美提前建成全球定位系统

【英国《新科学家》周刊７月３日一期文章】题：全球定位系统让世界知道方位
从开始研制至今，２０年过去，弹指一挥间，全球定位系统于６月２６日部署完毕。这项在１５年中发射２４颗卫星的计划提前３个月实现。虽然全球定位系统自１９７８年１１月以来就一直用于帮助军用和商用的车船飞机甚至探险者确定方位，但是直至现在它才能覆盖整个地球，并能一刻不停地提供服务。
最后一颗卫星的发射时间原订于今年９月份。全球定位系统中的２１颗卫星和３颗备用卫星犹如一个“星座”悬在２万公里的高空，每颗卫星每隔１２小时就绕地球转一周。这颗刚发射升空的卫星正在测试之中，估计几周之后即可投入使用。
迄今为止，全球定位系统已耗费３０多亿美元。由美国国防部实施的这项计划主要是为军用交通工具和军事人员导航而设计的。该系统在海湾战争期间得以大量使用。卫星能发射出带有精确时间的信号，信号中含有卫星标识和其位置的信息。卫星中的原子钟彼此同步，并都与地面上的一座主原子钟同步。
地面上的移动接收器配有价格较低的石英钟，用来报时间。接收器还能保留每颗卫星精确轨道的信息。当一台接收器收到某颗卫星的信号后，它能对信号的发出时间和收到时间进行比较，并从时间差中计算出与卫星的距离。如果所有的钟表都同步的话，那么一台地面接收器就能从３颗卫星传来的信号中计算出地面方位。事实上，该系统无论什么时候都有至少４颗卫星可以将信号直线传至地球表面上的任何一点，这就可以使地面接收器校正自身的时钟误差，并且计算出在三维方向上误差在１０米之内的方位。
从卫星上发射的最精密的信号都是经过加密的，所以美国国防部可以掌握什么人可以使用它。但是卫星也发射一种非加密的信号，用一台不到４００美元的接收机就能收到信号。关于时间和方位的非加密信号还有意降低了精度等级，使定位精度降至置信水平为９５％时的１００米以及置信水平为９９．９９％时的３００米。
采用差示全球定位系统可以修正信号的误差精度。用一台固定不动的接收机在一个方位已知的地点测量误差，通过计算误差甚至可以将降级的信号精度提高至误差范围在１～５米之间。以国际海事通信卫星中的２号通信卫星为例，它从一系列固定方位的接收机处收到误差信号，随后向移动接收器再次发射修正值。