浅析全球四大定位系统说起卫星定位导航系统,人们就会想到GPS ,但是现在众多卫星定位导航系统也逐渐兴起当前,在这一领域最吸引人眼球的要数美国的GPS 卫星导航系统;此外,还有俄罗斯的“ 格洛纳斯 ” 导航卫星系统,欧盟的“ 伽利略 ” 导航卫星系统,以及我国自主开发的 “ 北斗 ” 导航卫星系统,它们并称“全球四大定位系统”美国 GPS 系统GPS (Global Position System)全球定位系统是目前最成熟的卫星定位导航系统它是美国从上世纪70 年代开始研制,历时20 年,耗资近200 亿美元,于1994 年全面建成的新一代卫星导航与定位系统GPS利用导航卫星进行测时和测距,具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程如今, GPS已经成为当今世界上最实用,也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统GPS全球定位系统由空间系统、地面控制系统和用户系统三大部分组成其空间系统由 21 颗工作卫星和3 颗备份卫星组成,分布在20200 千米高的6 个轨道平面上,运行周期12 小时地球上任何地方任一时刻都能同时观测到4 颗以上的卫星。
地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制用户系统为各种用途的GPS 接收机,通过接收卫星广播信号来获取位置信息,该系统用户数量可以是无限的GPS 全球定位系统是美国为军事目的而建立的1983 年一架民用飞机在空中因被误以为是敌军飞机而遭击落后,美国承诺GPS 免费开放供民间使用美国为军用和民用安排了不同的频段,并分别广播了P 码和 C/A 码两种不同精度的位置信息目前美国军用 GPS 精度可达1 米,而民用GPS 理论精度只有10 米左右特别地,美国在90 代中期为了自身的安全考虑,在民用卫星信号上加入了SA (Selective Availability),进行人为扰码,这使得一般民用GPS 接收机的精度只有100 米左右 2000 年 5 月 2日,SA 干扰被取消,全球的民用GPS 接收机的定位精度在一夜之间提高了许多,大部分的情况下可以获得10 米左右的定位精度美国之所以停止执行SA 政策,是由于美国军方现已开发出新技术,可以随时降低对美国存在威胁地区的民用GPS 精度,所以现在这种高精度的GPS 技术才得以向全球免费开放使用受应用需求的刺激,民用 GPS 技术蓬勃发展, 出现了DGPS(差分 GPS )、WAAS(地面广播站型态的修正技术)等技术,进一步提高民用GPS 的应用精度。
2005 年,美国开始发射新一代GPS 卫星,开始提供第二个民用波段未来还将提供第三,第四民用波段随着可用波段的增加,新卫星陆续使用,GPS定位系统的精度和稳定性都比过去更理想,这必将大大拓展GPS 应用与消费需求此外新卫星也提供更优秀的军用支持能力,当然这只对美国军方及其盟友有益美国利用GPS 获得了巨大的经济利益,多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润以GPS 为代表的卫星导航定位应用产业,已成为八大无线电子产业之一虽然 GPS 已广泛应用,但也绝非完美无缺例如,其规模太大、造价太高,其它国家很难效仿; GPS只能导航,无法通信,因而不能满足日益增长的用户需求;如果仅依赖GPS ,则容易受美国控制为了提高国防安全,以及从广阔的导航市场获取利益,一些有能力的国家建设了自己的卫星导航系统俄罗斯“ 格洛纳斯 ” GLONASS“ 格洛纳斯 ”GLONASS是前苏联从80 年代初开始建设的与美国GPS 系统相类似的卫星定位系统,覆盖范围包括全部地球表面和近地空间,也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成虽然“ 格洛纳斯 ” 系统的第一颗卫星早在1982年就已发射成功,但受苏联解体影响,整个系统发展缓慢。
直到1995 年,俄罗斯耗资30 多亿美元,才完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作目前此卫星网络由俄罗斯国防部控制GLONASS系统由24 颗卫星组成,原理和方案都与GPS 类似 ,不过,其24 颗卫星分布在3 个轨道平面上,这3 个轨道平面两两相隔120° ,同平面内的卫星之间相隔45° 每颗卫星都在19100千米高、 64.8 ° 倾角的轨道上运行,轨道周期为11 小时 15分钟地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内俄罗斯自称,多功能的GLONASS系统定位精度可达1 米,速度误差仅为15 厘米 /秒如果需要,该系统还可用来为精确打击武器制导俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策GLONASS一开始就没有加SA 干扰,所以其民用精度优于加SA 的 GPS 不过, GLONASS应用普及情况则远不及GPS ,这主要是俄罗斯并没有开发民用市场另外,GLONASS卫星平均在轨寿命较短,由于俄罗斯航天局经费困难,无力补网,导致轨道卫星不能独立组网,只能与 GPS 联合使用致使实用精度大大下降2003年的伊拉克战争对俄罗斯产生了相当大的震动,迫使俄罗斯领导层再次对太空的军事用途重视起来。
普京总统曾强调,出于国家安全战略的考虑,俄罗斯应该使用本国的 “ 格鲁纳斯 ” 系统,而非美国的GPS 或者是欧洲的“ 伽利略 ” 导航系统俄罗斯正在着手 GLONASS系统的现代化改进工作,新一代 “GLONASS-M” 型导航卫星已陆续投入发射,开始使用日前俄罗斯官方宣布,从2007年起,俄全球卫星导航系统“ 格洛纳斯 ” 将全面启动民用商业服务计划,“ 格洛纳斯 ” 系统为俄罗斯公民提供不限制精度的导航定位服务,将有助于促进民用卫星导航市场的发展为“ 格洛纳斯 ” 带来新的生机,军转民计划有望使GLONASS获得新的生机目前, “ 格洛纳斯 ” 系统实际在轨卫星达17 颗,到2007 年底, “ 格洛纳斯 ” 系统将覆盖整个俄罗斯,届时该系统卫星总数将增加到18 颗;而到2009 年末,该系统卫星总数将增加到24 颗,真正实现全球定位导航届时,GLONASS系统将具备与美国GPS系统相抗衡的实力欧盟“ 伽利略 ” GALILEO 卫星定位系统总投资达35亿欧元的伽利略计划是欧洲自主的、独立的民用全球卫星导航系统,提供高精度,高可靠性的定位服务,实现完全非军方控制、管理,可以进行覆盖全球的导航和定位功能。
欧盟发展 “ 伽利略 ” 卫星定位系统可以减少欧洲对美国军事和技术的依赖,打破美国对卫星导航市场的垄断法国总统希拉克曾表示,没有“ 伽利略 ” 计划,欧洲 “ 将不可避免地成为附庸,首先是科学和技术,其次是工业和经济” 伽利略 ” 计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案 伽利略 ” 卫星导航定位系统的建立将于 2007 年底之前完成,2008 年投入使用,总共发射30 颗卫星,其中27 颗卫星为工作卫星,3 颗为候补卫星卫星高度为24126 公里,位于3 个倾角为56 度的轨道平面内该系统除了30 颗中高度圆轨道卫星外,还有2 个地面控制中心欧盟伽利略计划的首颗卫星在2005 年 12 月 28 日升空,第二颗卫星预计在今年发射由于伽利略计划采用欧盟公共机构和联盟内私营企业合营的方式,而各国私营企业迟迟未就权利和利益分配达成妥协欧盟相关发言人承认,由于上述问题的存在,伽利略系统实现商业运行的时间已经被推迟到了2011 年甚至更晚作为一个大型战略性国际合作项目,伽利略计划的实施进展关乎多方利益到目前为止,欧盟已经与中国、以色列、美国、乌克兰、印度、摩洛哥和韩国分别签署了合作开发协议,并正在与阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、马来西亚、加拿大以及澳大利亚等国进行合作谈判。
中国是最早与欧盟签订伽利略计划合作协议的非欧盟国家,承诺的投资总额达2 亿欧元可以说,作为欧盟日益重要的全球合作伙伴之一,中国参与伽利略计划是中欧双方共同的经济和战略利益需要与美国的 “ 全球定位系统”(GPS) 相比, 建成后的 伽利略系统将具备至少3 方面优势:首先,其 覆盖面积将是GPS 系统的两倍 ,可为更广泛的人群提供服务;其次,其地面定位误差不超过1 米,精确度要比GPS 高 5 倍以上,用专家的话说,“GPS只能找到街道,而伽利略系统则能找到车库门” ;第三, 伽利略系统使用多种频段工作,在民用领域比GPS 更经济、更透明、更开放伽利略计划一旦实现,不仅可以极大地方便欧洲人的生活,还将为欧洲的工业和商业带来可观的经济效益更重要的是,欧洲将从此拥有自己的全球卫星定位系统,这不仅有助于打破美国GPS 系统的垄断地位,在全球高科技竞争浪潮中夺取有利位置,更可以为建设梦想已久的欧洲独立防务创造条件中国自主开发北斗导航系统(Compass Navigation Satellite System)2003 年 5 月 25 日,我国成功地将第三颗“ 北斗一号 ” 导航定位卫星送入太空。
前两颗“ 北斗一号 ” 卫星分别于2000 年 10 月 31 日和 12 月 21 日发射升空,第三颗发射的是导航定位系统的备份星,它与前两颗“ 北斗一号 ” 工作星组成了完整的卫星导航定位系统,确保全天候、全天时提供卫星导航信息这标志着我国成为继美国全球卫星定位系统(GPS) 和前苏联的全球导航卫星系统(GLONASS) 后,在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家,我国的 “ 北斗一号 ” 卫星导航系统是一种“ 双星快速定位系统” 突出特点是构成系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站 北斗一号 ” 卫星定位系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统系统的主要功能是:1、定位 :快速确定用户所在地的地理位置,向用户及主管部门提供导航信息2、通讯 :用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向短数字报文通信3、授时 :中心控制系统定时播发授时信息,为定时用户提供时延修正值 北斗一号 ” 的覆盖范围是北纬5° 一 55° ,东经 70° 一 140° 之间的心脏地区,上大下小,最宽处在北纬35° 左右。
其定位精度为水平精度100 米,设立标校站之后为20 米(类似差分状态 )工作频率:2491.75MHz系统能容纳的用户数为每小时540000 户2007 年 2 月 3 日零时 28 分,我国在西昌卫星发射中心用“ 长征三号甲 ” 运载火箭,成功将北斗导航试验卫星送入太空这是我国发射的第四颗北斗导航试验卫星,从而拉开了建设 “ 北斗二号 ” 卫星导航系统的序幕2007 年 4 月 14 日,我国又将成功将第五颗“ 北斗 ” 导航卫星送入太空 北斗 ” 导航卫星系统是世界上第一个区域性卫星导航系统,可全天候、全天时提供卫星导航信息与其它全球性的导航系统相比,它能够在很快的时间内建成,用较少的经费建成并集中服务于核心区域,是十分符合我国国情的一个卫星导航系统 北斗 ”导航定位卫星工程投资少,周期短;将导航定位、双向数据通信、精密授时结合在一起,因而有独特的优越性中国正大力建设“ 北斗 ” 卫星导航系统,计划在2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求,并进行系统组网和试验,2010年逐步扩展为全球卫星导航系统 北斗 ” 卫星导航系统除了在我国国家安全领域发挥重大作用外,还将服务于国家经济建设,提供监控救援、信息采集、精确授时和导航通讯等服务。
可广泛应用于船舶运输、公路交通、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文测报、森林防火、环境监测等众多行业卫星导航进入争霸格局卫星导航系统是重要的空间基础设施,为人类带来了巨大的经济效益和社会效益,涉及政治、经济、军事等领域,对维护国家利益具有重大意义中国作为发展中国家,拥有广阔的领土和海域,有必要也有能力拥有自己的全球卫星定位系统我国政府高度重视卫星导航系统的建设,努力探索和发展拥有自主知识产权的全球卫星导航定位系统目前,世界上只有少数国家具备自主建设卫星导航系统的能力,正。