全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（為用戶提供3維坐標(biāo)的系統(tǒng)）
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全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）是能夠提供全天候3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可在地球表面或近地空間任何地點(diǎn)為用戶提供服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
為用戶提供3維坐標(biāo)的系統(tǒng)
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，（theGlobalNavigationSatelliteSystem）,也稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
基本信息
中文名
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
外文名
Global Navigation Satellite System
GPS的發(fā)展階段
組成
作用
為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息
簡(jiǎn)稱
GNSS
領(lǐng)域
導(dǎo)航、定位、測(cè)量、農(nóng)業(yè)、救援、監(jiān)視和管理、軍事等
內(nèi)容介紹
簡(jiǎn)介
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS應(yīng)用：精細(xì)農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究(野外生物學(xué)、氣象學(xué)、地球科學(xué))、環(huán)境監(jiān)測(cè)、突發(fā)事件和災(zāi)害評(píng)估、安全保障、天體與建筑工程和自然資源分析的定位。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為人類帶來了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，迄今，比較完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)有美國GPS和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)，歐洲計(jì)劃推出自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Galileo。
估計(jì)到2020年前美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)4大GNSS系統(tǒng)將建成或完成現(xiàn)代化改造。
主要應(yīng)用
衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用是建立導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的根本出發(fā)點(diǎn)，也是其最終的歸宿。通常衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用市場(chǎng)可以分為三大方面，是專業(yè)市場(chǎng)、批量市場(chǎng)和安防市場(chǎng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從應(yīng)用的角度可分成以下10類加以簡(jiǎn)述，這就是：航空、航海、通信、人員跟蹤、消費(fèi)娛樂、測(cè)繪、授時(shí)、車輛監(jiān)控管理，和汽車導(dǎo)航與信息服務(wù)，以及其它類:
1.航空歐盟的Galileo便是新建的全球?qū)Ш叫亲?，它與GPS配合起來，可以大大提高導(dǎo)航衛(wèi)星的可用性，使單一的GPS市區(qū)可用性從55%提高到GPS/Galileo共用時(shí)的95%。GPS技術(shù)建立廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)逐步代替原先的微波著陸/儀表著陸系統(tǒng)，美國的WAAS系統(tǒng)計(jì)劃在2003年下半年運(yùn)營，地面改正數(shù)據(jù)可以通過靜地衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給飛機(jī)。
2.航海衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)廣泛地用于海上行駛的各類船只，DGPS則廣泛地用于沿岸與進(jìn)港，以及內(nèi)河行駛的船只，精度可達(dá)到2-3m。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無線通信手段集成后，該系統(tǒng)便成為一個(gè)位置報(bào)告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多漁船將GPS與雷達(dá)和魚探器結(jié)合在一起，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
3.通信與導(dǎo)航的融合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無線電通信機(jī)的結(jié)合是自然發(fā)生的，這種融合產(chǎn)生的意義是非常深遠(yuǎn)的。實(shí)際上，這是移動(dòng)計(jì)算機(jī)(PDA)、蜂窩電話和GPS接收機(jī)的系統(tǒng)集成和完美整合。
4.人員跟蹤個(gè)人跟蹤的應(yīng)用需求與E911這類導(dǎo)航手機(jī)或稱定位手機(jī)思路相似，但其產(chǎn)品類型和主要功能定位則與它們大相徑庭。首先要求其體積和功耗要小，便于隱藏或佩戴，如手表之類。其應(yīng)用功能可以由中心加以激活或啟動(dòng)，以利于獲取佩帶者所在位置。
5.消費(fèi)娛樂徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶外活動(dòng)者常應(yīng)用袋式GPS定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉(xiāng)間、山野或無人區(qū)內(nèi)找到自己的目的地。
6.測(cè)繪GPS測(cè)繪還可用于繪圖、地藉測(cè)量、地球板塊測(cè)量、火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)、GIS領(lǐng)域、大橋監(jiān)測(cè)、水壩監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)、大型建筑物監(jiān)測(cè)等。這種測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化(RTK)可以用于海洋河道公路測(cè)量，以及礦山、大型工程建設(shè)工地等作為自動(dòng)化管理和機(jī)械控制。
8.車輛監(jiān)控管理。
9.汽車導(dǎo)航與信息服務(wù)。
10.很多國家已經(jīng)把全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)發(fā)展，可以定位農(nóng)田信息、監(jiān)測(cè)產(chǎn)量、土樣采集等，再通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，制定出更科學(xué)的農(nóng)田管理措施。還可以把產(chǎn)量及土壤狀態(tài)等農(nóng)田信息裝入帶有 GPS 設(shè)備的噴施器中，在給農(nóng)田施肥、噴藥的過程中可以精確控制其用量，可以降低因肥料和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的污染。
11.其它
定位系統(tǒng)
2.北斗系統(tǒng)（中國）
3.GLONASS系統(tǒng)（俄羅斯）
GPS系統(tǒng)
由來和發(fā)展
美國國防部（ United States Department ofDefense, DOD）于 1973 年決定成立 GPS 計(jì)劃聯(lián)合辦公室，由軍方聯(lián)合開發(fā)全球測(cè)時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航定位系統(tǒng)（navigation system with time and ranging,NAVSTAR）/GPS）。整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)分 3 個(gè)階段實(shí)施：第 1 階段（1973-1979 年），系統(tǒng)原理方案可行性驗(yàn)證階段（含設(shè)備研制）；第 2 階段（1979-1983 年），系統(tǒng)試驗(yàn)研究（對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)）與系統(tǒng)設(shè)備研制階段；第 3 階段（1983-1988 年），工程發(fā)展和完成階段。從 1978 年發(fā)射第 1 克 GPS 衛(wèi)星，到 1994 年 3 月 10 日完成 21顆工作衛(wèi)星加 3 顆備用衛(wèi)星的衛(wèi)星星座配置，1995 年4 月，美國國防部正式宣布 GPS 具備完全工作能力。GPS 的建設(shè)歷經(jīng) 20年，其系統(tǒng)由空間段、運(yùn)控段、用戶段 3 大部分組成，整個(gè)星座額定有 24 顆衛(wèi)星，分置在 6 個(gè)中軌道面內(nèi)，它的優(yōu)良性能被譽(yù)為是一場(chǎng)導(dǎo)航領(lǐng)域的革命。GPS 提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（standard positioning system, SPS）和精密定位業(yè)務(wù)（precise positioning service, PPS），在包含選擇可用性技術(shù)（selective availability，SA）影響時(shí)，SPS 的定位精度水平為 100 m（95 %的概率），不含 SA 影響力 20~30 m，定時(shí)精度為 340 ns；PPS定位精度可在 10 m 以內(nèi)。
GPS 的現(xiàn)代化
1996 年提出 GPS 現(xiàn)代化計(jì)劃，其第 1 個(gè)標(biāo)志性行動(dòng)是，從 2000 年 5 月 1 日起，取消 GPS 衛(wèi)星人為惡化定位精度的 SA 技術(shù)，致使定位精度有數(shù)量級(jí)的提升。20 多年來，美國持續(xù)推進(jìn)現(xiàn)代化計(jì)劃，投入 200 多億美元的巨資，主要目標(biāo)是提高空間段衛(wèi)星和地面段運(yùn)控的水平，將軍民用信號(hào)分離，在強(qiáng)化軍用功性能的同時(shí)，將民用信號(hào)從 1 個(gè)增加到 4 個(gè)，除了保留 L1 頻點(diǎn)上的 C/A碼民用信號(hào)外，在原先的 L1 和 L2 頻點(diǎn)上又加上民用 L1C 和 L2C 碼，還新增加 L5 頻點(diǎn)民用信號(hào)，大大增加了民用信號(hào)的冗裕度，從而改進(jìn)了系統(tǒng)的定位精度、信號(hào)的可用性和完好性、服務(wù)的連續(xù)性，以及抗無線干擾能力；也有助于高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（real-time kinematic, RTK）測(cè)量和在長(zhǎng)短基線上的應(yīng)用，還有利于飛機(jī)的精密進(jìn)場(chǎng)和著陸、測(cè)繪、精細(xì)農(nóng)業(yè)、機(jī)械控制與民用室內(nèi)增強(qiáng)的應(yīng)用，以及地球科學(xué)研究。
GPS 現(xiàn)代化是項(xiàng)系統(tǒng)性工作，它包括：空間衛(wèi)星段、地面運(yùn)控段、新的運(yùn)控系統(tǒng)（operationalcontrol system, OCX）和用戶設(shè)備段現(xiàn)代化，其核心是增加 L5 頻點(diǎn)和民用信號(hào)數(shù)量與改變制式，實(shí)現(xiàn)與其他 GNSS 信號(hào)的互操作。最后 1 克 GPSIIIF預(yù)計(jì) 2034 年發(fā)射，宣告 GPS 現(xiàn)代化進(jìn)程結(jié)束。
GPS系統(tǒng)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制，主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。
GPS利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，具有在海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力。它是繼阿波羅登月計(jì)劃、航天飛機(jī)后的美國第三大航天工程。如今，GPS已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最實(shí)用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。
GPS全球定位系統(tǒng)由空間系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)三大部分組成。其空間系統(tǒng)由21顆工作衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星組成，分布在20200千米高的6個(gè)軌道平面上，運(yùn)行周期12小時(shí)。地球上任何地方任一時(shí)刻都能同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。地面控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)衛(wèi)星的測(cè)軌和運(yùn)行控制。用戶系統(tǒng)為各種用途的GPS接收機(jī)，通過接收衛(wèi)星廣播信號(hào)來獲取位置信息，該系統(tǒng)用戶數(shù)量可以是無限的。
GPS全球定位系統(tǒng)是美國為軍事目的而建立的。1983年一架民用飛機(jī)在空中因被誤以為是敵軍飛機(jī)而遭擊落后，美國承諾GPS免費(fèi)開放供民間使用。美國為軍用和民用安排了不同的頻段，并分別廣播了P碼和C/A碼兩種不同精度的位置信息。美國軍用GPS精度可達(dá)1米，而民用GPS理論精度只有10米左右。特別地，美國在90代中期為了自身的安全考慮，在民用衛(wèi)星信號(hào)上加入了SA(SelectiveAvailability)，進(jìn)行人為擾碼，這使得一般民用GPS接收機(jī)的精度只有100米左右。2000年5月2日，SA干擾被取消，全球的民用GPS接收機(jī)的定位精度在一夜之間提高了許多，大部分的情況下可以獲得10米左右的定位精度。美國之所以停止執(zhí)行SA政策，是由于美國軍方現(xiàn)已開發(fā)出新技術(shù)，可以隨時(shí)降低對(duì)美國存在威脅地區(qū)的民用GPS精度，所以這種高精度的GPS技術(shù)才得以向全球免費(fèi)開放使用。
受應(yīng)用需求的刺激，民用GPS技術(shù)蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了DGPS（差分GPS）、WAAS（地面廣播站型態(tài)的修正技術(shù)）等技術(shù)，進(jìn)一步提高民用GPS的應(yīng)用精度。2005年，美國開始發(fā)射新一代GPS衛(wèi)星，開始提供第二個(gè)民用波段。未來還將提供第三，第四民用波段。隨著可用波段的增加，新衛(wèi)星陸續(xù)使用，GPS定位系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性都比過去更理想，這必將大大拓展GPS的應(yīng)用與消費(fèi)需求。此外新衛(wèi)星也提供更優(yōu)秀的軍用支持能力，當(dāng)然這只對(duì)美國軍方及其盟友有益。
2.GPS系統(tǒng)概述GPS系統(tǒng)由空間部分、地面測(cè)控部分和用戶設(shè)備三部分組成。
（1）空間部分
GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成其中21顆工作衛(wèi)星,3顆備用衛(wèi)星。它位于距地表ZOZOOkm的上空，運(yùn)行周期為12h。衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面上，軌澎頃角為55°。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地區(qū)任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息,GPS的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。
（2）控制部分
地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站、主控制站、地面天線所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回的訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。
（3）用戶部分GPS用戶部分包括GPS接收機(jī)和用戶團(tuán)體。
2．GPS定位服務(wù)聯(lián)邦無線電導(dǎo)航計(jì)劃中規(guī)定的GPS定位服務(wù)包括精密定位服務(wù)（PPS）和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）。
（2）SPS對(duì)于普通民用用戶，美國政府對(duì)于定位精度實(shí)施控制，僅提供SPS服務(wù)。SPS服務(wù)可供全世界用戶免費(fèi)、無限制地使用。
3．GPS設(shè)備成本GPS接收機(jī)的價(jià)格差異很大，一般取決于接收機(jī)的功能。小型民用SPS接收機(jī)的價(jià)格不足200美元。
發(fā)展歷程
GPS的發(fā)展大約經(jīng)歷了幾個(gè)階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。
北斗系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國GPS全球定位；系統(tǒng)和俄國GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位;、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能力，定位精度優(yōu)于20m,授時(shí)精度優(yōu)于IOOns。
中國這個(gè)要逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS)，將主要用于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為中國的交通運(yùn)輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災(zāi)害預(yù)報(bào)、通信、公安以及其他特殊行業(yè)提供高效的導(dǎo)航定位服務(wù)。建設(shè)中的中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS)空間段計(jì)劃由五顆靜止軌道衛(wèi)星和三十顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。北斗衛(wèi)星將逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系。中國將陸續(xù)發(fā)射系列北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
2003年5月25日，我國成功地將第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。前兩顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空，第三顆發(fā)射的是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星，它與前兩顆“北斗一號(hào)”工作星組成了完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。這標(biāo)志著我國成為繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)后，在世界上第三個(gè)建立了完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，
我國的“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種“雙星快速定位系統(tǒng)”。突出特點(diǎn)是構(gòu)成系統(tǒng)的空間衛(wèi)星數(shù)目少、用戶終端設(shè)備簡(jiǎn)單、一切復(fù)雜性均集中于地面中心處理站?！氨倍芬惶?hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，以應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為根本目標(biāo)，建設(shè)過程中主要遵循以下原則:
1、開放性：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展和應(yīng)用將對(duì)全世界開放，為全球用戶提供高質(zhì)量的免費(fèi)服務(wù)，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進(jìn)各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的兼容與互操作，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2、自主性：中國將自主建設(shè)和運(yùn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可獨(dú)立為全球用戶提供服務(wù)。
3、兼容性：在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會(huì)和國際電聯(lián)框架下，使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與世界各巨星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容與互操作，使所有用戶都能享受到衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展的成就。
4、漸進(jìn)性：中國將積極穩(wěn)妥地推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，不斷完善服務(wù)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)各階段的無縫銜接。
系統(tǒng)的主要功能是：
1、快速定位：快速確定用戶所在地的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。
2、簡(jiǎn)短通訊：用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間均可實(shí)現(xiàn)雙向短數(shù)字報(bào)文通信。
3、精密授時(shí)：中心控制系統(tǒng)定時(shí)播發(fā)授時(shí)信息，為定時(shí)用戶提供時(shí)延修正值。
“北斗一號(hào)”的覆蓋范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時(shí)540000戶。
2007年2月3日零時(shí)28分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功將北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星送入太空。這是我國發(fā)射的第四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，從而拉開了建設(shè)“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的序幕。2007年4月14日，我又成功將第五顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空。
“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)是世界上第一個(gè)區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。與其它全球性的導(dǎo)航系統(tǒng)相比，它能夠在很快的時(shí)間內(nèi)建成，用較少的經(jīng)費(fèi)建成并集中服務(wù)于核心區(qū)域，是十分符合我國國情的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?！氨倍贰睂?dǎo)航定位衛(wèi)星工程投資少，周期短；將導(dǎo)航定位、雙向數(shù)據(jù)通信、精密授時(shí)結(jié)合在一起，因而有獨(dú)特的優(yōu)越性。中國正大力建設(shè)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，計(jì)劃在2008年左右滿足中國及周邊地區(qū)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求，并進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗(yàn)，2010年逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了在我國國家安全領(lǐng)域發(fā)揮重大作用外，還將服務(wù)于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，提供監(jiān)控救援、信息采集、精確授時(shí)和導(dǎo)航通訊等服務(wù)?？蓮V泛應(yīng)用于船舶運(yùn)輸、公路交通、鐵路運(yùn)輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測(cè)報(bào)、森林防火、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多行業(yè)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并兼短報(bào)文通信能力。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正按照“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)。第一步，2000年建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，使中國成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。第二步，建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，2012年左右形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務(wù)能力。第三步，2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。
格洛納斯系統(tǒng)
由來發(fā)展和現(xiàn)代化
1976 年蘇聯(lián)政府頒布建立 GLONASS 的政府令，并成立相應(yīng)的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。1982 年 10 月 12 日，成功發(fā)射第 1 克 GLONASS衛(wèi)星。1996 年 1 月 24 顆衛(wèi)星全球組網(wǎng)，宣布進(jìn)入完全工作狀態(tài)。之后，蘇聯(lián)解體，GLONASS 步入艱難維持階段，2000 年年初，該系統(tǒng)僅有 7 顆衛(wèi)星正常工作，幾近崩潰邊緣。2001 年 8 月，俄羅斯政府通過了 2002-2011 年間 GLONASS 恢復(fù)和現(xiàn)代化計(jì)劃。2001 年 12 月發(fā)射成功第 1 顆現(xiàn)代化衛(wèi)星 GLONASS-M。直到 2012 年該系統(tǒng)回歸到24 顆衛(wèi)星完全服務(wù)狀態(tài)。
GLONASS 至今已經(jīng)有 3 代衛(wèi)星：第 1 代衛(wèi)星是傳統(tǒng)的 GLONASS 基本型；第 2 代星是GLONASS-M 現(xiàn)代化衛(wèi)星；第 3 代就是最新開發(fā)的GLONASS-K 衛(wèi)星，至目前為止，K 星系列又分為K1 和 K2 2 種型號(hào)。
GLONASS 星座是由 3 個(gè)軌道面上的 24 顆衛(wèi)星構(gòu)成的。其傳統(tǒng)的信號(hào)使用頻分多址（frequencydivision multiple access, FDMA），而不是其他 GNSS所 用 的 碼分多址（ code division multiple access,CDMA）。與傳統(tǒng)的 GPS 信號(hào)一樣，GLONASS 信號(hào)包括 2 個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼（pseudo random noise code,PRN）測(cè)距碼：標(biāo)準(zhǔn)精度（standard accuracy, ST）以及高精度（Visokaya Tochnost 即 high precision,VT）碼，調(diào)制到 L1 和 L2 載波上。GLONASS ST碼也已經(jīng)在 GLONASS-M 衛(wèi)星的 L2 頻率上傳輸。發(fā)送的信號(hào)像 GPS 信號(hào)一樣是右旋圓極化波的。GLONASS-K1 在新的 L3 頻率（1 202.025 MHz）上傳輸 CDMA 信號(hào)，GLONASS-K2 還將在 L1 和 L2頻率上提供 CDMA 信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)與其他 GNSS 的兼容與互操作。GLONASS-K1 星的空間信號(hào)測(cè)距誤差（signal-in-space user range errors, SISRE）約為1 m，GLONASS-K2 星則為 0.3 m。
“格洛納斯”GLONASS是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，覆蓋范圍包括全部地球表面和近地空間，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)控制站和用戶設(shè)備三部分組成。雖然“格洛納斯”系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星早在1982年就已發(fā)射成功，但受蘇聯(lián)解體影響，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展緩慢。直到1995年，俄羅斯耗資30多億美元，才完成了GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座的組網(wǎng)工作。此衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由俄羅斯國防部控制。
GLONASS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，原理和方案都與GPS類似，不過，其24顆衛(wèi)星分布在3個(gè)軌道平面上，這3個(gè)軌道平面兩兩相隔120°，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45°。每顆衛(wèi)星都在19100千米高、64.8°傾角的軌道上運(yùn)行，軌道周期為11小時(shí)15分鐘。地面控制部分全部都在俄羅斯領(lǐng)土境內(nèi)。俄羅斯自稱，多功能的GLONASS系統(tǒng)定位精度可達(dá)1米，速度誤差僅為15厘米/秒。如果需要，該系統(tǒng)還可用來進(jìn)行進(jìn)行確打擊武器制導(dǎo)。
俄羅斯對(duì)GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優(yōu)于加SA的GPS。不過，GLONASS應(yīng)用普及情況則遠(yuǎn)不及GPS，這主要是俄羅斯并沒有開發(fā)民用市場(chǎng)。另外，GLONASS衛(wèi)星平均在軌壽命較短，由于俄羅斯航天局經(jīng)費(fèi)困難，無力補(bǔ)網(wǎng)，導(dǎo)致軌道衛(wèi)星不能獨(dú)立組網(wǎng)，只能與GPS聯(lián)合使用。致使使用精度大大下降。
2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)俄羅斯產(chǎn)生了相當(dāng)大的震動(dòng)，迫使俄羅斯領(lǐng)導(dǎo)層再次對(duì)太空的軍事用途重視起來。普京總統(tǒng)曾強(qiáng)調(diào)，出于國家安全戰(zhàn)略的考慮，俄羅斯應(yīng)該使用本國的“格魯納斯”系統(tǒng)，而非美國的GPS或者是歐洲的“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)。俄羅斯正在著手GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)代化改進(jìn)工作，新一代“GLONASS-M”型導(dǎo)航衛(wèi)星已陸續(xù)投入發(fā)射，開始使用。
日前俄羅斯官方宣布，從2007年起，俄全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“格洛納斯”將全面啟動(dòng)民用商業(yè)服務(wù)計(jì)劃，“格洛納斯”系統(tǒng)為俄羅斯公民提供不限制精度的導(dǎo)航定位服務(wù)，將有助于促進(jìn)民用衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)的發(fā)展。為“格洛納斯”帶來新的生機(jī)，軍轉(zhuǎn)民計(jì)劃有望使GLONASS獲得新的生機(jī)。
2015年，“格洛納斯”系統(tǒng)實(shí)際在軌衛(wèi)星達(dá)17顆，到2007年底，“格洛納斯”系統(tǒng)將覆蓋整個(gè)俄羅斯，屆時(shí)該系統(tǒng)衛(wèi)星總數(shù)將增加到18顆；而到2009年末，該系統(tǒng)衛(wèi)星總數(shù)將增加到24顆，真正實(shí)現(xiàn)全球定位導(dǎo)航。屆時(shí)，GLONASS系統(tǒng)將具備與美國GPS系統(tǒng)相抗衡的實(shí)力。
系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1．GLONASS系統(tǒng)概述1982年，俄羅斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS的第一顆衛(wèi)星升空，從此開始應(yīng)用于測(cè)量與導(dǎo)航領(lǐng)域。
2．GLONASS定位技術(shù)GLONASS的定位技術(shù)與GPS相同，即以精確的定時(shí)和衛(wèi)星量程計(jì)算為基準(zhǔn)來進(jìn)行。
3．GPS與GLONASS系統(tǒng)比較GPS和GLONASS系統(tǒng)有很多相似之處，但很明顯GLONASS努力采用較少的衛(wèi)星數(shù)量。
伽利略系統(tǒng)
歐洲全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ European globalnavigation satellite systems, E-GNSS）就是 Galileo。Galileo 笫 1、2 顆試驗(yàn)衛(wèi)星 GIOV-A 和 GIOV-B 已于 2005 年和 2008 年發(fā)射升空，目的是考證關(guān)鍵技術(shù)，其后有 4 顆工作衛(wèi)星發(fā)射，驗(yàn)證 Galileo 的空間段和地面段的相關(guān)技術(shù)。在軌驗(yàn)證（design andon-orbit verification, IOV）階段完成后，其他衛(wèi)星的部署進(jìn)一步展開，計(jì)劃 2018-2020 年達(dá)到 24 顆衛(wèi)星構(gòu)成的完全運(yùn)行能力（ full operationalcapability, FOC）。
Galileo 也由空間段、運(yùn)控段和用戶段組成。星座有 24 顆衛(wèi)星分置于 3 個(gè)中圓地球軌道面內(nèi)。Galileo 信號(hào)工作的主要頻段為 E1、E5 及 E6 3 個(gè)。它們各自發(fā)射獨(dú)立的信號(hào)，發(fā)射的中心頻率分別為：1575.42、1191.795 和 1278.75 MHz。其中，E5 又分為 E5a 和 E5b 2 個(gè)子信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)與 GPS的兼容互操作，Galileo 的 E1 和 E5a 2 個(gè)信號(hào)的中心頻率與 GPS 的 L1 和 L5 相互重合。出于同樣的兼容互操作目的，Galileo 的 E5b 與 GLONASS 的G3 信號(hào)中心頻率重合。
Galileo 雖然提供的信息仍還是位置、速度和時(shí)間，但是 Galileo 提供的服務(wù)種類遠(yuǎn)比之前多 GPS 多，GPS 僅有民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）和軍用的精密定位服務(wù)（PPS）2 種，而 Galileo 則提供 5 種服務(wù)，這就是：①公開服務(wù)（open service,OS），與 GPS的 SPS 相類似，免費(fèi)提供；②生命安全服務(wù)（safetyof life service, SoLS）；③商業(yè)服務(wù)（ commercialservice, CS）；④公共特許服務(wù)（ public regulatedservice, PRS ）； ⑤ 搜 救 服 悟（ search and rescuesupport service,SAR）。以上所述的前 4 種是 Galileo的核心服務(wù)，最后 1 種則是支持搜救衛(wèi)星服務(wù)（ search and rescue satellite-aided tracking,SARSAT）。由于生物服務(wù)的實(shí)際運(yùn)作有難度，近些年來已經(jīng)不太提及。即使這樣，Galileo 服務(wù)還是種類較多且獨(dú)具特色，它能提供完好性廣播、服務(wù)保證，以及民用控制和局域增強(qiáng)。
Galileo 的公開服務(wù)提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)免費(fèi)服務(wù)，供大眾導(dǎo)航市場(chǎng)應(yīng)用。生命安全服務(wù)可以同國際民航組織（International Civil Aviation Organization,ICAO）標(biāo)準(zhǔn)和推薦條款（standards and recommendedpractices, SARPS）中的“垂直制導(dǎo)方法”相比擬，并提供完好性信息。商業(yè)服務(wù)是對(duì)公開服務(wù)的 1 種增值服務(wù)，它具備加密導(dǎo)航數(shù)據(jù)的鑒別認(rèn)證功能，為測(cè)距和授時(shí)專業(yè)應(yīng)用提供有保證的服務(wù)承諾。公共特許服務(wù)是為歐洲/國家安全應(yīng)用專門設(shè)置的，是特許的或關(guān)鍵的應(yīng)用，以及具有戰(zhàn)略意義的活動(dòng)，其衛(wèi)星信號(hào)更為可靠耐用，受成員國控制。 Galileo 提供的公共服務(wù)定位精度通常為15~20 m（單頻）和 5~10 m（雙頻）2 種檔次。公共特許服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)能達(dá)到 1 m，商用服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)為 10 cm~1 m。
Galileo系統(tǒng)總投資達(dá)35億歐元的伽利略計(jì)劃是歐洲自主的、獨(dú)立的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理，可以進(jìn)行覆蓋全球的導(dǎo)航和定位功能。
歐盟發(fā)展“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以減少歐洲對(duì)美國軍事和技術(shù)的依賴，打破美國對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)的壟斷。法國總統(tǒng)希拉克曾表示，沒有“伽利略”計(jì)劃，歐洲“將不可避免地成為附庸，首先是科學(xué)和技術(shù)，其次是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)”。它是第一個(gè)民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其配置、頻率分布、信號(hào)設(shè)計(jì)、安全保障及其多層次、多方位的導(dǎo)航定位服務(wù)特點(diǎn)，使得它的性能比GPS系統(tǒng)更為先進(jìn)、高效和可靠；它保障了全球完整性的監(jiān)控、航空和航海的安全以及服務(wù)的不間斷，特別是提供了公開、生命安全、商業(yè)、官方控制和搜救服務(wù)，極大地滿足了全球各類用戶的需求。預(yù)計(jì)其應(yīng)用市場(chǎng)和效益十分巨大。
“伽利略”計(jì)劃是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案?！百だ浴毙l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建立將于2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發(fā)射30顆衛(wèi)星，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補(bǔ)衛(wèi)星。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。該系統(tǒng)除了30顆中高度圓軌道衛(wèi)星外，還有2個(gè)地面控制中心。
歐盟伽利略計(jì)劃的首顆衛(wèi)星在2005年12月28日升空，第二顆衛(wèi)星預(yù)計(jì)在2015年發(fā)射。由于伽利略計(jì)劃采用歐盟公共機(jī)構(gòu)和聯(lián)盟內(nèi)私營企業(yè)合營的方式，而各國私營企業(yè)遲遲未就權(quán)利和利益分配達(dá)成妥協(xié)。歐盟相關(guān)發(fā)言人承認(rèn)，由于上述問題的存在，伽利略系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行的時(shí)間已經(jīng)被推遲到了2011年甚至更晚。
作為一個(gè)大型戰(zhàn)略性國際合作項(xiàng)目，伽利略計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)展關(guān)乎多方利益。到目前為止，歐盟已經(jīng)與中國、以色列、美國、烏克蘭、印度、摩洛哥和韓國分別簽署了合作開發(fā)協(xié)議，并正在與阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、馬來西亞、加拿大以及澳大利亞等國進(jìn)行合作談判。中國是最早與歐盟簽訂伽利略計(jì)劃合作協(xié)議的非歐盟國家，承諾的投資總額達(dá)2億歐元?？梢哉f，作為歐盟日益重要的全球合作伙伴之一，中國參與伽利略計(jì)劃是中歐雙方共同的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略利益需要。
與美國的“全球定位系統(tǒng)”(GPS)相比，建成后的伽利略系統(tǒng)將具備至少3方面優(yōu)勢(shì)：首先，其覆蓋面積將是GPS系統(tǒng)的兩倍，可為更廣泛的人群提供服務(wù)；其次，其地面定位誤差不超過1米，精確度要比GPS高5倍以上，用專家的話說，“GPS只能找到街道，而伽利略系統(tǒng)則能找到車庫門”；第三，伽利略系統(tǒng)使用多種頻段工作，在民用領(lǐng)域比GPS更經(jīng)濟(jì)、更透明、更開放。伽利略計(jì)劃一旦實(shí)現(xiàn)，不僅可以極大地方便歐洲人的生活，還將為歐洲的工業(yè)和商業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的是，歐洲將從此擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這不僅有助于打破美國GPS系統(tǒng)的壟斷地位，在全球高科技競(jìng)爭(zhēng)浪潮中奪取有利位置，更可以為建設(shè)夢(mèng)想已久的歐洲獨(dú)立防務(wù)創(chuàng)造條件。
2.Galileo系統(tǒng)的選擇與挑戰(zhàn)如何開發(fā)Galileo系統(tǒng)最終將在2000年下半年的歐洲交通運(yùn)輸部長(zhǎng)會(huì)議上作出決定。
3.Galileo系統(tǒng)的性能Galileo系統(tǒng)提供3種等級(jí)的性能：·全球·地區(qū)·局域。
4.Gaiaieo系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型系統(tǒng)還定義了3種類型的業(yè)務(wù)：·開放接入業(yè)務(wù)（OAS）?！ひ活惪刂平尤霕I(yè)務(wù)（CAS1）·二類控制接入業(yè)務(wù)（CAS2）。
5．Galileo系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)Galileo系統(tǒng)的星座可由9顆靜止衛(wèi)星與21顆中軌道（MEO）衛(wèi)星或者完全由30顆MEO衛(wèi)星組成。
6.Galileo系統(tǒng)與GPS和GLONASS的兼容性射頻兼容性對(duì)于實(shí)現(xiàn)三個(gè)系統(tǒng)的互操作至關(guān)重要：系統(tǒng)不能相互干擾或降低接收機(jī)的性能。
作為全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),Gialleo的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)，以及運(yùn)輸、鐵路、航空、農(nóng)業(yè)、海事、工程建設(shè)、能源等領(lǐng)域。
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作者
