NASA或将实现高精度GPS


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NASA或将实现高精度GPS

美国国家航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)在全球定位系统(GPS)的早期就参与了相关研究,因为JPL的研究人员有追踪类星体(宇宙中最明亮的天体)发出的无线电信号的经验。
版权:NASA / 欧洲航天局(ESA)

通过NASA开发的算法和软件,你能够导航到达距离你三英寸之内的离目的地。这使得NASA系统增强了由美国空军GPS卫星提供的原始导航信号,以支持世界各地的飞机导航、应急响应人员指挥,并将很快可以实现自动驾驶汽车导引。

美国空军从1978年开始发射全球定位卫星,直至今日仍在继续运营和维护卫星网络。但在过去的几十年里,NASA在改善我们日常生活所依赖的GPS系统方面发挥了至关重要的作用。

GPS卫星在地球上空数千英里的轨道上运行,这意味着当它们发送的信号穿过大气层时,会出现延迟和失真。这些信号还会受到卫星位置误差、卫星原子钟的噪声和频率漂移的影响。

因此,基于GPS原始数据的位置可以相差30英尺。相比之下,NASA的全球差分GPS系统(Global Differential GPS, GDGPS)的校正结果可以精确到3英寸以内。

在第一批GPS卫星发射的时候,NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室(JPL)就已有处理远距离无线电信号的长期经验。例如,在20世纪60年代,NASA通过一个射电望远镜网络和一种被称为甚长基线干涉测量(very large baseline interferometry)的技术来追踪来自遥远类星体的无线电信号,类星体是宇宙中最明亮的天体。

通过测量来自这些类星体的相同无线电信号被世界各地不同望远镜接收到所花费的时间,JPL的科学家们能够得到关于地球大小和形状的高度精确图像(被称为大地测量学)。

在20世纪80年代早期,JPL开始建立一个跟踪GPS卫星的网络,在已设有甚长基线干涉测量追踪站点的地方建立了第一批地面站。这些地面站作为已知的固定点,帮助科学家校准GPS提供的位置信息。如今,该网络已涵盖全球80多个接收器。

建立地面站仅仅个开始。另一个关键部分是软件:JPL创建了用于建模延迟的算法,纠正误差,执行GPS定轨和接收机定位。。该程序被称为GPS推断定位系统和轨道分析仿真软件(GPS-Inferred Positioning System and Orbit Analysis Simulation Software, GIPSY-OASIS),GIPSY-OASIS很快成为了NASA授权范围最广泛的软件项目之一。

然而,通过电话调制解调器从网络收集跟踪数据需要数小时甚至数天的时间,而软件需要数天的数据来实现定轨。

在20世纪90年代中期,在NASA深空网络(Deep Space Network, DSN)的部分资助和互联网的帮助下,JPL开发了实时GIPSY软件。该程序可以通过互联网接收来自远程站点的一系列测量数据,并以每秒的频率对轨道和时钟进行实时修正。

2000年,NASA地球科学技术办公室(NASA’s Earth Science Technology Office)的另一项重要投资帮助JPL建立了发射可靠的、全球性的、实时服务所需的操作技术并配备了相关基础设施,GDGPS由此诞生。JPL负责管理GDGPS的Yoaz Bar-Sever表示:“随着互联网的普及,我们能够在全球范围内仅需几秒钟即可定轨,这给我们带来了很多行业机遇。”

虽然NASA仍然是GDGPS的主要用户,但关于GDGPS正在进行的开发几乎完全由其他政府用户和商业公司资助,这些赞助商通过《太空法案》(Space Act)的可补偿协议为这项服务付费。

安全、智能手机和社交媒体

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JPL的全球差分GPS系统的第一个主要商业客户是约翰•迪尔(John Deere),他曾与JPL的科学家们密切合作,使全球差分GPS系统实用于自动驾驶的农机设备上,这项技术最终将使高效的精准农业在全球推广普及。
版权:iStock.com

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