淺析全球四大定位系統(tǒng)

1、淺析全球四大定位系統(tǒng)說(shuō)起衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，人們就會(huì)想到 GPS，但是現(xiàn)在眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)也 逐漸興起。當(dāng)前，在這一領(lǐng)域最吸引人眼球的要數(shù)美國(guó)的 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；此外， 還有俄羅斯的“格洛納斯”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，歐盟的“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，以及我國(guó)自主 開發(fā)的“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，它們并稱“全球四大定位系統(tǒng)”。美國(guó)GPS系統(tǒng)GPS(Global Position System)全球定位系統(tǒng)是目前最成熟的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。 它是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資近200億美元，于1994年全面 建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 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

2、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(guó)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(lái)獲取位置信息，該系統(tǒng)用戶數(shù)量可以是無(wú)限的。GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)為軍事目的而建立的。1983年一架民用

3、飛機(jī)在空中因被 誤以為是敵軍飛機(jī)而遭擊落后，美國(guó)承諾GPS免費(fèi)開放供民間使用。美國(guó)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。日前美 國(guó)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(guó)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 (Selective Availability)，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(guó)之所以停止執(zhí)行 SA政策，是由于

4、美 國(guó)軍方現(xiàn)已開發(fā)出新技術(shù)，可以隨時(shí)降低對(duì)美國(guó)存在威脅地區(qū)的民用GPS精度，所以現(xiàn)在這種高精度的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(guó)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(lái)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(guó)軍方及其盟友有益。美國(guó)利用GPS獲得了

5、巨大的經(jīng)濟(jì)利益，多年來(lái)在出售信號(hào)接收設(shè)備方面賺取了巨 額利潤(rùn)。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，已成為八大無(wú)線電子產(chǎn)業(yè)之一。雖 然GPS已廣泛應(yīng)用，但也絕非完美無(wú)缺。例如，其規(guī)模太大、造價(jià)太高，其它國(guó)家很 難效仿；GPS只能導(dǎo)航，無(wú)法通信，因而不能滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求；如果僅依賴 GPS，則容易受美國(guó)控制。為了提高國(guó)防安全，以及從廣闊的導(dǎo)航市場(chǎng)獲取利益，一些 有能力的國(guó)家建設(shè)了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。俄羅斯“格洛納斯” GLONASS“格洛納斯”GLONASS是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國(guó)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

6、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。日前此衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由俄羅斯國(guó)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

7、差僅為15厘米/秒。如果需要，該系統(tǒng)還可用來(lái)為精確打擊 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(wú)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。致使實(shí)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(lái)。普京總統(tǒng)曾強(qiáng)調(diào)，出于國(guó)家安全戰(zhàn)略的考慮，俄羅斯應(yīng)該使用 本國(guó)的“

8、格魯納斯”系統(tǒng)，而非美國(guó)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(lái)新的生機(jī)，軍轉(zhuǎn)民計(jì)劃有望使 GLONASS獲得新的生機(jī)。日前，“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，

9、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(guó)GPS 系統(tǒng)相抗衡的實(shí)力。歐盟“伽利略” GALILEO衛(wèi)星定位系統(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(guó)軍事和技術(shù)的依賴，打破美國(guó) 對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)的壟斷。法國(guó)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) ”?！百だ浴庇?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

10、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)在今年發(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(yíng)企業(yè)合營(yíng)的方式，而各國(guó)私營(yíng)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(guó)際合作項(xiàng)日，伽利略計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)展關(guān)乎

11、多方利益。到日前 為止，歐盟已經(jīng)與中國(guó)、以色列、美國(guó)、烏克蘭、印度、摩洛哥和韓國(guó)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(lái)西亞、加拿大以及澳大 利亞等國(guó)進(jìn)行合作談判。中國(guó)是最早與歐盟簽訂伽利略計(jì)劃合作協(xié)議的非歐盟國(guó)家，承 諾的投資總額達(dá)2億歐元?？梢哉f(shuō)，作為歐盟日益重要的全球合作伙伴之一，中國(guó)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(guó)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(shuō)，

12、“GPS只能找到 街道，而伽利略系統(tǒng)則能找到車庫(kù)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(lái)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(guó)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。中國(guó)自主開發(fā)北斗導(dǎo)航系統(tǒng) (Compass Navigation Satellite System )2003年5月25日，我國(guó)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)

13、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(guó)成為繼美國(guó)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(guó)家，我國(guó)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)日少、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

14、位系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能是：1、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、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、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 55，東經(jīng)70 140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(guó)在西呂衛(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

15、我國(guó)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，我國(guó)又將成功將第五顆 “北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空?！氨倍贰睂?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(guó)國(guó)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(guó)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(guó)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)

16、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(guó)國(guó)家安全領(lǐng)域發(fā)揮重大作用外，還將服務(wù)于國(guó)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)。衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)入爭(zhēng)霸格局衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，涉及政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域，對(duì)維護(hù)國(guó)家利益具有重大意義。中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，有必要也有能力擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。我國(guó)政府高度 重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，努力探索和發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)

17、航定位系 統(tǒng)。日前，世界上只有少數(shù)國(guó)家具備自主建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的能力，正在運(yùn)行的有美國(guó) 的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國(guó)參與的歐洲伽利略全球衛(wèi)星定位計(jì)劃也 正在緊鑼密鼓地進(jìn)行。為打破美國(guó)的壟斷，俄羅斯耗資30多億美元建起了自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) GLONASS（格洛納斯）。2002年，歐盟與其它國(guó)家合作開發(fā)了 “伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 此外，中國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)取得重大進(jìn)展。從日前的競(jìng)爭(zhēng)格局看，GPS無(wú)疑還占據(jù)著主導(dǎo)地位，但它的優(yōu)勢(shì)正逐步被其它3大系統(tǒng)所取代。從技術(shù)和應(yīng)用前景上看，四大系統(tǒng)各有優(yōu)劣，如果說(shuō)GPS勝在成熟，伽利略勝在精準(zhǔn)，那么格洛納斯的最大價(jià)值就在于抗

18、干擾能力強(qiáng)，而中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)則在于互動(dòng)性和開放性。與GPS相比，伽利略系統(tǒng)在許多方面具有優(yōu)勢(shì)，例如其衛(wèi)星數(shù)量多達(dá)30顆，其衛(wèi)星軌道位置比GPS高。伽利略可為地面用戶提供 3種類型的信號(hào)供選擇，其中包括免 費(fèi)信號(hào)、加密且需交費(fèi)才能使用的信號(hào)、加密且可以符合更高要求的信號(hào)。此外，伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(hào)的最高精度比 GPS高10倍，確定物體的誤差范圍 在1米之內(nèi)。正如有關(guān)專家所說(shuō)：“如今的GPS只能找到街道，而伽利略卻能找到車庫(kù) 的門?！倍砹_斯的格洛納斯由24顆衛(wèi)星組成，也是由軍方負(fù)責(zé)研制和控制的軍民兩用 導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)。盡管其民用定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干擾能力卻是最強(qiáng)的。中國(guó)自行研制生產(chǎn)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅具備在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所創(chuàng)新。北斗系統(tǒng)與其它 系統(tǒng)最大的不同，在于它不僅能使用戶知道自己的所在位置，還可以告訴別人自己的位 置