(3)增加新的信号频率
GPS信号频率一直使用的是L1 频段(1575.42MHz、C/A、P/Y码)以及L2 频段(1227.60MHz、P/Y码)。采用双频测量的方法对于使用P/Y 码的军方用户来说,可以消除电离层误差,然而提供民用的只有一个L1频率(C/A码)。民用用户使用单频,虽然可以用模型校正法对电离层误差进行修正,但是不能加以精确校正,这就会影响定位精度。美国已经确定把1227.60MHz 也作为第二频率,并且在2003年发射的BLOCK II F卫星上,在其L2频段上也增发C/A码。不过选用的第二民用频率与原来的军用频率相同,因此,还需要在L1 和L2上采用新的信号调制方案。目前有三种调制方案:一是曼切斯特法,二是偏移载频法,三是陷波Y 法,究竟采用哪一种方案还有待进一步论证,总之要能够使军用信号与民用信号相互分离。另外,为了进一步保证航空的安全,美国又宣布了同意选用航空无线电导航服务(ARNS)频段的 1176.45MHz 作为第三民用频率(L3c,又称L5)。GPS系统采用的这一频段主要用于空地服务,实施在2005年发射的卫星上。当然,使用该频率还需与同样使用该频段的其它系统进行协调。总之,美国在L2频率上增发了第二民用信号,还设法在1176.45MHz 频率上增发了第三个民用信号,利用这些信号就可以显著有效地校正电离层误差,并且可以将民用单频定位精度提高到5米左右。同时,现阶段L1和L2频率上的仅供军用的P/Y码信号较正常,但要捕捉P/Y码通常要先捕捉到C/A码才行。美国军方正在考虑如何实现直接捕捉军用保密码,并且很有可能研究和发射一组新的性能更好的M码来代替P/Y 码,以便更进一步满足军用的要求。
(4)进一步改善和扩充GPS卫星星座
GPS卫星星座的结构对系统的精度乃至完好性和实用性影响很大。目前GPS星座的结构还不够完善,尤其是对于人身安全方面的应用还存在某些缺陷,不能完全满足用户的需求。比如GPS接收机处于峡谷中或位于四周有高大建筑物的城市中,可视卫星数便会大大减少,从而影响到定位精度甚至很可能定位不到。虽然GPS/GLONASS 接收机可接收和处理两个系统总共48颗卫星的信号,美方还一直试图进一步改善和扩充GPS卫很多好几种方案。其一是在现有的星座结构上再增加6颗卫星,使卫星数达到30颗;其二是增大GPS卫星轨道,即把原来20000km的中高 度轨道提高到36000km高的地球同步轨道,并且使卫星数增加到27 颗;其三是在原星座上再增加4~5颗与地球同步的轨道卫星,使卫星数达到28~29颗;其四是将卫星的轨道倾角由原来的55度改为60~65 度,卫星数增加到30 颗。各种方案均有利弊,但是从是否能满足使用要求和是否具有较高的效益投资比两个方面来看,应该说第一种设想更为合适,极有可能成为未来新的GPS星座。目前,美方已投资巨额并准备在近几年内改变GPS的信号结构,同时加紧与俄罗斯、欧盟、日本等国进行协商合作。GPS定位系统的不断发展,必将促使世界导航定位技术带动各个领域的不断发展。[14]
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