单星定位设计理论与目标

天动 收藏 4 337
导读:单星定位设计理论与目标 赵景宜 前言:现行的卫星定位系统要完成全球覆盖,需要64颗星,卫星发射成本高,卫星制造量大,建成周期长,管理复杂。产生的太空垃圾量大。为了解决这些问题,本人根据地球四季新学说理论,提出建造单星定位系统设计。为减少在轨运行卫星数量,卫星发射成本,卫星制造量和减小太空垃圾产生量做出一点贡献,为人类长期安全使用地球外层空间,提高地球外层空间利用率,特提出单星定位系统设计理论。 在以前一定讲述了一些单星定位所需的理论,为了使大家在对单星定位系统需要那些理论来完成单星定位,没有进行系

单星定位设计理论与目标

赵景宜

前言:现行的卫星定位系统要完成全球覆盖,需要64颗星,卫星发射成本高,卫星制造量大,建成周期长,管理复杂。产生的太空垃圾量大。为了解决这些问题,本人根据地球四季新学说理论,提出建造单星定位系统设计。为减少在轨运行卫星数量,卫星发射成本,卫星制造量和减小太空垃圾产生量做出一点贡献,为人类长期安全使用地球外层空间,提高地球外层空间利用率,特提出单星定位系统设计理论。

在以前一定讲述了一些单星定位所需的理论,为了使大家在对单星定位系统需要那些理论来完成单星定位,没有进行系统的讲述,本文将简单讲述单星定位设计理论与思想,让大家对要完成单星定位系统需要什么理论与技术有一个清晰的理解。

一、 人类定位系统的演变过程

要讲述单星定位的设想,就必须首先从人类定位系统的演变过程说起。人类在不同时期对定位系统的需要是什么?用什么方法来解决的,解决了老问题,又会出现什么新问题,根据新问题研究解决方案。才能获得最佳方案。

人类最古老的定位方式是利用太阳、月亮以及星光作为导航基准。换句话说,就是利用发光恒星所发出的肉眼可见光源作为定位基础参考基准点。来完成自主定位 。

在其之前,为了确定距离,利用地球表面物事来确定距离。随着人类使用马匹作为交通工具,人们的活动范围扩大,用太阳光和月亮光定位的缺点也暴露出来。也就是说,它不能准确的表示出来许多地理物事的变化问题。例如;甲物事与乙物事再与丙物事等等物事之间的距离问题,就无法用太阳、月亮和星光来表述。所以,有了指南针的发明。用指南针可以精确的描绘地图,描述运动过程中的任意曲线,它解决了地理物事之间的相互关系调和问题。指南针为人类活动范围的第一次扩大奠定了基础。

到了宋朝,中国的科学家们研究出来了新的船型,这种新船型由十数个船舱组成,它船体大,装载量大,结构坚固,在三分之一的船舱进水的情况下,还能保证船舶不会沉没。且具有航行距离远,抗风浪能力强,能战胜惊涛骇浪的能力。现代的造船业又回到了这个正确的船型上来,制造远洋航行船舶。而这种船型的出现,对与定位有了新的要求,中国的科学家经过研究,将指南针进行了升级,使指南针变成了方便携带,灵敏度比指南针更高,指示经度高的罗盘。它能准确的直接读出船只在航行中的方位变化值,它使定位技术进一步的升级了。

随着哥伦布发现新大陆,人类航海进入了新时代,海上航道纷纷开辟,人类进入海洋时代,现有的定位系统一定不能满足远洋航海的需要,欧洲科学家把中国的立杆投影确定纬度方法改进,造成了经纬仪,这成为每一个远洋船舶的必备之定位工具。

进入20世纪,莱特兄弟制造出来了飞机,人类进入了航空时代。飞机的飞行控制同样需要用精确定位来完成,中国的科学家发明了陀螺仪,解决了飞机飞行平衡控制标准。

随着飞机飞行高度和距离的不断刷新,飞机飞行在茫茫大海上,没有了地表参考,飞行高度控制,距离最近陆地的距离,都需要精确定位来提供。船舶的抗风浪能力增强。大型船舶能够全天候航行了。在大风浪中航行,船舶只能使用罗盘,在摇摆度大的情况下,罗盘的精度就会下降,达不到精确定位。所以,有了卫星定位系统的问世。它给人类的远行提供了方便。

二、 单星定位的设计思想与需要解决什么问题

用罗盘解决了方向问题,用时间解决了经度问题,用经纬仪解决了纬度问题。这个看似完美的方案,也存在着问题。

由于天有阴晴,在阴雨天,没有了可以参考的宇宙可见光,用经纬仪就无法确定经纬度。为了解决这一问题,我们就必须建立一个人造的全天候基准点。解决纬度确定问题。而解决这一问题最简单的方法是,在地球外层空间建立一个可以全天候发送定位信号的卫星,就可以解决这一问题,由于地球是一个球体,要达到全球覆盖,理论需要3颗卫星就可以达到全球覆盖。可是,我们的宇宙卫星控制能力还达不到这一标准,就会出现卫星定位偏差,就会出现覆盖不到的地区,为了解决这一问题,就需要增加一颗卫星来解决。这样有4颗卫星就可以完成全球定位了。由于飞机需要高度的定位,要解决这一问题就需要再增加卫星的数量到6颗就可以满足全方位定位。

卫星信号接受终端机接收到定位卫星发射的特定信号,根据卫星信号计算出自己与卫星的夹角,根据投影原理就能计算出纬度。

由于地球是一个水平的球形有限水平面。而不是一个纯粹意义上的平面。例如:以珠穆朗玛峰的最高点为基准水平点,做一个水平面,只能做一个以珠穆朗玛峰的最高点到地球质心为半径的球形有限水平面。而不是以珠穆朗玛峰的最高点为地球这个球形圆的外贴点,做一个平面。也就是说,一个球形只能与具有不可穿透性的平面只有唯一 一个公共点。

张衡最早看出了这一问题的存在,可是,由于否定了张衡的千里差一寸。这一问题的研究也就停止了。所以,现在流行的光学投影计算,还没有解决水平面光学投影问题。只能计算平面光学投影计算。虽然爱因斯坦在相对论中提出了时间扭曲问题,但是由于爱因斯坦没有建立起模型,大家很难理解它。所以,在经度计算中还存在着时间扭曲计算问题。

三、 单星定位存在的理论问题解决方法

由经纬网中经线相交形成的南北极点与地球大地磁场的南北磁极点并不在同一位置,用罗盘建立的经纬网与通用地图的经纬网存在着偏差。需要用地磁坐标与地理坐标差来进行校正。对于这一理论问题详见《地磁偏差测量与计算》一文。

在时间的设置中上,有两种设置,一种是中国时间设置。一种是格林尼治时间设置。使用不同时间设置,设置的时间,在用时间计算经度时的计算方法不同。如果按照千篇一律的计算方法,计算出来的经度就会出现问题。如何解决这一问题详见《中国时间设置与格林尼治时间设置的优缺点》一文。

四、 单星定位应用中存在的技术问题

在单星定位的应用中,在计算水平面高度与地平面高度差的过程中,同样需要明确平面与水平面的区别,平面与水平面关系的融合问题。这将在《立体平面与有限水平面的关系中进行讨论》

在单星定位的应用中,在计算飞机飞行高度中,同样存在着平面与水平面计算问题。这一问题在《不可穿透平面与有限水平面》中讨论。

在单星定位应用中,卫星轨道的选择也有讲究,如何选择不同功能卫星的轨道将在《不同应用的卫星轨道如何选择》中讲述。

更多详见我的博客http://blog.sina.com.cn/zhaojingyi45



二〇一〇年七月二十日星期二

0
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事
4条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

经典聚焦

更多
发帖 向上 向下
广告 关闭