美国政府的限制政策与用户策略

    一、美国政府的限制性政策

    为了保障其自身的利益与安全，美国政府随即又采取了一系列限制措施，以防止非经美国政府特许的用户获得高精度定位信息。限制政策主要包括：

    ●对不同的gps用户，分别提供两种不同精度的定位服务。

    ●实施选择可用性政策，即SA政策（已被取消）。

    ●反电子欺骗防护措施,即A-S。

    （一）精密定位服务与标准定位服务

    GPS提供两种定位服务，即标准定位服务（SPS－Standard　Positioning　Service）和精密定位服务（PPS－Precise　Positioning　Service）。

    精密定位服务（PPS），主要提供L1载波和L2载波上的P码和C/A码以及导航电文。它所服务的对象是美国政府特许用户（Authorized　Users），所谓“特许用户”除了美军及其盟军以外还包括某些政府部门和经政府授权的民用用户。P码具有良好的测距精度，加之双频观测（L1载波和L2载波）可以有效削弱电离层弥散效应引起的误差，因此利用PPS单点实时定位的水平精度可达5～10m。然而可解调P码的接收机设备非特许用用户不易获得，所以很难加以利用。

    标准定位服务（SPS），主要提供L1载波上的C/A码以及导航电文。它服务的对象都是非特许用户。由于C/A码的测距精度相对较低，又不能利用双频观测抑制电离层的影响，因此用户所能获得单点实时定位的水平精度只有15～20m左右（在取消SA政策以后）。不过，美国政府承诺未来将在L2载波上加载民用信号（2001年1月曾进行过加载试验），由此非特许用户也可以利用双频观测削弱电离层引起的误差。SPS单点实时定位的精度可望进一步提高。

    （二）选择可用性（SA－Selective　Availability）

    为了降低SPS的定位精度，自1991年7月美国开始对所有在轨的工作卫星实施SA技术。该技术主要是利用人为加入的噪声干扰GPS基准信号和卫星星历，从而降低C/A码单点实时定位的精度。特许用户可以利用密匙自动消除SA的影响，而非特许用户在SA技术影响下，标准定位服务单点实时定位的水平精度降到约100m。而且还可以根据需要加大干扰力度，进一步降低精度。

    美国政府于2000年5月1日已经停止了施加SA技术。

    （三）反电子欺骗（A-S　Anti-Spoofing）

    当P码已被破解，或者有人掌握了特许用户接收机接收的卫星信号的频率和P码相位，便可以发射“适当”频率的干扰信号，诱使特许用户产生错误的定位信息。为了防止这种电子欺骗，美国政府采用反电子欺骗（A-S）技术。具体地说就是使用严格保密的W码,通过P码和W码模2相加，将P码转换成Y码。这时，非特许用户将无法继续应用P码进行精密定位或电子欺骗。

    二、限制性政策下非特许用户的应对策略

    美国政府的限制性政策无疑是出于对自身安全和利益的考虑，但这对包括美国本土在内的世界各国的广大非特许用户造成了影响。为了摆脱这种桎梏，广大用户展开许多研究和试验工作，并取得了一系列成果。目前采取的措施主要包括：

    （一）建立独立的GPS测轨系统。

    GPS卫星定轨精度直接关系到定位精度，而卫星定轨主要是靠GPS卫星发送的“官方”广播星历。为了提高定轨精度，降低对广播星历的依赖性，一些非官方的民间机构和组织利用GPS卫星建立独立的跟踪系统，为广大的非特许用户提供精密卫星星历。

    1993年，国际大地测量协会（IAG－the　International　Association　of　Geodesy）宣布成立国际地球动力学GPS服务组织（IGS－the　International　GPS　Service　for　Geodynamics）。IGS的任务主要是为大地测量、地球动力学和地球物理等学科领域提供服务，其次也为政府部门和某些商业组织的GPS应用提供数据支持。截止到2003年1月8日，该组织所属的跟踪站已达348个之多，其中也包括中国（以及台湾省）境内的跟踪站。IGS跟踪网确定的GPS卫星星历的精度可达到厘米级，而且经过大量的研究和试验取得了许多的科研成果。这些研究对发展和普及GPS系统具有重要意义。

    虽然利用IGS提供的精密星历可以获得很高的定位精度，但由于种种障隔，这种全球独立测轨系统多数是应用在科研教育等领域，目前还难以对日常的生产生活产生影响。

    （二）研究、开发差分GPS（DGPS－Differential　GPS）定位系统

    差分GPS定位的基本方式之一就是观测值之间进行线性组合。目的意在消除或削弱某些误差项，提高定位精度。

    根据差分信号作用范围的不同，差分GPS定位可分为两类，即局域差分GPS（LADGPS－Local　Area　Differential　GPS）和广域差分GPS（WADGPS－Wild　Area　Differential　GPS）。前者作用范围较小（例如150km），主要提供综合的差分GPS改正信息。后者作用范围较大（一般超过1000km甚至全球范围），主要是针对具体的误差源提供改正信息。

    静态差分定位可以达到毫米级精度。广泛应用于精密工程测量、工程与地壳变形监测、灾害预报以及地球动力学等领域。

    （三）建立独立的导航定位系统

    GPS虽系军民两用的卫星导航系统，实则完全由美国政府握柄。它能随时施加具有可伸缩性的限制政策，其它各国难免格于成例，受制其中。于是，俄联邦、欧共体、中国等一些国家和地区开始发展自己的卫星导航系统。

    1．全球导航卫星系统

    1978年前苏联开始研发类似于GPS系统的全球导航卫星系统（GLONASS－Global　Navigation　Satellite　System）系统。该系统也包含24颗卫星（其中包括3颗备用卫星），均匀分布于3个轨道面。轨道倾角约64．8°，轨道高度约19130～20180km。卫星绕地球一圈的周期约为11小时15分。卫星识别采用频分多址，即不同的卫星发射频率不同。由于卫星轨道倾角大于GPS倾角，所以在高纬度（50°以上）地区的卫星可视性要比GPS好。该种导航卫星的设计寿命为3～5年。

    GLONASS的地面监控系统有5个跟踪站、9个监测站和1个主控站，它们均设于前苏联本土。用户可以通过接收调制在两个载频上的民用测距码和高精度测距码以及卫星星历等导航信息实现定位，其算法与GPS定位算法类似。

    GLONASS系统曾一度于1996年基本完成部署，后未能有效维护，最近三颗于2010年3月2日发射升空．目前共有20颗在轨卫星，其中19颗正常工作，另外1颗临时进行技术维护，2010年底前将达到27颗。

    ２．伽利略系统

    伽利略系统的空间段由分布在三个轨道上的30颗中等高度轨道卫星构成，每个轨道面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用；轨道面倾角56度。

    地面段包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构。

    用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。伽利略系统的基本服务有：导航、定位、授时

    3．北斗导航系统

    中国于2000年10月31日和12月21日相继成功发射两颗导航定位试验卫星，也就是所谓的“北斗导航系统”（Beidou　Navigation　System）。

    北斗导航系统属于区域性导航卫星系统，它的系统构成包括两颗地球静止卫星、一个装备有三维电子地图的地面中心站、若干个分布全国的参考站以及用户机等软硬件设备。它的定位原理是：以两颗卫星的已知坐标为圆心，以测定的双星到用户机的距离为半径，这时可以形成两个圆球面。而用户机必定位于这两个球面相交的大圆上，这个大圆称作“交线圆”。三维电子地图提供一个以地心为球心，以球心至地表高度为半径的非均匀三维球面。求解交线圆与地球表面的交点即可获得用户位置。