全球定位系统.doc

全球四大卫星导航系统 -俄罗斯“GLONASS、中国“北斗” 卫星导航定位系统的成功产生，促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。全球卫星导航业务一直被美国的GPS系统所垄断。该系统是目前最成功的卫星导航系统，在实际应用和产业化上处于国际垄断地位。欧盟国家为避免受制于美国，决心建造自己的卫星导航定位系统“伽利略”系统的进程。该系统如得以顺利实施，将彻底改变目前欧盟国家对美国GPS的依赖状况。目前其他国家也积极建设自己的导航定位系统。我国借鉴全球定位系统的经验，已开发我国第一、第二代卫星导航定位系统。目前，全球已投入运行的卫星导航定位系统主要有美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS以及我国的北斗双星系统，备受瞩目的欧盟“伽利略”卫星导航系统已于2005年底发射了第一颗实验卫星，欧盟委员会称,欧盟的伽利略卫星导航系统将从2014年起投入运营。俄罗斯GLONASS全球卫星导航系统 GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写。俄罗斯从l978年开始建设自己的卫星导航定位系统，它是继美国GPS系统之后又一个全天候、高精度的全球卫星导航定位系统。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。GLONASS空间部分在1996年完成，俄罗斯宣布GLONASS具备了全面工作能力。相关数据格洛纳斯系统使用24颗卫星实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。按照设计，格洛纳斯星座卫星由中轨道的24颗卫星组成，包括21颗工作星和3颗备份星，分布于3个圆形轨道面上，轨道高度19100千米，倾角64.8。和GPS系统不同，格洛纳斯系统使用频分多址(FDMA)的方式，每颗格洛纳斯卫星广播两种信号，L1和L2信号。具体地说，频率分别为L1=1602+0.5625*k(MHz)和L2=1246+0.4375*k(MHz)，其中 k为124为每颗卫星的频率编号，同一颗卫星满足L1/L2=9/7。格洛纳斯系统设计定位精度为在95%的概率条件下，水平向为100米，垂直向为150米。目前，格洛纳斯的定位精度有了很大提高，dL = 0.6m，dB = 2.1m，dH = 6.6m， HDOP = 0.9， PDOP = 1.9，GDOP = 2.2，见下图数据：系统组成GLONASS星座GLONASS星座由21颗工作星和3颗备份星组成， 所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。21颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度， 轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角56度。地面支持系统地面支持系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。地面支持系统的功能由前苏联境内的许多场地来完成。随着苏联的解体，GLONASS系统由俄罗斯航天局管理， 地面支持段已经减少到只有俄罗斯境内的场地了，系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科，遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城。用户设备GLONASS用户设备(即接收机)能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS系统提供军用和民用两种服务。GLONASS系统绝对定位精度水平方向为16米，垂直方向为25米。自身特点与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星（GPS是码分多址（CDMA），根据调制码来区分卫星）。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1,602+0.5625K(MHZ)和L2=1,246+0.4375K(MHZ)，其中K=124为每颗卫星的频率编号。所有GPS卫星的载波的频率是相同，均为L1=1575.42MHZ和L2=1227.6MHZ。GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。GLONASS卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，整量质量1400KG，设计轨道寿命5年。所有GLONASS卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。第一颗GLONASS卫星于1982年10月12日发射升空。到目前为止，共发射了80余颗GLONASS卫星，最近一次是2000年10月13日发射了三颗卫星。截止2001年1月10日为止尚有10颗GLONASS卫星正在运行。为进一步提高GLONASS系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用4年时间将其更新为GLONASS-M系统。内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的在轨寿命到8年；实现系统高的定位精度：位置精度提高到1015M，定时精度提高到2030NS，速度精度达到0.01M/S。另外，俄计划将系统发播频率改为GPS的频率，并得到美罗克威尔公司的技术支援。进展莫斯科时间2011年11月4日16时51分(北京时间20时51分)，俄罗斯航天部门使用一枚“质子-M”重型运载火箭，将3颗“格洛纳斯-M”全球导航卫星成功送入太空。俄航天署署长波波夫金说，该系统在轨卫星群已有28颗卫星，达到了设计水平。随着地面设施的发展，“格洛纳斯”系统预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5米至6米缩小为1米左右，就精度而言该系统将处于全球领先地位。应用范围卫星导航首先是在军事需求的推动下发展起来的，GLONASS与GPS一样可为全球海陆空以及近地空间的各种用户提供全天候、连续提供高精度的各种三维位置、三维速度和时间信息（PVT信息），这样不仅为海军舰船、空军飞机、陆军坦克、装甲车、炮车等提供精确导航；也在精密导弹制导、C3I精密敌我态势产生、部队准确的机动和配合、武器系统的精确瞄准等方面广泛应用。另外，卫星导航在大地和海洋测绘、邮电通信、地质勘探、石油开发、地震预报、地面交通管理等各种国民经济领域有越来越多的应用。GLONASS的出现，打破了美国对卫星导航独家笼断的地位，消除了美国利用GPS施以主权威慑给用户带来的后顾之忧，GPS/GLONASS兼容使用可以提供更好的精度几何因子，消除GPS的SA影响，从而提高定位精度。发展前景Glonass-K卫星是完全基于非压力式平台的新型卫星， 使用寿命达到十年，该型号卫星完成后，Glonass系统将与GPS不相上下，用户可以使用两套系统。系统目前使用的卫星为两种型号卫星Glonass卫星与其升级型号Glonass-M。Glonass-M卫星使用寿命更长，为七年，装有先进的天线馈电系统，并为民用客户增加了一个额外的导航频率。Glonass系统为军民两用而设计，可使用户实时标明位置。在2007联邦预算中共分配给Glonass 3.8亿美元，2006年则为1.81亿美元。北斗卫星导航系统（Compass）北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗现状日期火箭卫星轨道使用状况系统世代2000.10.31CZ-3A Y5北斗-1A废弃卫星轨道停止工作北斗一号2000.12.21CZ-3A Y6北斗-1B废弃卫星轨道停止工作2003.5.25CZ-3A Y7北斗-1C地球静止轨道 85.3E正常2007.2.3CZ-3A Y12北斗-1D废弃卫星轨道失效2007.4.14CZ-3A Y13北斗-M1中地球轨道21500km正常，测试星北斗二号2009.4.15CZ-3C Y3北斗-G235594 x 36036 km 漂移失效2010.1.17CZ-3C Y2北斗-G1地球静止轨道 140E正常2010.6.2CZ-3C Y4北斗-G3地球静止轨道 84E正常2010.8.1CZ-3A Y16北斗-I1倾斜地球同步轨道 倾角55正常2010.11.1CZ-3C Y5北斗-G4地球静止轨道 160E正常2010.12.18CZ-3A Y18北斗-I2倾斜地球同步轨道 倾角55正常2011.4.10CZ-3A Y19北斗-I3倾斜地球同步轨道 倾角55正常2011.7.27CZ-3A Y17北斗-I4倾斜地球同步轨道 倾角55正常2011.12.2CZ-3A Y23北斗-I5倾斜地球同步轨道 倾角55正常2012.2.25CZ-3C Y6北斗-G5地球静止轨道 58.5E正常2012.4.30CZ-3B Y14北斗-M3中地球轨道21500km正常2012.4.30CZ-3B Y14北斗-M4中地球轨道21332km正常2012.9.19CZ-3B Y15北斗-M5中地球轨道21332km正常2012.9.19CZ-3B Y15北斗-M6中地球轨道21332km正常2012.10.25CZ-3C Y北斗-G6地球静止轨道 110.5E四大功能短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息，可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。定位精度：水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统容纳的最大用户数：540000户/小时。自身特点1.）北斗具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。2.）北斗定位精度20米左右。3.）目前北斗终端价格已经趋于GPS终端价格。4.)采用接收终端不需铺设地面基站。5.）在灾难中心的船，只需一秒钟就可以发出信息。建设发展 建设计划“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。建设目标“北斗”导航定位系统已经有11颗卫星在轨运行，拥有12万军民用户。到2020年前，“北斗”导航定位系统卫星数量将达到30颗以上，导航定位范围也将由区域拓展到全球，其设计性能将与美国第三代GPS导航定位系统相当。随着“北斗”导航定位系统的建设发展，“北斗”导航应用即将迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇，也提出了新的要求。按照军地双方签署的协议，我国将在2015年前完成“北斗”导航产品标准、民用服务资质等法规体系建设，形成权威、统一的标准体系。同时在北京建设1个国家级检测中心，在全国按区域建设7个区域级授权检测中心，加快推动“北斗”导航检测认证进入国家认证认可体系，相关检测标准进入国家标准系列。建立起“北斗”导航检测认证体系，既是“北斗”系统坚持军民融合式发展的具体举措，也对创建“北斗”品牌，加速推进“北斗”产品的产业化、标准化起到重要作用。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，正在运行的有美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统，中国参与的欧洲伽利略全球卫星定位计划也正在紧锣密鼓地进行。 为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统GLONASS(格洛纳斯)。2002年，欧盟与其它国家合作开发了“伽利略”卫星导航系统。此外，中国自主研发的北斗卫星导航系统已经取得重大进展。 从目前的竞争格局看，GPS无疑还占据着主导地位，但它的优势正逐步被其它3大系统所取代。从技术和应此外，伽利略卫星定位系统信号的最高精度比GPS高10倍，确定物体的误差范围在1米之内。正如有关专家所说：“如今的GPS只能找到街道，而伽利略却能找到车库的门。”而俄罗斯的格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。尽管其民用定位精