2.2卫星导航系统的基本原理

1.GPS的现状如何？

从1995年4月27日，GPS宣布投入完全工作状态以后，翌年便启动GPS现代化计划，对系统进行全面的升级和更新，作为GPS现代化的第一步行动，2000年5月1日美国正式终止可用性选择（SA），放弃人为故意恶化定位精度的政策，使得民用定位精度回归本来面目，这比实施SA时提高了一个数量级。GPS现代化在空间段和运控段方面都取得了明显的进展，预计其进程将在2013年前后完成。其后，GPS将进入GPSⅢ发展阶段。按照美国的国家政策，GPS的标准定位服务是供民用的，为全世界运输、科研的和平利用，不直接收取其他的费用（免费）。图2.11所示为现在GPS的基本组成。

2.GPS具有什么样的空间星座？

所谓的GPS空间段实际上是指其卫星星座。GPS基本星座由24颗卫星构成，分别在六个地心轨道面内。每个面内有4颗卫星工作，其中一颗是备份星。系统可支持总数为30～32颗的在轨卫星。卫星的轨道周期为半个太阳日（计11小时58分钟）。六个轨道均为圆轨道，在赤道面上是等间隔60°分隔，与赤道呈55°倾角。轨道半径（地球质心至卫星的距离）近似为26 600km。

对于基本星座，地球上任何地方的用户设备能清楚地见到的卫星至少为4颗卫星。更多的时间，用户在视野内能见到6～8颗卫星。卫星广播的测距信号和导航电文允许用户测量伪距，并计算其位置、速度和时间。这是一种无源、只接收广播信号的模式。图2.12所示为GPS卫星星座示意图，表2.1为GPS卫星星座的基本参数。图2.13为GPS系统基本星座图和卫星分布。

3.什么是GPS的地面运营控制系统？

地面运营控制（运控）系统的心脏是主控站（MCS），位于科罗拉多州的Schriever空军基地。主控站的使命是运作整个系统，并为卫星星座提供指令和控制功能。

在轨卫星连续地由六个美国空军地监测站进行跟踪。这些站沿经度全球展开，它们分别在Ascension岛、Diego Garcia、Kwajalein、Hawaii、Canavert角和Colorado。监测站是运控系统的数据采集网络的组成部分。监测站对每一颗可见卫星进行连续的伪距测量，每个监测站有两台铯原子钟作为GPS的时钟标准。利用监测站的接收机，对每个可见卫星的伪距测量和载波相位等参数进行测量，测量结果用以更新主控站对每颗在轨卫星位置精密计算。为了提高控制精度，适应GPS现代化的需要，GPS地面控制站已经增加到12个，并最终达到19个，分布在世界各地，以期保证全球对每颗在轨卫星至少有两个站对其实施连续的实时跟踪观测。图2.14显示了GPS系统地面控制段的组成。

4.什么是用户设备？

用户设备是卫星导航系统四大组成部分之一。通常，用户设备是指“GNSS接收机”，用于捕获跟踪并处理来自可见卫星的L波段信号，进行用户位置、速度和时间（PVT）的计算。用户设备形式多样，根据用户在海、陆、空、天的不同应用场合和用途，会有极其多变的需求，以及千变万化的功能和性能指标。

5.GPS是怎样工作的？

● 利用无线电信号

GPS卫星在空中昼夜不停地连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收，卫星时间是由星载原子钟产生的，卫星的位置信息（卫星轨道参数，又称为星历）则是由地面控制站定时发送给卫星，称为“注入”，然后通过卫星发送给用户接收机。

●GPS接收机与卫星间构成三角测量学

利用三角测量学方法，测量三个或三个以上的卫星至GPS接收机间的距离，从距离来确定GPS接收机在地球或空中的位置，由于要确定接收机的三维位置，所以至少要接收三个以上卫星的信号。

● 距离是由测量时间间隔来得到的

距离的确定是通过卫星信号由卫星到达接收机的时间（间隔）的测量来实现的。接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，所以通常这个时间间隔称为时延。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延，将时延乘上光速，便能得到距离。乘上光速的原因是卫星信号系无线电波，它是以光速来传播的。

● 星载原子钟保证高精度的时延测量

卫星上装有精度极高的原子时钟，可确保时延测量的高精度。应该指出的是，接收机的时钟一般并不是原子时间，所以常常需要第四个卫星的信号作为确定时间的参照，从而修正接收机时钟造成的距离误差。

●GPS通过导航电文实现信息更新

GPS卫星运行过程中，其轨道和原子时钟均会发生变化，美国国防部通过观测站监测其变化，并由主控站通过上行通信电路，定期以导航电文的形式向卫星注入相关导航参数及其误差改正信息，并随同信号广播向外发送。

●为了提高定位精度可采用差分方法

为了改正GPS系统的各种误差，可以采用差分方法。近地空间的电离层和中性大气（对流层）均会引起GPS信号时延，导致定位误差。利用数学方法和模型，或者实时测量结果的处理，可以消除这些误差，提高精度，支持GPS的多种多样的应用和服务。

6.为什么说GPS的工作是应用到达时间差的原理呢？

GPS实施的是“到达时间差”的概念：利用每一颗GPS卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。世界各地的GPS用户接收到这些信息，进行处理后，就可确定自己的位置，其定位精度达到几米，时间精度高达几纳秒。图2.15显示了GPS系统的时间到达差原理。

每颗GPS卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间。全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。位于科罗拉多州施里弗（Schriever）空军基地内的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗GPS卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。GPS卫星所有的能力都可由运控段软件激活。GPS卫星的新能力需要开发、测试和验证相应的控制软件，达到可运营使用后，才向GPS用户宣布这些新能力的实际可用性。

GPS系统时间是由每颗卫星上的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10-13秒或者更好。GPS卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。

用户要精确确定三维空间位置，就必须在任何时间都可观测到4颗卫星，4颗卫星在三维空间的几何分布要充分离散，以便处理时确定精确的信号交叉区域。经过大量分析表明，多卫星同时全球覆盖的基本要求是在半地球同步轨道（高度约20 350km）上部署至少由24颗卫星组成的星座。

卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。卫星导航原理如图2.16所示。

7.GPS星座为什么有3个和6个轨道面之说？

GPS星座最初设计是卫星分布在3个轨道面，每个轨道面 8颗卫星，轨道倾角为63°。但是，由于GPS系统开发阶段预算常常受到国会的质疑，一度将卫星星座的卫星数量降低为18颗，以及计划用航天飞机发射GPS卫星（后来因为航天飞机发生爆炸事件，因此停止执行该计划），导致改变原来设计方案，所以目前GPS在轨运行的星座是6个轨道面，每个轨道面4颗卫星，倾角为55°。按照美国的新的研究报告“未来的全球定位系统”的说法，建议重新采用三轨道面方案。GPS星座配置改为3个轨道面，每个轨道面配置10颗卫星（这将简化星座维持，便于一箭双星发射，比采用6个轨道面、每个轨道面5颗卫星的星座配置更为有效）。建议还强调指出，应该尽快从目前的6个轨道面转换为3个轨道面，而不是等到新一代GPSⅢ卫星发射时才进行转换。实际上，从6个轨道面平稳过渡转变为3个，并不是件轻而易举的事。

8.GPS的定位过程是怎样实现的？

GPS定位的基础是卫星的三角测量学。

这里利用“三角测量学”一词因为大多数人能理解，实际上GPS原理是真正的三角学，虽然其定位不涉及测角。三角测量学在这里用于几何的三角形方法确定目标的相对位置。

对于三角测量学，GPS接收机利用无线电信号传播时间测量至卫星的距离。

对于传播时间，GPS需要非常精确的时间信号，同样由信号获得从卫星至接收机的电波传播的时间间隔（时延），与电波传播速度（30万千米每秒）相乘，得到距离。

得到了距离量，必须精确求得卫星在空间的位置，轨道参量与认真的监测是关键。

最后必须认真修正信号通过大气传播时形成的附加时延值。图2.17显示了卫星导航以卫星为参考点实现地球上的定位。

9.什么是卫星三角测量学？

GPS系统背后所隐藏的整个设想，在常人看来往往是不可能的。利用空间的卫星作为参考点，在地球上实现定位，且精度又这么高，有点不可思议。要用三角测量学在地球上任何地方进行定位，要求非常精确地测量从卫星到用户机间的距离，是个难题。接着还要解决已知至3颗卫星的距离如何在空间找到接收机所在位置。

应该说，从三角测量学而言，这是个硕大无比的几何图形。首先，假设已经测量到了至第一颗卫星的距离，为28 000千米。由这特定的卫星，将用户所要确定的所有可能位置，压缩到以该卫星为中心，半径为28 000千米的球面上。接着，测量至第二颗卫星的距离，为29 000千米，从而又有以第二颗卫星为中心，29 000千米为半径的第二个球面，这两个球相交线形成一个圆，此时已经把用户所要寻找的位置，又进一步集中到这个圆上。随后，用户测得至第三颗卫星的距离，为27 000千米，它与其他两个球相交形成的圆相截，进而把用户机的可能位置变为两个点。到此，把三个卫星的测距问题转化为仅仅在空间找两个点。为了确定这两个点中，究竟哪一个是用户机的真正位置，事情并不复杂。因为凭我们的常识即可进行准确判断。一般而言，这两个点，一个在北半球，一个在南半球。图2.18为GPS定位方法示意图。

10.如何测量至卫星的距离？

这是个数学问题。整体上是速度乘上运动（电波传播）时间。例如，一辆汽车匀速运动两小时，其速度为60千米每小时，测量它走了多远，则可以利用下面的公式：

速度（60km/h）×时间（2h）=距离（120km）

在GPS情况下，人们测量的是无线电信号，所以速度是指光速，约为30万千米每秒（3×108m/s）。主要困难是测量信号从卫星至接收机间的传播时间间隔。

这里首要关键是定时，确定参考时间；又需要用精准的时钟去测量传播时间；而卫星正当过顶时，传播时间仅为0.06秒左右；在时间同步的条件下，接收机收到信号的时间减去卫星发射信号的时间之差，即为电波信号传播时间。

假定有一种办法，同时让卫星和接收机同时开始广播音乐，我们站在接收机旁可能收听到两种不同的版本，一个来自我们的接收机位置，一个来自卫星位置。不难发现，这两种版本不同步，卫星版本会滞后，因为这种广播要跨越2万余千米。如果想知道卫星版本延迟多久，则我们可以推迟启动接收机版本，直到与卫星版本同步，使两种信号同时收到。这样，我们再考查接收机版本延迟的时间，这就是卫星版本的传播时间。将这个传播时间与光速相乘，便能得到至卫星的距离。如果我们将播放的音乐改为“伪随机码”信号，这就接近GPS的概念了。图2.19显示了平面内二维定位原理。

由图2.19可见，如果两个球在空间相交线通常是个圆，在同一平面内两圆相交是两个点，要是两个圆心是两颗用于定位的卫星，则它们的交点恰恰落在地平面上，这两个点一般情况下一个落在南半球，一个落在北半球。由于地球不是个规则的球体，我们要测量的目标位置往往不在同样的海平面内，且还存在海陆空天的平台区别，因此只能确定水平位置的两个卫星定位方法，不可能普遍适用，必须用三个参考点（卫星）才能最终确定经纬度和高度。这就是通常确定一个空间点位必须要在直角坐标系内确定X、Y、Z三维坐标值的原理。空间的三维定位原理如图2.20所示。

11.GPS的三维定位一般情况下为什么需要4颗卫星？

我们已经知道，在空间确定一个目标点位置，必须要3颗卫星的测量值才能给出三维位置，那为什么要求有4颗卫星呢？这是因为实际上参与导航位置计算的过程中，还有个时间变量参数，因为GPS的距离测量实际上是以时间度量来实现的，当每秒钟时间误差为百万分之一时，所带来的位置误差会达到300m以上，而人们所用的GPS接收机的时钟是用石英晶体振荡器来实现的，必须用卫星的原子时钟作为同步标准才能确保定位精度，故需要第4颗星来参与定位，实际上这第4颗卫星是作为时间参考标准加以应用的。

12.何谓伪随机噪声码？

GPS信号利用码分多址（CDMA）方式，所有的卫星都工作在同样的频率上，采用伪随机噪声码（PRN），这是GPS信号的基本特点，实际上它只是一种非常复杂的数字编码，具有特殊的数学特征。这种信号看起来如同随机的电噪声，但是又不是真正的噪声，故称为“伪随机噪声”，信号为伪随机噪声码，如图2.21所示。

GPS有两种伪随机码。第一种伪随机码称为C/A（粗捕获）码，它调制在L1载波上。其调制频率是1.023MHz，每1ms（1023比特（bit））码将重复一次。每个GPS卫星有其独特的伪随机码，这就是码分多址（CDMA）的妙处。应该指出，C/A码是GPS民用的基础，或者说C/A码可提供给民用。第二种伪随机码称为P（精准）码，它每7天才重复一次，以10.23MHz的频率调制在L1和L2载波上。这种码供军事应用，是加密的。当它加密时，则被称为“Y”码，由于P码比C/A码复杂得多，所以信号捕获要困难得多，这就是为什么许多军用接收机开机后常常是首先捕获C/A码，然后过渡到P码捕获。当然，由于技术的不断进步，美国人已解决了P码的直接捕获问题，不一定需要有C/A码向P码过渡的过程。

13.何谓伪距？

实际上测量GPS信号得到的距离通常称为伪距，因为它不是从卫星到用户接收机的真实距离，其中包含有多种误差，所以称为伪距。

14.如何确定卫星在空间的位置？

在GPS的定位过程中，确定卫星在空间的位置是至关重要的，尤其是用户机测量信号从卫星发射的那个时刻的卫星位置，这需要从卫星广播的导航电文取出卫星轨道根数（星历），计算卫星当时的实际位置。通常，导航电文是由地面主控站定时通过上行天线注入卫星，然后加以广播。每个卫星除了广播自己的星历外，还在导航电文中广播星座中所有卫星的简单星历，后者称为历书。历书用来估算卫星的近似公布，其参数的精度要求不像星历参数那样精确。

15.什么是GPS的导航电文？

GPS卫星以50比特每秒的速率发送导航电文。每帧由5个子帧构成，传送周期为30秒，25帧组成一个主帧，也就是需要12.5分钟才能传送完全部的导航信息。导航电文传送的信息内容包括：卫星的时钟改正、健康状态与精度、卫星星历参数、历书、电离层模型参数和世界协调时（UTC）数据等系统状态信息。

16.GPS信号有何特点？

目前的GPS卫星发射两个载波频率信号，即L1和L2，它们的频率分别是1572.45MHz和1227.60MHz。L1 携带着导航（状态）信息（电文）和用于定时的伪随机码。L2则携带着更为精准的军用伪随机码。从GPS信号结构而言，由三个部分组成，即载波L1、L2和测距码。军用服务（PPS）和民用服务（SPS）对应不同的伪随机噪声（PRN）码，以及导航电文（包括卫星健康状态、卫星星历、星钟偏差参数和历书。GPS信号还有个特点是其扩频信号方式，这就是说，载波被二进制码调制时，开始集中在单个频率上的信号能量会扩展到一个宽频带上。对于GPSC/A码频带宽度为2MHz，P（Y）码频带宽度为20MHz。其特点是，在信号功率不变的同时，通过这种扩频方法将功率谱密度降低到背景射频辐射以下，这种信号称为扩频信号。其特点是在码已经知道的情况下，信号才能被接收机“解扩”，原则上可以保持码的隐蔽性。提供授权服务的GPS军用信号P（Y）码是加密的，这种信号特性具有所谓的抗欺骗（AS）功能，其主要目的是，保护用户不受虚假的GPS信号影响，避免使用有危害性的误导数据。加密的P（Y）码称为Y码，访问Y码信号需要密钥，只有美国国防部授权的用户才能采用。

17.GPS信号加密是怎么回事儿？

当初美国国防部开发GPS的初衷是用于军事目的，尽管现在民用接收机数量要比军用接收机数量多成百上千，甚至上万倍，系统仍然有着相当大的军事价值。为此，军方还保持着更为精准的P码排他性使用。其军用码频率比民用码频率高10倍，所以有可能达到更高的精度，且有着更高的抗干扰能力。当P码加密时被称为Y码，只有带有密钥的军用接收机才能接收Y码信号，由于这种码是调制在两个载波频率上的，所以可以通过双频接收估算大气（电离层）形成的误差。

18.卫星导航信号为什么搞得如此复杂？

GPS导航卫星信号如此复杂的理由有多个，首先是确保接收机偶然会同步跟踪到其他不相干的或虚假信号，乃至欺骗信号上去，因为信号如此复杂，不大可能出现完全一模一样的系统外漫游信号。由于每个卫星都有其自己的伪随机码，以确保接收机不会意外地收到另一个同样的卫星信号，这样做可以让所有的卫星使用同样的频率，而相互之间却不会彼此干扰，实际上，伪随机码给美国国防部提供了一种GPS系统控制进入的方法与途径。

伪随机码复杂性的另一个至关紧要的理由是为了实现GPS接收机的经济性，即这种码可以利用“信息论”技术将GPS信号放大，而无须更大更贵的天线，便能实现GPS信号接收。

19.怎样利用GPS？

GPS接收机接收可见卫星的信号，根据它们在海上与地面或者空中的应用需要，显示用户的位置、速度和时间结果。有的会显示诸如至所选择航点或数字图的距离和方位。

GPS的工作原理是基于卫星测距。用户确定其位置是通过对空间一组卫星的距离的测量来实现的。这些卫星的作用是作为精确的参考点。

每颗GPS卫星发送精确位置和时间信号。用户接收机测量信号从卫星到达接收机的时延（电波从卫星至接收机的传播时间），这时延与电波传播速度相乘，就代表卫星与接收机的视在距离（称做“伪距”）。定位测量要同时接收4颗卫星的信号，以便求解出三维位置（纬度、经度和高度）和时间。位置测量是在全球大地测量参照系（WGS-84）中进行的，时间参考是利用全球共用的美国海军观象台时间（USNO）。

20.谁用GPS？

GPS用于支持陆、海、空、天导航，勘测与地球物理探测，制图和大地测量，定向定姿定位系统，农作机械，运输系统，以及其他广泛而多样化的应用。

在电信基础设施应用方面包括网络定时和蜂窝网的增强。对于固定和移动用户而言，精确的共用时间的派发是最重要的用处之一。

GNSS应用具有三大市场，即大众消费市场、安全性保障市场和专业类高档市场。GNSS的主要应用领域如图2.22所示。

21.GPS提供什么样的服务分级？

对于GPSC/A码的应用没有什么限制，全世界用户均可使用。在实施SA（可用性选择）时，GPS提供的可预测的精度为100m（2drms，95%，在水平面内）和156m（95%，在垂直面内）。世界协调时UTC（USNO）时间确定精度在340ns（纳秒）内（95%），其时间基准保持在美国海军观象台。这些精度反映在联邦无线电导航计划的原先的信号规范中，在SA取消后，所得到的精度得到改善。在没有SA时，GPS的精度约为25m（2drms，95%，在水平面内）和43m（95%，在垂直面内）。

GPS提供的可预测精度在水平面内最低为22m（2drms，95%），在垂直面内为27.7m（2drms，95%）。PPS提供的UTC（USNO）时间传递精度在200ns内（95%），其时间基准保持在美国海军观象台。

美国的GPS定位系统提供两种服务：即标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPS）。

PPS主要为军用服务，政府机构用户是有选择的应用。民用用户使用PPS只允许专门经美国国防部批准授权后才可使用。

SPS是民用的，PPS是为经美国核准的军方用户和选定的政府部门用户使用。通过加密受控。

● 精密定位服务（PPS），其定位精度：

平面精度 22m（2drms，95%）

垂直精度 27.7m（2drms，95%）

时间精度 200ns（2drms，95%）

测速精度 0.2m/s（2drms，95%）

● 标准定位服务（SPS）全世界所有用户均可使用，SA存在时，其定位精度：

平面精度 100m（2drms，95%）

垂直精度 156m（2drms，95%）

时间精度 340ns（2drms，95%）

测速精度 0.2m/s（2drms，95%）

22.什么是可用性选择（SA）？

SA是美国国防部（DOD）实施的一种可用性选择技术，目的是人为地恶化用户的导航解。实施SA时它成为SPS用户的一个最大的误差源。SA的影响能使定位误差呈五倍甚至十倍地增加。DOD通过改变卫星时钟（产生颤动）使信号变差。DOD设计的另一种恶化GPS性能的方法是传播精度差一些的星历参量。经DOD授权的用户能消除SA。值得指出的是，SA是空间相关的，所以民用用户可以通过差分GPS（DGPS）去消除SA，当然用户必须对此增加自己的成本消耗。

23.为什么美国采取SA方法？

目的是保护美国及其盟国的安全利益，在全球阻止敌对者来利用系统完全的民用精度，对其发起攻击。现在美国放弃这一举措，可能基于两种考虑，一是其国内和国外的应用需求，以及国际竞争的需要，希望保持GPS的国际领先地位，同时成为国际标准的战略性策略；二是美国已经具备新的阻断敌对方利用民用信号对其发动攻击的能力。尤其是在局部区域内的控制使用能力。

24.SA是否永远退出历史舞台？

美国没有重新恢复SA的打算，但肯定的一点是，为了阻止其敌对者利用GPS攻击美国及其盟国，美国军方正积极地开发和部署区域性的阻断能力，以代替SA原先的全球性恶化措施。为了进一步推广民用，美国在2007年9月再次重申SA不再恢复，而且在GPSⅢ卫星上取消该项功能。

25.民用用户怎样去利用美国军方控制的GPS系统？

GPS是美国政府所有，并为其掌控，属于国家资源。美国国防部是“监护人”，因而要负责按照信号规范来运作该系统。

1996年3月发布的美国总统指令，1998年经国会通过形成法律，基本上将GPS的“业主”从DOD转移为GPS部际执行局（IGEB）。IGEB由运输部和国防部共同负责，其成员包括国务院、农业部、商务部、内务部、司法部，以及宇航局（NASA）和参谋长联席会议等。这种组织形式能保证与GPS管理相关的所有决定，又可以兼顾到军方和民方的双方利益。法律要求DOD维持标准定位服务（SPS），要按照美国联邦无线电导航计划和标准定位服务信号规范实施，要求能在全球连续可用，并开发防止敌方利用GPS及其增强系统的对抗措施，又要求不中断或恶化民用用户的应用性能。这些严格的要求和现有的增强系统实际上要使DOD将GPS做成民用用户的一个透明系统。这就需要军方与开发团队对系统进行本地化测试，测试完全严格地遵循生命安全用户和海岸警卫队与联邦航空局（FAA）的指导意见。美国运输、公共安全、经济科学、授时和其他用户领域都广泛地应用GPS。在航空和航海运输领域，将GPS用于“生命安全”导航，是这些应用的关键系统。DOD是GPS系统的“监护人”，负责保持信号规范的实施，IGEB则作为管理监督的“业主”，确保民用与军用需要到位，并达到本质上的平衡。

26.GPS卫星在什么样的轨道上工作？

GPS卫星工作在高度为20 200km的近圆轨道上，工作周期为11小时55分钟，轨道倾角为55°。应该指出的是，它们不是地球静止（GEO）卫星，并不是在赤道同步轨道上，而是在中高地球轨道（MEO）上工作。

27.GPS的精度和完好性如何？与现有的地基导航系统能有一比吗？

基本的GPS信号，在最差的情况下，其水平精度约为100m，垂直精度为140m，这是指在性能规范条件下，这与地基导航系统VOR/DME（甚高频全向型无线电信标/测量距离设备）所能提供的最精确服务的精度相当，达到航空应用中的非精密进近水平。但地基导航系统的精度却随着目标载体远离导航台而降低，GPS精度由于是天基的，并不受地面设备距离远近的限制。GPS基本信号精度没有现在的仪表着陆系统（ILS）高。但是，GPS一旦得到广域增强系统（WAAS）和局域增强系统（LAAS）的增强，则能提供精密进近能力，利用WAAS可实现一类着陆（CAT-I），利用LAAS可实现二、三类着陆（CAT-Ⅱ和CAT-Ⅲ）。

28.有没有更新和增强GPS能力的计划？

有这样的计划，称为GPS现代化计划。1999年1月美国副总统宣布，将有两个新的民用频率，即现在所指的L2和L5，增加到现在的GPS系统中，这种新的能力的可用性取决于多种因素，包括提供的技术基础和现在卫星的健康情况。新的信号采用，即L2和L5的引入将改进可靠性、精确度和GPS的可用性，从而能开发更加广泛的新的和可改进的应用领域。GPS现代化的更多信息见网站http://www.pnt.gov/。GPS现代化和GPSⅢ简要过程如图2.23所示。

29.为什么要实施GPS现代化和GPSⅢ计划？

美国实施GPS现代化和GPSⅢ计划的目的是，随着现代技术的进步，满足与时俱进的军民用户市场需求的增长，GPS系统必须不断改进和完善。其主要内容为：一是重新审视GPS的总体架构，达到GPS系统的长期的性能和功能要求，同时减少长期的总投资成本；二是确保GPS的综合效能，满足军用和民用的系统需求和应用需求，寻找可能的增强方式和手段；三是建成今后30年间的最好的GNSS系统，居于国际领导地位和领先水平。图2.24为GPSⅢ的构成示意图。

30.何时能用上GPS的第二个和第三个民用信号？

1999年1月25日，美国副总统科尔宣布，投资4亿美元启动GPS现代化，包括在将来新的GPS卫星上增加两个新的民用信号，明显地增强对全球民用、商业和科研用户提供的服务。并且在2006年开始发射的卫星上实施L2（1227.60MHZ）信号民用。GPS现代化最关键的一步是美国的白宫决定使用第三个民用信号（L5）信号，它可增强关键的生命安全应用和民用航空需要。第三个民用信号（L5）位于1176.45MHz，该频点所在的无线电频谱段位于国际公认的无线电导航服务区段内。用户有望在2010年后应用此信号。对于用户而言，新的服务的应用取决于卫星实际发射的时间、轨道内有足够数量的卫星，以及所维持的运作能力。

31.GPS卫星抗干扰的能力如何？

GPS信号，如同其他的无线导航信号一样，会经受多种形式的干扰。美国联邦航空局（FAA）积极地与DOD和其他政府机构一起从事这些干扰影响的检测和缓解工作，以期确认GPS及其增强系统对于航空安全运营的可用性。对于任何导航手段，干扰，不管其是自然的还是人为的，是无意的还是有意的，永远都是应该认真加以考虑并对待的。人们已经知道并掌握了某些减小干扰影响的方法，有的还在测试和研究，但离真正解决还有很长的路要走。在新一代GPS卫星上已开始采取积极的应对措施。

32.对射频干扰（RFI）应做何考虑？

对于任何的导航手段，无线电频率（射频）干扰（RFI），包括无意和有意的干扰，均应认真对待。FAA对多种GPS干扰检测系统已经进行测试评估，检测系统用于确定GPS干扰的方向及源的性质。FAA与DOD和其他相关机构均在确认评估GPS及其增强系统的干扰效应的检测和应对措施及其效果。