GPS发展历程的重大事件及阶段

GPS发展历程的重大事件及阶段GPS系统本身最初是用作军事工具，但是对原子钟的基础研究则在第二次世界大战之前就开始了。当时，科学家发现用于研究基本原子结构的高精度技术也可用于制造原子钟。他们的这些灵感与发展超精度导航技术无关，而与制造精密的时钟以探索时间本质相关—特别是爱因斯坦重力理论中所预言的关于重力对时间的影响以及所谓人们所知道的重力红移现象。直到二十年代末，最准确的时钟还必须依靠钟摆有规律的摆动。后来它们便被依靠石英水晶有规律振动的钟表所替代，后者的误差小于每天千分之一秒。然而即便是这样的准确度也无法满足科学家研究爱因斯坦重力理论的需要。按照爱因斯坦的观点，重力场将引起空间和时间的扭曲。因此，他预言一台位于珠穆朗玛峰上的时钟将比位于海平面的一台同样的时钟快十万分之三秒。唯一能够作到如此精确度量的方法就是控制一台靠原子本身细微振动来制作的时钟。1938年拉比在哥伦比亚大学发明了分子束磁共振技术。他和他的同事们将磁共振原理应用到对原子和分子的基础研究上。他们还讨论了用于度量重力红移现象的原子钟的可行性。拉比于1944年由于其卓越贡献被授予诺贝尔奖。1949诺曼·兰姆赛在哈佛大学发现了分离振荡场的共振原理，为此而获得1989年诺贝尔奖。杰罗德·扎奇里亚斯建议采用诺曼·兰姆赛发现的原理制造铯原子束钟，以此来精确度量重力红移现象。1949国家标准局采用基于氨气微波吸收的原子钟。铯原子束原子钟的工作已开始。1954哥伦比亚大学的查尔斯·唐斯首次表演微波激射实验，从氨分子中发射辐射。唐斯与他人共同获得1964年诺贝尔物理学奖。1954-1956扎奇里亚斯与松下公司制作出第一个自足式便携原子钟，称作“Atomichron”。1957苏联在十月发射人造地球卫星。麻省理工学院的林肯实验室和约翰霍普金斯应用物理学实验室共同开始卫星跟踪项目。海军的传输系统实验于十二月在应用物理学实验室开始进行。1959阿尔弗雷德·卡斯勒和让·布罗塞尔分别在巴黎和麻省理工学院工作，二人共同发现了光泵激的原理。卡斯勒由于该成就获得诺贝尔奖。1960-1965光泵激铷钟被采用。铯频率标准被大多数国际时间标准实验室所采用。1960兰姆赛及其学生克莱普那和古登伯格在哈佛大学进行微波激射实验项目。1964-1965在北极星潜艇上第一次通过传输系统卫星进行位置修正。1967传输系统用于民用目的。1961航空公司开始了GPS系统的发展工作，用于满足军事需要。1968防御性导航卫星系统的标准被制定出来。1973国防部批准了GPS系统的Navstar卫星制造计划。1974Timation项目的第一颗GPS实验卫星发射升空，以检验铷钟和时间传播技术。1977包含了后来GPS卫星的基本特征如携带第一批铯钟的实验型卫星发射升空。1978-1985洛克威尔国际公司制造的十颗GPS系统原型卫星发射升空。1996白宫宣布每一个人都将可以使用高精度的GPS系统。1989-199324颗卫星以每年6颗的速度发射升空。最后一颗卫星于1993年6月发射升空。在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。1、无线电导航系统●罗兰--C:工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。●Omega(奥米茄):工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。●多卜勒系统:利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数(地速和偏流角)，推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。缺点:覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;定位精度不高。2、卫星定位系统最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(Transit)，1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小(5-6颗)，运行高度较低(平均1000KM)，从地面站观测到卫星的时间隔较长(平均1.5h)，因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。3、GPS发展历程GPS实施计划共分三个阶段:第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星