我国及世界各国导航卫星发展状况综述
China and the world of the development of navigation
satellite
摘要：随着当代科技技术的提高，越来越多新兴产业占据了市场的主导作用，
特别是卫星技术的发展。作为航天技术的产物，导航卫星技术渐渐的在民用和军
用领域中起到了决定性的作用。与此同时，在测绘领域，新兴的卫星导航技术渐
渐的取代了传统的测量方式，不仅方便快捷，而且更加精确。目前世界上采用的
关键词： GPS GLONASS 伽利略全球卫星导航定位系统“北斗一号”导航系
统
一、GPS全球定位系统
GPS全球定位系统是英文Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR／GPS的简称它的含义是：利用导航
卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。
GPS是以卫星为基础的第二代精密卫星导航与定位系统。第一代是子午卫星
导航与定位系统。
全球定位系统(GPS)包括三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和
用户设备部分。
GPS全球定位系统GPS全球定位系统是美国从1973年开始研制的，历时20年，耗资200亿美元，在进行了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发
射正式工作卫星，并于1993年12月全部建成并投入使用。具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的
三维坐标、速度和时间。
GPS全球定位系统的特点如下：
1)定位精度高采用载波相位进行相对定位，精度可达10～。实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10一，100～500km可达10_’，1000km以上
可达10～。在300～1500km工程精密定位中，1小时以上观测的平面位置误差小
于1mm，其边长较差最大为晚5mm，较差中误差为0．3mm。
2)快速、省时、高效率20km以内相对静态定位，仅需2D分钟；快速静态相
对定位时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需2
分钟；动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2分钟，然后可随时定位，
每站观测仅需几秒钟。
3)测站间无需通视GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空无遮挡
即可，对GPS网的几何图形
4)可提供三维坐标GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标。
5)操作简便随着GPS信号接收机的进一步改进，自动化程度越来越高，体积
越来越小，重量越来越轻，可极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。
6)全天候全球覆盖性作业由于GPS卫星有24颗，且分布合理，在地球上任何地点、任何时刻均可连续同步观测到4颗以上卫星，因此在任何地点、任何时间均可进行GPS测量。GPS测量不受白天黑夜、刮风下雨等天气的影响。
7)应用广泛，功能多GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。GPS的应用：
(1)GPS应用于导航：主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。船舶远洋导航和进港引导；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通信终端(与手机、PDA、电子地图等集成一体)。
(2)GPS应用于授时校频GPS时间系统：GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正时间系统。采用协调世界时UTC(USNo／MC)为参考基准。北斗手机号定位
(3)GPS应用于高精度测量：各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测；GIS数据动态更新；工程机械(轮胎吊、推土机等)控制；精细农业等。
二、GLONASS定位系统
全球导航系统(Global Orbiting Navigation Satellite System)，简称GLONASS，它是苏联研制建立的，1982年10月开始发射的导航卫星系统。于1996年1月开始运行。GLONASS的主要作用是实现全球、全天候的实时导航与定位。目前，GLONASS由俄罗斯负责。
GLONASS系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
1)空间段，GLONASS星座由分布于3个轨道面内的24颗卫星组成，每个轨道面内的8颗卫星间隔15。，轨道面相对赤道面倾角为64．8。，轨道高度约为19100km，卫星轨道周期近似为11小时16分。目前(截至2010年9月)有22颗GLONASS卫星在轨工作。
2)地面段GLONASS地面运控系统由分布于俄罗斯境内的1个主控站(SCC)、10个监测站(MS)和1个遥测遥控站(TT&C)组成，10个监测站中3个具有上行注入站功能，2个具有激光测距站(SLR)功能，4个具有遥测遥控功能。不同于GPS 系统，GLONAss系统采用频分多址模式发送导航信号，定轨则采用以L波段伪码测距为主、激光为辅的方式。苏联解体后，乌克兰和哈萨克斯坦境内的控制站不再参与GLOANSS系统的保障工作，所有任务由俄罗斯境内的控制站承担。
3)用户段由于GLONASS系统一直运行得不是特别的稳定可靠，因此单独使用GLONASS星座组成NASS
系统的接收机较少，而GPS／GLONSS系统组合的接收机较多，特别是在高精度测量、授时等领域组合型接收机较多，如TAHLAS公司的GG24双模接收机，JAVAD公司的LEXOMGGD、JAVAD-JNSl00GPSGLONASS接收机，TOPCON公司的HiPerProRTK接收机
俄国将来打算对GLONASS计划作许多变更，这些变更包括地面支持段的改进、用差分服务增强该系统以及空间段的改进。
三、伽利略全球卫星导航定位系统
统该系统是按照欧洲委员会的提案，并由欧洲航天局合作开发建成的。它的全称为欧盟伽利略全球卫星导航定位系统，简称为Galileo。它将由30颗轨道
卫星组成。参加该系统合作开发的国家有欧盟、中国、印度、以列及加拿大等国。规划从2005年到2008年全部卫星发射完毕，并及时投入运营。
GALILEO系统的优越性GALILEO系统与美、俄的导航卫星系统不同，美国的GPS能，为军事用户提供精度为10m、为民事用户提供精度为100ITI两种信号，而俄罗斯的GLONASS只提供一种精度为10m的军民两用信号。GALILEO更多用于民用，可为地面用户提供三种信号：免费使用的信号、加密且需交费使用的信号、加密且需满足更高要求的信号。其精度依次提高，最高精度比GPS高10倍，定位精度可达
到厘米级，即使是免费使用的信号精度也达到6m。通过GALILEO系统，汽车和火车可以在没有司机的情况下自动行驶；飞机能在任何机场降落；轮船即使在大雾中也可以安全航行。如果说GPS只能到街道，而利用GALILEO 系统则可到车库门。除了能提供精确的定位信号以外，GALILEO系统还可为移动电话业务服务，用于救生行动，如接收到失事飞机的求救信号后快速通知附近的救援部门。这些都是GPS望尘莫及的，因而对GPS提出了强有力的挑战。
GALILEO计划是欧洲旨在建设独立于美国GPS的一项全球卫星导航定位系统计划。欧空局及其成员国法国是该计划的最积极倡导者。“伽利略”系统可与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS兼容，但比后两者更安全、更准确，即导航精度和可靠性明显提高，无论在密集的居民区或深山沟都能收到高质量的信号。GALILEO 计划完成后，可以使欧洲拥有自己的卫星定位系统，为公路、铁路、空中和海上交通运输工具提供有保障的导航定位服务，获得工业和商业效益。另外，经过调研与评估，从2005年到2023年期间，欧洲预计可从伽利略计划获得总共2850亿欧元的市场规模，其中卫星导航终端设备的欧洲市场潜力为1220亿欧元，卫星导航服务的欧洲市场潜力为1130亿欧元，出口市场规模为500亿欧元。欧盟相信这一巨大的市场规模将会对欧洲的私人投资者产生很大的吸引力。
GALILEO系统是一个以民用为主的导航系统，它的建立和发展将满足欧洲经济、科学和战略的需要，为整个欧洲安全体系的建立提供基础，打破卫星导航领域美、俄垄断的格局，将为欧洲带来巨大的直接和间接效益，为2l世纪欧洲工业界在高技术领域的发展提供重要机遇。
四、“北斗一号”导航系统
“北斗一号”卫星导航定位系统是我国自行研制的导航定位系统，也称为双星区域导航定位系统，它是一个全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统，该系统覆盖范围为东经700～145。，北纬5。～55。，可以无缝覆盖我国全部本土和周边海域，在中国全境范围内具有良好的导航定位可用性。
北斗一号”定位系统又被称为双星定位系统，它由1个地面控制中心站、若干个地面监测站和2颗位于地球赤道上空的同步轨道卫星所组成。2颗同步轨道卫星于2000年底发射，分别定点于东经80。和140。，2003年6月又发射了1颗备用卫星。其服务范围包括中国大陆、台湾、南沙及其岛屿、中国海和日本海、太平洋部分海域及我国部分周边地区。
“北斗一号”定位系统-仁作模式为有源定位模式，它提供低动态或静止定位服务，此外，“北斗一号”卫星定位系统还可以向用户提供授时服务和简短数字报文通信服务。
系统的特点与优势：
(1)“北斗一号”卫星导航定位系统是我国自主开发并已成功投入应用的卫星导航定位系统，它完全独立于美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统，不受任何限制，
具有很强的可用性。
(2)与目前现有卫星导航系统相比，“北斗”系统不依赖任何其他通信手段而很容易地实现系统组网，还可同时进行数据通信，非常适合于偏远地区和其他通信网络覆盖不到的地区。
(3)覆盖范围广，“北斗”系统覆盖了东经70。～145。，北纬5。～55。的广大区域，完全可满足我国及周边国家的应用需要。
(4)性价比高。
“北斗一号”导航定位系统是我国自主建立发展起来的，从卫星的制造到利用运载火箭发射卫星上天，都是我国的航天部门一手打造的。尽管“北斗一号”只有两颗卫星，无法达到美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统的功能，实现不了三维的实时定位，精度和覆盖范围方面也不理想，但它毕竟是我国开发自己的卫星导航定位系统的一个尝试。
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