèi)星體系構(gòu)成了強(qiáng)大的威脅。所以衛(wèi)星防御體系的建 立更顯得與為重要。但僅依靠地對空防御導(dǎo)彈不僅被動性大,而且風(fēng)險系數(shù)極 高。所以能在衛(wèi)星本體上配置防御體系,不但提高安全性,關(guān)鍵時刻還可以對 敵國衛(wèi)星實(shí)施軍事打擊,占領(lǐng)信息化戰(zhàn)爭的制高點(diǎn)。其中定向能武器表現(xiàn)的非 常突出。 定向能武器是

12、指與產(chǎn)生和發(fā)射能束集中的電磁能或原子 / 亞原子 粒有關(guān)的高新技術(shù)。其發(fā)出的能束,可對目標(biāo)的結(jié)構(gòu)或材料以及電子設(shè)備等特 殊分系統(tǒng)、系統(tǒng)進(jìn)行硬破壞。主要包括激光武器、高功率微波武器和粒子束武 器等。這些武器在太空的環(huán)境中正能發(fā)揮其威力。其中激光武器主要包括激光干擾與致盲武器、戰(zhàn)術(shù)激光武器、戰(zhàn)區(qū)激光武器和戰(zhàn)略激光武器,其中后 三者為高能激光武器。而且美國國防部多項(xiàng)試驗(yàn)都表明：激光武器對抗衛(wèi)星不 僅是可行的,而且十分有效。所以激光武器是未來空間攻防作戰(zhàn)武器系統(tǒng)的重 要發(fā)展方向。高功率微波武器可通過高功率微波摧毀敵人的電子裝備或使其暫 時失效,從而瓦解敵方武器的作戰(zhàn)能力,破壞敵方的通信、指揮與控制系統(tǒng)

13、, 并能造成人員的傷亡。分為單脈沖式微波彈和多脈沖重復(fù)發(fā)射裝置兩種類型。 而且經(jīng)過人們不斷地研發(fā),威力更強(qiáng)大的高功率微波武器也即將誕生。粒子束 武器是用粒子加速器把粒子源產(chǎn)生的粒子加速到接近光速,并用磁場聚焦成密 集的束流,直接地或去掉電荷后射向遠(yuǎn)距離目標(biāo),在極短時間內(nèi)把極多的能量 傳給目標(biāo),以此摧毀目標(biāo)或?qū)δ繕?biāo)造成軟破壞。但此項(xiàng)技術(shù)相比其它定向能技 術(shù)發(fā)展緩慢。代表國是美國,而且是以破壞機(jī)理為主要探索方向。除了定向能武器還有電磁發(fā)射武器。此技術(shù)是一種全新原理的發(fā)射技術(shù),主要包括電 熱化學(xué)炮、電磁軌道炮、電磁線圈炮等技術(shù),其中電熱化學(xué)炮和電磁軌道炮技 術(shù)在最近十多年來取得了重大進(jìn)展,而不得不提

14、一下,美國電磁發(fā)射技術(shù)的研 究已從演示驗(yàn)證階段進(jìn)入武器型號研制階段,其中電磁軌道炮更是美研發(fā)的重 點(diǎn)。( 5)由于客戶端既要接收來自地面控制中心的詢問信號,也要發(fā)出應(yīng)答信號,因此,整個系統(tǒng)的同一時間內(nèi)服務(wù)用戶的數(shù)量便受用戶可使用的通 信頻率數(shù)量、詢問信號速率和用戶的響應(yīng)速率等條件的限制,所以“北斗”衛(wèi) 星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。所以我們設(shè)想在地面設(shè)置多個控制中心站,這些站最好分散于不同的服務(wù)區(qū)內(nèi)(由于資金限制,服務(wù)區(qū)設(shè)置 不能過多)。其間需具有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)共享能力,因此,最理想的聯(lián)系方式是 有線光纖通信的方式聯(lián)系,并且使各中心站呈網(wǎng)狀聯(lián)系(即每一個中心站都與 其他多個中心站建立聯(lián)系)在這種多控制中心站的模式之下,整個系統(tǒng)的同時服務(wù)容量將大大增加。而在每一次客戶應(yīng)答過程中,系統(tǒng)可根據(jù)客戶應(yīng)答 信號所在服務(wù)區(qū),選擇該服務(wù)區(qū)的中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果反饋,以減小時 間誤差；另一方面,對于某些數(shù)據(jù)處理量大的客戶應(yīng)答要求,或某些特定時刻 的特殊客戶的應(yīng)答要求,還可以聯(lián)系多個控制中心站實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)處理模式, 使響應(yīng)速