美國政府的限制政策與用戶策略

發(fā)布時間:2024-07-17
一、美國政府的限制性政策
為了保障其自身的利益與安全,美國政府隨即又采取了一系列限制措施,以防止非經(jīng)美國政府特許的用戶獲得高精度定位信息。限制政策主要包括:
●對不同的gps用戶,分別提供兩種不同精度的定位服務(wù)。
●實施選擇可用性政策,即sa政策(已被取消)。
●反電子欺騙防護措施,即a-s。
(一)精密定位服務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)
gps提供兩種定位服務(wù),即標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(sps-standard positioning service)和精密定位服務(wù)(pps-precise positioning service)。
精密定位服務(wù)(pps),主要提供l1載波和l2載波上的p碼和c/a碼以及導(dǎo)航電文。它所服務(wù)的對象是美國政府特許用戶(authorized users),所謂“特許用戶”除了美軍及其盟軍以外還包括某些政府部門和經(jīng)政府授權(quán)的民用用戶。p碼具有良好的測距精度,加之雙頻觀測(l1載波和l2載波)可以有效削弱電離層彌散效應(yīng)引起的誤差,因此利用pps單點實時定位的水平精度可達5~10m。然而可解調(diào)p碼的接收機設(shè)備非特許用用戶不易獲得,所以很難加以利用。
標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(sps),主要提供l1載波上的c/a碼以及導(dǎo)航電文。它服務(wù)的對象都是非特許用戶。由于c/a碼的測距精度相對較低,又不能利用雙頻觀測抑制電離層的影響,因此用戶所能獲得單點實時定位的水平精度只有15~20m左右(在取消sa政策以后)。不過,美國政府承諾未來將在l2載波上加載民用信號(2001年1月曾進行過加載試驗),由此非特許用戶也可以利用雙頻觀測削弱電離層引起的誤差。sps單點實時定位的精度可望進一步提高。
(二)選擇可用性(sa-selective availability)
為了降低sps的定位精度,自1991年7月美國開始對所有在軌的工作衛(wèi)星實施sa技術(shù)。該技術(shù)主要是利用人為加入的噪聲干擾gps基準(zhǔn)信號和衛(wèi)星星歷,從而降低c/a碼單點實時定位的精度。特許用戶可以利用密匙自動消除sa的影響,而非特許用戶在sa技術(shù)影響下,標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)單點實時定位的水平精度降到約100m。而且還可以根據(jù)需要加大干擾力度,進一步降低精度。
美國政府于2000年5月1日已經(jīng)停止了施加sa技術(shù)。
(三)反電子欺騙(a-s anti-spoofing)
當(dāng)p碼已被破解,或者有人掌握了特許用戶接收機接收的衛(wèi)星信號的頻率和p碼相位,便可以發(fā)射“適當(dāng)”頻率的干擾信號,誘使特許用戶產(chǎn)生錯誤的定位信息。為了防止這種電子欺騙,美國政府采用反電子欺騙(a-s)技術(shù)。具體地說就是使用嚴格保密的w碼,通過p碼和w碼模2相加,將p碼轉(zhuǎn)換成y碼。這時,非特許用戶將無法繼續(xù)應(yīng)用p碼進行精密定位或電子欺騙。
二、限制性政策下非特許用戶的應(yīng)對策略
美國政府的限制性政策無疑是出于對自身安全和利益的考慮,但這對包括美國本土在內(nèi)的世界各國的廣大非特許用戶造成了影響。為了擺脫這種桎梏,廣大用戶展開許多研究和試驗工作,并取得了一系列成果。目前采取的措施主要包括:
(一)建立獨立的gps測軌系統(tǒng)。
gps衛(wèi)星定軌精度直接關(guān)系到定位精度,而衛(wèi)星定軌主要是靠gps衛(wèi)星發(fā)送的“官方”廣播星歷。為了提高定軌精度,降低對廣播星歷的依賴性,一些非官方的民間機構(gòu)和組織利用gps衛(wèi)星建立獨立的跟蹤系統(tǒng),為廣大的非特許用戶提供精密衛(wèi)星星歷。
1993年,國際大地測量協(xié)會(iag-the international association of geodesy)宣布成立國際地球動力學(xué)gps服務(wù)組織(igs-the international gps service for geodynamics)。igs的任務(wù)主要是為大地測量、地球動力學(xué)和地球物理等學(xué)科領(lǐng)域提供服務(wù),其次也為政府部門和某些商業(yè)組織的gps應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。截止到2003年1月8日,該組織所屬的跟蹤站已達348個之多,其中也包括中國(以及臺灣省)境內(nèi)的跟蹤站。igs跟蹤網(wǎng)確定的gps衛(wèi)星星歷的精度可達到厘米級,而且經(jīng)過大量的研究和試驗取得了許多的科研成果。這些研究對發(fā)展和普及gps系統(tǒng)具有重要意義。
雖然利用igs提供的精密星歷可以獲得很高的定位精度,但由于種種障隔,這種全球獨立測軌系統(tǒng)多數(shù)是應(yīng)用在科研教育等領(lǐng)域,目前還難以對日常的生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響。
(二)研究、開發(fā)差分gps(dgps-differential gps)定位系統(tǒng)
差分gps定位的基本方式之一就是觀測值之間進行線性組合。目的意在消除或削弱某些誤差項,提高定位精度。
根據(jù)差分信號作用范圍的不同,差分gps定位可分為兩類,即局域差分gps(ladgps-local area differential gps)和廣域差分gps(wadgps-wild area differential gps)。前者作用范圍較?。ɡ?50km),主要提供綜合的差分gps改正信息。后者作用范圍較大(一般超過1000km甚至全球范圍),主要是針對具體的誤差源提供改正信息。
靜態(tài)差分定位可以達到毫米級精度。廣泛應(yīng)用于精密工程測量、工程與地殼變形監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報以及地球動力學(xué)等領(lǐng)域。
(三)建立獨立的導(dǎo)航定位系統(tǒng)
gps雖系軍民兩用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),實則完全由美國政府握柄。它能隨時施加具有可伸縮性的限制政策,其它各國難免格于成例,受制其中。于是,俄聯(lián)邦、歐共體、中國等一些國家和地區(qū)開始發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
1.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)
1978年前蘇聯(lián)開始研發(fā)類似于gps系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(glonass-global navigation satellite system)系統(tǒng)。該系統(tǒng)也包含24顆衛(wèi)星(其中包括3顆備用衛(wèi)星),均勻分布于3個軌道面。軌道傾角約64.8°,軌道高度約19130~20180km。衛(wèi)星繞地球一圈的周期約為11小時15分。衛(wèi)星識別采用頻分多址,即不同的衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。由于衛(wèi)星軌道傾角大于gps傾角,所以在高緯度(50°以上)地區(qū)的衛(wèi)星可視性要比gps好。該種導(dǎo)航衛(wèi)星的設(shè)計壽命為3~5年。
glonass的地面監(jiān)控系統(tǒng)有5個跟蹤站、9個監(jiān)測站和1個主控站,它們均設(shè)于前蘇聯(lián)本土。用戶可以通過接收調(diào)制在兩個載頻上的民用測距碼和高精度測距碼以及衛(wèi)星星歷等導(dǎo)航信息實現(xiàn)定位,其算法與gps定位算法類似。
glonass系統(tǒng)曾一度于1996年基本完成部署,后未能有效維護,最近三顆于2010年3月2日發(fā)射升空.目前共有20顆在軌衛(wèi)星,其中19顆正常工作,另外1顆臨時進行技術(shù)維護,2010年底前將達到27顆。
2.伽利略系統(tǒng)
伽利略系統(tǒng)的空間段由分布在三個軌道上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星構(gòu)成,每個軌道面上有10顆衛(wèi)星,9顆正常工作,1顆運行備用;軌道面傾角56度。
地面段包括全球地面控制段、全球地面任務(wù)段、全球域網(wǎng)、導(dǎo)航管理中心、地面支持設(shè)施、地面管理機構(gòu)。
用戶端主要就是用戶接收機及其等同產(chǎn)品,伽利略系統(tǒng)考慮將與gps、glonass的導(dǎo)航信號一起組成復(fù)合型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),因此用戶接收機將是多用途、兼容性接收機。伽利略系統(tǒng)的基本服務(wù)有:導(dǎo)航、定位、授時
3.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
中國于2000年10月31日和12月21日相繼成功發(fā)射兩顆導(dǎo)航定位試驗衛(wèi)星,也就是所謂的“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”(beidou navigation system)。
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)屬于區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng),它的系統(tǒng)構(gòu)成包括兩顆地球靜止衛(wèi)星、一個裝備有三維電子地圖的地面中心站、若干個分布全國的參考站以及用戶機等軟硬件設(shè)備。它的定位原理是:以兩顆衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心,以測定的雙星到用戶機的距離為半徑,這時可以形成兩個圓球面。而用戶機必定位于這兩個球面相交的大圓上,這個大圓稱作“交線圓”。三維電子地圖提供一個以地心為球心,以球心至地表高度為半徑的非均勻三維球面。求解交線圓與地球表面的交點即可獲得用戶位置。
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