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原为联合国监督、检验及核查委员会下属的的多学科分析中心主任,现为MIT安全研究项目的高级研究科学家。在本文中,他全面探讨了中国导航卫星系统的效能,并分析了该系统在增加中国战略导弹精度方面的潜在作用。
随着2003年5月24日第三颗北斗-1号卫星的发射升空,中国宣称它已经建立了一个由三颗导航卫星组成的卫星体系。前两颗分别于2000年10月31日和12月21日发射升空。“北斗”卫星系统与美国的全球卫星定位系统(GPS/NAVSTAR)和俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)以及欧洲计划中的“伽利略”系统有很大的区别。它是由三颗地球同步轨道卫星组成,覆盖范围只能以地区为基础,而不像其它系统具备了全球覆盖能力。
作者认为,近年来中国一直在采取渐进的步骤发展空间导航卫星系统。它所宣称的第一颗导航卫星,也就是北斗-1A号于2000年10月30日发射升空,卫星定位于东经140度的地球同步轨道,大约在新几内亚岛上空,这也是处于整个星座最东面的一颗工作星。两个月后的12月20日,中国又发射了第二颗地球同步导航卫星——北斗-1B号,它位于东经180度印度洋中部上空。在近两年半的时间里,它们构成了中国仅有的导航卫星,直到第三颗卫星的发射升空。北斗-1C号属于导航定位系统的备份星,它位于东经110.5度,处于前两颗工作星的中间,与前两颗一起组成了中国自己完整的卫星导航定位系统。在相隔两年半的时间里中国才发射第三颗卫星,看起来中国很可能利用了这段时间来测试卫星电子设备和熟悉系统的操作。
通常,导航卫星的位置对于确定用户和卫星的距离以及此后的位置非常重要。这三颗卫星众所周知处于地球同步轨道,它们位置的变化对于导航的影响是巨大的。在卫星工作的这段时间里,北斗卫星的经度偏差一直保持在加减0.1度,这也是国际电信联盟所提出的标准范围,在地球同步轨道的高度上,这个偏差与地球的对应值为150公里。每经过大约一个月,当负责保持卫星在轨位置的发动机点火期间,这种经度变化就会发生一次。因此,每日的变量相对要小,只有2至3公里。
然而,由于存在着卫星轨道赤道倾角以及卫星轨道并不是真正的圆形,所以地球同步卫星每天在轨道的位置也是有变化的。前两颗卫星的轨道赤道倾角为0.06度,对应每天南北方向50公里的差额,最新的第三颗卫星轨道赤道倾角大约0.014度。倾角的不同是由于太阳和月亮(以及地球不是一个真正的圆球形状这样一个事实)在过去两年半时间中对前两颗卫星的辐射压力所致,最后,地球同步卫星轨道并不是真正的圆形,每天会引起40公里的径向偏差。
所有这些偏差,在距离地面35000公里的轨道看起来微不足道,但在定位方面如果不对参数修正的话却能引发巨大失误。现有以卫星为基础的导航系统通过向用户播发当前轨道参数及授时信号解决这类问题,然后用户计算出精确卫星位置用于自己位置估算。看起来中国“北斗”系统很可能使用的是同样的工作原理。
◆系统精度的估算
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