全球导航卫星系统发展综述

全球导航卫星系统发展综述

一、概述

全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)

是现代科技的重要成果，对人类社会的发展产生了深远影响。这些系

统利用一组或多组卫星，通过发送和接收信号，实现全球范围内的精

确定位和时间同步。自20世纪后半叶以来，随着科技的飞速发展，

全球导航卫星系统经历了从初步构想到全面建设的漫长历程，逐步形

成了包括美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、

欧洲伽利略(Galileo)和中国北斗卫星导航系统(BDS)等在内的多

元化发展格局。

全球导航卫星系统的主要功能包括但不限于：为军事和民用航空

提供精确导航和授时服务，支持陆地、海洋和空中的各种运输方式，

提高灾害应急响应和搜救能力，促进全球位置服务市场的繁荣与发展。

随着物联网、自动驾驶、智慧城市等新兴产业的快速发展，全球导航

卫星系统的应用前景将更加广阔。

全球导航卫星系统的发展也面临着诸多挑战，如技术更新换代的

压力、国际竞争与合作的复杂性、数据安全和隐私保护等问题。各国

在推动全球导航卫星系统发展的同时，也需要加强国际合作，共同应

对挑战，以实现全球导航卫星系统的可持续发展。

本文将全面综述全球导航卫星系统的历史与现状，分析各国在系

统建设、技术创新、应用推广等方面的成果与不足，并展望未来的发

展趋势。通过梳理全球导航卫星系统的发展历程和现状，旨在为相关

领域的研究者和实践者提供有价值的参考和启示。

1.全球导航卫星系统的定义和重要性

全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)

是一种基于卫星的无线电导航定位系统。它能够在全球范围内提供全

天候的三维坐标、速度和时间信息。GNSS包括一个或多个卫星星座

及其支持特定工作所需的增强系统。

全球导航卫星系统在现代社会中扮演着至关重要的角色。它在国

防建设和武器装备中发挥着不可或缺的作用，是国家科技实力和经济

实力的象征之一。GNSS在交通、通信、电力、金融、搜救等领域和

基础设施中起着重要作用，为社会经济运行提供了重要的支持。GNSS

还广泛应用于交通运输、渔业资源开发、农业生产、地质勘探、测绘

测量等领域，提高了相关产业的效率和质量。GNSS的建设和运营还

涉及到信息安全和国际合作，对于保护用户的位置和数据信息安全以

及促进国家间的合作与交流具有重要意义。

2.全球导航卫星系统的发展历程

全球导航卫星系统的发展历程可以追溯到20世纪后半叶，这是

一个充满挑战、创新和国际合作的历史进程。全球导航卫星系统(GNSS)

的演变可以分为几个关键阶段，从最初的单一系统到目前的多系统并

存和互操作。

20世纪50年代，美国和苏联分别开始了对卫星导航系统的早期

探索。美国于1958年成功发射了第一颗导航卫星“斯科尔”，这标

志着卫星导航技术的诞生。随后，苏联也于1965年发射了“闪电”

号导航卫星。这些早期系统由于技术限制和覆盖范围有限，并未能形

成全球性的导航系统。

20世纪70年代，美国国防部启动了全球定位系统(GPS)项目，

旨在开发一个能够为全球用户提供高精度定位服务的系统。经过多年

的努力，GPS于1989年实现了完全覆盖，并于1995年成为完全操作

状态。GPS的成功使得卫星导航技术得到了广泛的关注和应用。

进入21世纪，随着技术的进步和国际合作的加深，全球导航卫

星系统迎来了快速发展的新时期。2000年，俄罗斯成功建成了格洛

纳斯(GLONASS)系统，成为继美国之后第二个拥有全球导航卫星系

统的国家。随后，欧洲和中国也分别开始了自己的导航系统建设。

2003年,欧洲伽利略(Galileo)系统正式启动建设，旨在提供

的应用、挑战和机遇。本文还旨在探讨GNSS在各个领域，如交通、

农业、军事等领域的应用，以及其对全球定位系统、地图制作、精准

农业等方面的贡献。

本文共分为五个部分。第一部分为引言，简要介绍全球导航卫星

系统的概念、历史背景和研究意义。第二部分将详细阐述全球导航卫

星系统的发展历程，包括各个国家和地区的导航卫星系统的建设历程、

技术特点和发展趋势。第三部分将重点分析全球导航卫星系统的应用

现状，包括在各个领域的应用案例、实际应用效果以及面临的挑战和

机遇。第四部分将探讨全球导航卫星系统的未来发展趋势，包括技术

创新、应用拓展、政策支持等方面的内容。最后一部分为结论，总结

全球导航卫星系统的发展历程、现状和未来趋势，并提出相应的建议

和展望.

二、全球导航卫星系统概述

全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)

是一类基于卫星的无线电导航系统，通过一组或多组卫星向全球用户

提供位置、车行速度及精确的时间信息。这些系统不仅广泛应用于军

事领域，如导弹精确制导、部队行军定位、飞机和船舶导航等，也服

务于民用领域，如车辆导航、海洋渔业、气象观测、地理测绘、资源

勘探等。

全球导航卫星系统主要由空间段一一导航卫星、地面段一一地面

监控系统以及用户段一一信号接收设备三大部分组成。空间段的卫星

负责发射导航信号地面段的监控系统则负责监测和控制卫星，确保导

航信号的准确性和稳定性用户段的信号接收设备则负责接收和处理

卫星信号，计算出用户的位置、速度和时间等信息。

目前，全球主要的导航卫星系统包括美国的全球定位系统(GPS)、

俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)、欧洲的伽利略系统(Galileo)

以及中国的北斗卫星导航系统(BDS)。这些系统各有特色，互为补

充，共同构成了全球导航卫星系统的多元化格局。

全球导航卫星系统的发展不仅推动了导航定位技术的进步，也对

全球经济、社会和文化发展产生了深远影响。随着技术的不断进步和

应用领域的不断拓展，全球导航卫星系统将继续在未来发挥更加重要

的作用。

1.全球定位系统(GPS)

全球定位系统(GPS)是最早发展并广泛应用的全球导航卫星系

统。它由美国国防部于20世纪70年代开始发展，并于1985年全面

建成并对外开放使用。GPS系统由一组位于地球轨道上的卫星、地面

控制站和用户设备三部分组成。卫星负责发送定位信号，地面控制站

负责监控卫星的运行和提供定位数据，用户设备则通过接收和处理卫

星信号，计算出用户的位置、速度和时间信息。

GPS以其高精度、全天候、全球覆盖和实时定位等特点，在军事、

航空、航海、车辆导航、测量等领域得到了广泛应用。特别是在民用

领域，随着技术的发展和成本的降低，GPS已经成为人们生活中不可

或缺的一部分，如智能手机、车载导航系统等。

GPS也存在一些局限性。例如，它主要依赖于美国的卫星和地面

控制设施，因此在某些特定情况下，如战争或自然灾害，其可用性和

可靠性可能会受到影响。GPS在城市高楼林立或山区等复杂环境下，

定位精度可能会受到多路径效应和信号遮挡的影响。

为了弥补GPS的不足，各国纷纷开始发展自己的全球导航卫星系

统，如俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略和中国的北斗卫星导航系统。

这些系统的建设和应用，不仅有助于提升各自国家的综合实力和国际

地位，也为全球导航卫星系统的发展注入了新的活力和动力。

2.俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）

俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）是一套由俄罗斯研发和运

营的全球性导航系统，类似于美国的GPS系统，通过一系列卫星提供

定位和导航服务。GLONASS系统由24颗工作卫星组成，其中21颗位

于近地轨道上，另外3颗则处于倾斜轨道上，这些卫星以不同的轨道

高度和倾角相互配合，确保在全球范围内提供高精度的定位和导航服

务。

GLONASS的发展始于苏联时代，目标是建立一套独立于美国GPS

系统的卫星导航系统。自苏联解体后，俄罗斯继续发展GLONASS,并

于2007年实现全球覆盖。与GPS相比，GLONASS具有一些独特优势,

如覆盖范围更广，尤其是在北纬60度以北的地区，其定位精度明显

高于GPS系统。GLONASS系统还具备更高的更新频率，可提供更准确

的导航信息。

GLONASS的应用领域十分广泛，包括交通运输、农业、航空航天、

渔业、地质勘探、测绘和野外探险等。在交通运输领域，GLONASS系

统可用于车辆定位、导航和监控，提高交通管理的效率和安全性在农

业领域，GLONASS系统可帮助农民进行土壤监测和施肥计划，提升农

作物产量在航空航天领域，GLONASS可用于飞行导航系统，确保飞机

安全着陆和航线规划。

尽管GLONASS具有广泛的应用前景和良好的性能，但在全球市场

上与GPS依然存在竞争。为了提高GLONASS的可靠性和精确性，俄罗

斯政府进行了一系列投资，更新卫星设备和改善系统维护。俄罗斯也

积极与其他国家进行合作，推动GLONASS的国际标准化和普及。这些

举措使得GLONASS在日益全球化的导航市场中获得了越来越多的用

户认可和广泛应用。

3.欧洲全球卫星导航系统（Galileo）

欧洲的全球卫星导航系统名为Galileo,是由欧洲联盟（EU）和

欧洲航天局（ESA）共同开发和管理的。Galileo系统旨在为全球用

户提供高精度、高可靠性的定位、导航和授时服务，以满足民事、商

业和安全应用的需求。该系统的建设始于2002年，计划于2020年全

面建成并对外开放使用。

Galileo系统的核心组成部分是由30颗中地球轨道卫星（MEO）

和3颗地球同步轨道卫星（GEO）组成的卫星星座。这些卫星分布在

三个不同的轨道平面上，确保全球覆盖。Galileo还采用了先进的信

号设计和加密技术，以提高服务的精度和安全性。

与GPS和GLONASS相比，Galileo系统的优势在于其更高的精度

和可靠性°Galileo的设计目标是提供优于1米的定位精度和50纳

秒的授时精度。Galileo还具有更好的抗干扰能力和更强的信号覆盖

范围，特别是在城市、山区和极地等复杂环境下。

Galileo系统的另一个重要特点是其开放性和互操作性。该系统

不仅与GPS和GLONASS兼容，还支持与其他全球和区域导航系统的互

操作，为用户提供更多样化的选择和更好的服务体验。

Galileo系统也面临着一些挑战和限制。其建设成本高昂，需要

欧盟成员国和其他合作伙伴的共同支持和投入。由于Galileo系统相

对较新，其在全球范围内的用户数量和市场份额相对较低。与其他全

球导航系统相比，Galileo在军事和安全领域的应用也受到一定的限

制。

总体而言，欧洲全球卫星导航系统Galileo在提供高精度、高可

靠性的定位、导航和授时服务方面具有明显的优势。随着系统的不断

完善和应用领域的拓展，Galileo有望在全球导航卫星市场中发挥更

加重要的作用。

4.中国北斗卫星导航系统（BDS）

中国的北斗卫星导航系统（BDS）是全球导航卫星系统中的重要

一环。自20世纪80年代开始，中国启动了北斗卫星导航系统的研发

工作，经历了多年的艰苦努力和技术突破，终于在21世纪初实现了

北斗一号系统的建设。随着技术的不断进步和系统的完善，北斗二号

和北斗三号系统相继建成并投入使用，使得北斗卫星导航系统成为全

球范围内具备成熟运营能力的卫星导航系统之一。

北斗卫星导航系统具有鲜明的中国特色和优势。它采用了独特的

三频信号设计，提高了系统的定位精度和抗干扰能力。同时:北斗卫

星导航系统还具备短报文通信功能，用户可以通过卫星信号发送短报

文，这在一些特殊场景下具有重要的应用价值。北斗卫星导航系统还

注重与国际合作，与其他全球导航卫星系统实现了兼容与互操作，为

用户提供了更加广泛的服务覆盖。

在应用领域方面，北斗卫星导航系统己经广泛应用于交通、农业、

气象、国土资源等多个领域。在交通领域，北斗卫星导航系统为车辆

导航、智能交通管理等提供了有力支持，有效提升了交通运行效率和

安全性。在农业领域，北斗卫星导航系统为精准农业、农机自动驾驶

等提供了高精度定位服务，推动了农业现代化的发展。在气象和国土

资源领域，北斗卫星导航系统为气象观测、土地资源调查等提供了重

要手段，为相关领域的研究和应用提供了有力支持。

展望未来，中国将继续推进北斗卫星导航系统的建设和应用。一

方面，将进一步完善系统功能，提升定位精度和服务质量，满足更多

领域的需求。另一方面，将加强国际合作与交流，推动北斗卫星导航

系统与其他全球导航卫星系统的融合与发展，共同为全球用户提供更

加优质、高效的导航定位服务。

三、全球导航卫星系统技术发展

星座构型：随着技术的不断进步，GNSS系统的星座构型也在不

断优化。例如，美国的GPS系统从最初的24颗卫星发展到现在的31

颗卫星，俄罗斯的GLONASS系统也从最初的24颗卫星增加到了30颗

卫星。这些优化使得GNSS系统的覆盖范围更广，定位精度更高。

信号体制：GNSS系统的信号体制也在不断发展。例如，美国的

GPS系统从最初的L1频段发展到现在的LLL5等多个频段，这些频段

的增加使得GPS系统的抗干扰能力更强，定位精度更高。

导航增强：为了提高GNSS系统的定位精度，许多国家都在发展

导航增强技术。例如，美国的WAAS(WideAreaAugmentationSystem)

系统和欧洲的EGNOS(EuropeanGeostationaryNavigationOverlay

Service)系统，这些系统通过在地面建立参考站和差分纠正设备，

对GNSS信号进行修正，从而提高定位精度。

导航通信一体化：随着物联网和智能交通的发展，导航通信一体

化成为GNSS技术发展的一个重要方向。例如，美国的GPS系统和通

信系统正在进行融合，以实现导航和通信的一体化服务。

星间链路与自主运行：为了提高GNSS系统的可靠性和可用性，

星间链路技术也在不断发展“通过在卫星之间建立通信链路，可以实

现卫星之间的数据交换和协同工作，从而毙高系统的自主运行能力。

全球导航卫星系统技术的发展使得GNSS系统在定位精度、抗干

扰能力、可用性等方面不断提升，为用户提供了更加准确、可靠的定

位服务。

1.信号技术

全球导航卫星系统(GNSS)的核心在于其信号技术，这是确保定

位精度、可靠性和稳定性的关键。GNSS信号技术涵盖了从卫星发射

的信号生成、传输到地面接收设备解码、处理的全过程。

GNSS卫星发射的信号通常为射频信号，其频率范围覆盖L波段

至S波段。这些信号采用特定的编码方式，如伪随机噪声（PRN）码，

以区分不同的卫星。PRN码不仅有助于接收设备识别信号来源，还能

提高信号的抗干扰能力。

在信号传输过程中，GNSS采用扩频技术，如直接序列扩频（DSSS）

或跳频扩频（FHSS）,以提高信号的抗干扰性和多径效应抑制能力。

这些技术通过扩大信号带宽，降低单位带宽内的功率密度，从而减少

干扰和多径效应对信号质量的影响。

地面接收设备在接收到GNSS信号后，需要进行解码和处理。解

码过程涉及对•PRN码的识别和解码，以提取出卫星的位置和时间信息。

处理过程则包括信号放大、滤波、时间同步和定位计算等步骤，以得

到准确的定位结果。

随着技术的不断进步，GNSS信号技术也在不断发展。例如，新

一代GNSS系统（如中国的BDS美国的GPSIII和俄罗斯的GL0NASSK2）

采用了更先进的信号编码和调制技术，以提高信号质量、增加卫星数

量和覆盖范围、优化多系统兼容性等。

GNSS信号技术是实现全球定位的关键。随着技术的不断发展和

创新，我们有理由相信，未来的GNSS系统将为我们提供更加精准、

快速和可靠的定位服务。

2.卫星轨道与布局

卫星轨道与布局是理解全球导航卫星系统（GNSS）工作原理和设

计的关键部分。本节将详细探讨不同类型的卫星轨道，以及它们如何

被布局以提供全球覆盖和精确的定位服务。

全球导航卫星系统通常使用几种不同的轨道类型来确保全球覆

盖和信号的均匀分布。这些轨道包括：

中地球轨道（MEO）：这类轨道的高度通常在5万至5万公里之

间。GPS和伽利略系统使用MEO轨道，它们的卫星以大约12小时的

周期绕地球运行。MEO轨道提供了良好的全球覆盖和相对稳定的信号

传播延迟。

地球同步轨道（GEO）：GEO轨道上的卫星位于赤道上空约6万

公里的高度，其周期与地球自转周期相同，因此相对于地面位置保持

不变。北斗导航系统中的某些卫星就使用GEO轨道，这有助于在特定

地区提供增强的信号覆盖。

倾斜地球同步轨道（TGSO）：TGSO轨道是GEO轨道的一种变体,

其卫星的轨道平面与地球赤道面的倾角不为零。这允许卫星覆盖更广

泛的地理区域，尤其是在高纬度地区。北斗系统也使用IGSO轨道。

为了实现全球覆盖和提供高精度的定位服务，GNSS系统采用了

特定的卫星布局策略：

均匀分布：卫星被布置在多个轨道平面上，以确保全球各地都能

接收到足够的卫星信号。例如，GPS系统使用六个轨道平面，每个平

面有四颗卫星。

多轨道组合：如北斗系统所示，结合使用MEO、GEO和1GS0轨道

可以优化信号覆盖和定位服务的质量。这种多轨道策略有助于提高在

特定区域的信号强度和可靠性。

卫星健康和更新：为了维持系统的稳定性和可靠性，GNSS系统

会定期更新和替换卫星。这包括发射新卫星以替换老化或故障的卫星,

以及进行轨道调整以优化星座性能。

信号覆盖：通过在多个轨道平面上均匀分布卫星，GNSS系统能

够提供几乎全球范围内的信号覆盖0

定位精度：卫星的均匀分布和多种轨道类型的结合有助于提高定

位精度。用户接收到的信号来自多个方向，这有助于减少误差和提高

定位的准确性。

信号传播延迟：不同轨道类型的卫星会导致不同的信号传播延迟。

系统设计时需考虑这一点，以确保用户能够准确计算其位置。

系统鲁棒性和可靠性：通过使用多轨道策略和定期的卫星更新，

GNSS系统可以提供更加鲁棒和可靠的服务。

卫星轨道与布局是全球导航卫星系统设计中的关键因素。它们直

接影响系统的全球覆盖能力、定位精度和可靠性。通过采用多轨道策

略和优化卫星分布，GNSS系统能够为全球用户提供高效、精确的定

位服务。

3.接收机技术

随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展，接收机技术也在持

续进步，成为了推动GNSS应用广泛化和性能提升的关键因素。接收

机技术的核心在于信号处理能力和小型化、低功耗设计，同时，对于

多系统兼容性、抗干扰能力以及高精度定位的需求也日益增长。

在过去的几年中，接收机芯片的尺寸不断缩小，功耗逐渐降低，

使得GNSS接收机能够广泛应用于智能手机、穿戴设备、无人驾驶汽

车等便携式和移动设备中。同时，随着5G、物联网等技术的兴起，

对小型化、低功耗接收机的需求更加迫切。

多系统兼容性是现代接收机技术的另一重要特点。目前，全球主

要的卫星导航系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的

Galileo以及中国的BDS(北斗卫星导航系统)。接收机需要能够同

时接收和处理来自不同系统的信号，以提供连续、稳定的定位服务。

随着城市环境的日益复杂，接收机还需要具备强大的抗干扰能力。

在城市峡谷、高楼大厦密集的区域，信号衰减和多路径效应会对定位

精度产生严重影响。接收机需要具备强大的信号处理能力，以消除干

扰，提高定位精度。

高精度定位技术是接收机技术的另一发展方向。在测量、地质勘

探、农业等领域，对定位精度的要求非常高。接收机需要采用更先进

的算法和更高性能的硬件，以实现厘米级甚至毫米级的定位精度。

未来，随着人工智能、机器学习等技术的发展，接收机技术将有

望实现更大的突破。通过利用这些先进技术，接收机可以更好地处理

复杂环境下的信号，提高定位精度和稳定性，进一步推动GNSS技术

在各个领域的应用。

四、全球导航卫星系统应用与发展趋势

全球导航卫星系统(GNSS)作为现代科技的重要组成部分，其应

用已经渗透到我们生活的方方面面。从航海、航空、陆地运输到农业、

气象、科研等多个领域，GNSS都发挥着不可替代的作用。同时，随

着技术的不断进步，GNSS的应用场景也在不断扩大，未来的发展趋

势更是充满了无限可能。

在应用层面，GNSS的精准定位功能为航海、航空和陆地运输提

供了极大的便利。船舶和飞机可以依靠GNSS进行精确的导航和定位,

确保航行的安全。对于陆地运输来说，GNSS不仅可以帮助车辆进行

导航，还可以提供实时的路况信息，优化行驶路线，提高运输效率。

在农业领域，GNSS的应用也日益广泛。它可以为农业作业提供

精准的定位和导航，实现精准播种、施肥和收割，大大提高农业生产

的效率和质量。同时，GNSS还可以帮助农民进行土地测量和规划，

为农业生产提供科学的数据支持。

在科研领域，GNSS的应用同样不可忽视。它可以帮助科学家进

行地球科学研究，如地壳运动、海平面变化等。同时，GNSS还可以

为气象预测提供重要的数据支持，提高气象预测的准确性。

未来的GNSS发展趋势将更加注重精度和可靠性的提升。随着技

术的不断进步，GNSS的定位精度将会进一步提高，能够满足更多高

精度应用的需求。同时，GNSS的可靠性也将得到进一步提升，能够

更好地应对各种复杂的环境条件。

GNSS的发展还将更加注重多系统融合。目前，全球已经有多个

GNSS系统在运行，如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS＞欧洲的Galileo

等。未来，这些系统将会进行更加紧密的融合，形成一个全球性的

GNSS网络，为用户提供更加全面、丰富的服务。

全球导航卫星系统的应用和发展前景广阔。随着技术的不断进步

和应用领域的扩大，GNSS将在更多领域发挥重要作用，为人类社会

的发展做出更大的贡献。

1.军事领域应用

全球导航卫星系统(GNSS)在军事领域的应用广泛且深远，几乎

涵盖了所有军事行动的方方面面。从战略规划、部队调动，到战场指

挥、精确打击，GNSS都发挥着不可或缺的作用。

在战略规划与部队调动方面，GNSS为军事决策者提供了精确的

地理信息。借助卫星定位技术，指挥官能够迅速掌握战场全局，优化

兵力部署，提高作战效率。GNSS还能够帮助部队实现快速、准确的

机动，确保在关键时刻能够迅速抵达指定位置。

在战场指挥方面，GNSS同样发挥着重要作用。通过实时定位技

术，指挥官可以精确掌握部队的位置和动态，实现高效的战场指挥。

同时，GNSS还可以与其他军事信息系统无缝对接，提供综合的战场

情报，为指挥官提供决策支持。

更为重要的是，GNSS在精确打击方面发挥着至关重要的作用°

借助卫星导航技术，导弹、火炮等武器可以实现高精度打击，有效摧

毁敌方目标。这种精确打击能力不仅提高了作战效果，还降低了对无

辜平民的伤害，体现了现代战争的人道主义精神。

随着技术的不断进步，GNSS在军事领域的应用还将继续拓展。

未来，我们可以期待更加智能化、自主化的导航系统，为军事行动提

供更加精准、高效的支持。与此同时，我们也必须警惕GNSS技术可

能带来的风险和挑战，如信息安全、依赖性问题等。在推动GNSS技

术发展的同时.，我们也需要加强相关研究和防范工作，确保其在军事

领域的安全可靠应用。

2.民用领域应用

全球导航卫星系统(GNSS)在民用领域的应用广泛且深远，它们

不仅改变了人们的日常生活方式，还推动了众多行业的创新与发展。

在交通领域，GNSS已成为现代交通系统不可或缺的一部分。无

论是航空、航海还是陆地交通，GNSS都提供了精确的导航和定位服

务。在航空领域，飞行员依赖GNSS进行精确导航和着陆。在航海领

域，船只利用GNSS避免碰撞，确保航行安全。而在陆地交通中，GNSS

则广泛应用于车辆导航、智能交通系统以及自动驾驶技术中。

农业是另一个受益于GNSS技术的行业。通过精确的定位和导航,

农民可以实现对农田的精准管理，包括播种、施肥、灌溉和收割等各

个环节。这不仅提高了农业生产的效率，还有助于减少资源浪费和环

境污染。

在测量和地理信息领域，GNSS技术同样发挥着重要作用。无论

是城市规划、土地调查还是环境监测，都需要高精度的定位数据来支

持。GNSS提供了稳定、可靠的定位服务，为这些工作提供了强有力

的支持。

GNSS还在娱乐和休闲领域得到了广泛应用。例如，户外运动爱

好者可以利用GNSS设备进行户外探险、徒步旅行和狩猎等活动。同

时，GNSS还广泛应用于体育赛事中，为运动员和观众提供精确的位

置信息和比赛数据。

全球导航卫星系统在民用领域的应用已经渗透到社会生活的方

方面面，不仅提高了人们的生活质量，还推动了社会经济的发展。随

着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，GNSS在民用领域的应用

前景将更加广阔。

3.发展趋势与挑战

技术创新与升级：随着技术的进步，GNSS将不断追求更高的精

度和可靠性。例如，新一代卫星将采用更先进的原子钟和信号处理技

术，以提高定位精度和抗干扰能力。多系统融合技术也将得到进一步

发展，实现不同GNSS系统间的互补和增强。

服务拓展与多元化：未来，GNSS的应用领域将进一步拓展，不

仅局限于传统的导航定位，还将深入到智能交通、智慧农业、无人机

控制等多个领域。同时•，随着物联网、大数据等技术的融合，GNSS

将提供更多元化、个性化的服务。

国际合作与竞争：随着GNSS市场的不断扩大，各国之间的合作

与竞争也将更加激烈。一方面，通过国际合作可以共享资源、降低成

本、提高技术水平另一方面，各国也在积极研发自己的卫星导航系统,

以争夺市场份额和技术主导权。

GNSS的发展也面临着诸多挑战。技术挑战不容忽视。要实现更

高精度、更可靠的服务，需要不断突破关键技术难题，提高卫星和接

收机的性能。安全挑战日益突出。随着GNSS在军事、金融等领域的

应用日益广泛，其安全性问题也日益受到关注。如何防范恶意干扰、

保护用户隐私和数据安全，是GNSS发展必须面对的重要问题。政策

与法规挑战也不容忽视。各国需要制定和完善相关法律法规，规范

GNSS市场的健康发展，同时加强国际合作，共同应对全球性挑战。

全球导航卫星系统在未来将呈现出技术创新、服务拓展和国际合

作等发展趋势，但同时也面临着技术、安全和政策等多重挑战。只有

不断创新、加强合作、应对挑战，才能推动GNSS事业的持续健康发

展V

五、结论

全球导航卫星系统的发展已经经历了数十年的历程，从最初的单

一系统到现在的多系统并存，其技术进步和应用范围的拓展都在不断

地推动着人类社会的进步。随着科技的不断发展，全球导航卫星系统

的精度、可靠性和稳定性也在不断提高;其在交通运输、农业、气象、

科研等领域的应用也越来越广泛。

当前，全球导航卫星系统的发展仍面临一些挑战，如系统安全性、

数据隐私保护、信号干扰等问题。随着技术的不断创新和政策的不断

完善，这些问题也将逐步得到解决。同时.，全球导航卫星系统的未来

发展也将更加注重与其他技术的融合，如人工智能、物联网等，以推

动其在更多领域的应用和发展。

全球导航卫星系统的发展前景广阔，其在未来将继续发挥重要作

用，推动人类社会向更加智能化、便捷化的方向发展。我们期待在全

球导航卫星系统的技术创新和应用拓展中，不断为人类社会的繁荣和

发展贡献力量。

1.全球导航卫星系统的发展成就与贡献

GNSS的应用已经深入我们的日常生活。例如，手机地图导航、

外卖定位和位置共享等功能，都离不开卫星导航系统的支持。这些应

用为人们提供了便利，提高了生活质量。

在智能交通领域，GNSS起到了至关重要的作用。车联网作为核

心应用市场之一，规模持续增长。GNSS模块应用于个人定位和汽车

定位导航等轨迹追踪设备领域，提供定位、导航、测距服务。同时，

GNSS定位模块与无线通信模组集成到车辆系统里面，支持智能定位

导航、行车记录、车辆外周环境监控、路况查询、车内娱乐等功能，

满足了汽车导航、防盗、紧急求助与救援、集群调度、车队管理等应

用需求。

GNSS在精准农业中的应用也日益广泛。通过使用GNSS技术，农

民可以实现农田的精确定位和农作物的精准管理，提高农'业生产效率

和农作物产量。

GNSS在军事领域的应用同样重要。卫星导航系统可以提供高精

度的定位和导航服务，为军事行动提供支持。例如，在战争中，卫星

导航系统可以帮助军队进行精确打击和导航。

全球目前有四个主要的卫星导航系统，包括美国的GPS、俄罗斯

的格洛纳斯、欧洲的伽利略以及中国的北斗卫星系统。这些系统的建

设和运行，不仅体现了国际合作的成果，也彰显了各国在卫星导航领

域的自主发展能力。特别是中国的北斗卫星系统，作为全球第三个挑

有自主全球卫星导航的系统，其建设和开通标志着中国在卫星导航领

域的重大突破，也为全球用户提供了更多的选择和更好的服务°

全球导航卫星系统的发展成就与贡献是多方面的，它不仅改变了

人们的生活方式，提高了生产效率，还在军事领域发挥了重要作用。

随着技术的不断进步，相信GNSS将在未来发挥更大的作用。

2.全球导航卫星系统面临的挑战与机遇

全球导航卫星系统(GNSS)作为关键的基础设施，其安全性和可

靠性至关重要。系统面临的主要安全威胁包括信号干扰、欺骗攻击和

空间天气影响。这些威胁可能导致系统性能下降，甚至完全失效。增

强系统的抗干扰能力、提高信号认证和加密技术是当前研究的重点。

随着GNSS应用的广泛扩展，用户数量和需求不断增长。这要求

系统具有更高的容量和处理能力。目前，系统在处理大量用户请求时

可能会出现延迟和精度下降的问题，这需要通过技术创新来克服。

多GNSS时代的到来带来了系统间的兼容性和互操作性问题。用

户希望在不同系统和频段之间无缝切换，以获得最佳的服务。制定统

一的标准和协议，实现系统间的兼容和整合，是当前面临的一大挑战。

新兴技术如人工智能、大数据和云计算为GNSS的发展提供了新

的机遇。通过利用这些技术，可以提高GNSS的数据处理能力、增强

系统的智能化水平，并实现更加精准的位置服务。

随着GNSS技术的进步，其在交通运输、农业、地质勘探等传统

领域之外，还拓展到了智能城市建设、灾害监测和应急管理等多个新

兴领域。这些新应用的发展不仅提升了GNSS的社会和经济价值，也

为系统的持续发展提供了动力。

随着GNSS的全球化发展，国际合作变得越来越重要。通过国际

合作，可以促进技术交流、实现资源共享，并推动全球导航卫星系统

的标准化进程。这不仅有助于提升系统性能，也为全球用户提供了更

加统一和高效的服务。

全球导航卫星系统在面临安全、容量和兼容性等挑战的同时，也

迎来了技术革新、应用拓展和国际合作等多重机遇。未来，通过不断

的技术创新和全球合作，全球导航卫星系统将继续在全球经济社会发

展中发挥关键作用。

3.未来发展方向与展望

随着科技的持续进步和应用需求的日益增长，全球导航卫星系统

(GNSS)的发展正迈向一个更加多元化、智能化和高度集成化的未来。

未来的GNSS将不仅在精度和可靠性上实现显著的提升，更将在应用

领域和服务模式上展现出前所未有的广度和深度。

技术层面的创新与升级将是GNSS发展的重要驱动力。下一代

GNSS系统将采用更高性能的信号体制和更先进的接收机技术，以提

升服务精度和可用性。例如，通过引入新的信号频段和编码方式，可

以进一步提高信号的抗干扰能力和穿透能力，使得GNSS能够在复杂

环境下提供更稳定的服务。同时，接收机的小型化、低功耗和高度集

成化也将成为未来的发展趋势，这将有助于推动GNSS在物联网、无

人机等新兴领域的应用。

多系统融合与互操作将成为未来GNSS发展的重要特征。随着多

个国家和地区的GNSS系统逐步建成并投入使用，未来的GNSS服务将

不再是单一系统的独角戏，而是多个系统协同工作的大合唱。多系统

融合不仅可以提供更加丰富的信号资源和更高的定位精度，还可以通

过系统间的互补和冗余，提高服务的可用性和可靠性。多系统互操作

还将有助于推动全球范围内GNSS服务的标准化和规范化，降低用户

的使用门槛和成本。

再次，智能化和个性化服务将成为未来GNSS发展的新趋势。随

着大数据、云计算和人工智能等技术的快速发展，未来的GNSS系统

将能够根据用户的需求和场景，提供更加智能化和个性化的服务。例

如，通过实时分析用户的移动轨迹和行为模式，GNSS系统可以为用

户提供更加精准的导航、定位和授时服务，同时还可以为城市规划、

智能交通等领域提供有力的数据支持。

安全性和隐私保护将成为未来GNSS发展中不可忽视的重要议题。

随着GNSS应用的广泛深入，用户的位置信息和其他敏感数据的安全

性和隐私保护问题日益凸显。未来的GNSS系统需要在设计和运行过

程中充分考虑这些因素，采取有效的技术和管理措施，确保用户数据

的安全性和隐私性得到充分的保障。

未来的全球导航卫星系统将在技术、应用、服务和管理等多个方

面实现全面的升级和变革。我们期待这一系统在未来的发展中能够更

好地服务于人类社会的可持续发展和进步。

参考资料：

全球导航卫星系统（英文：GlobalNavigationSatellite

System，缩写：GNSS，又称全球卫星导航系统），是能在地球表

面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及

时间信息的空基无线电导航定位系统。

全球导航卫星系统（GNSS）包括一个或多个卫星星座及其支持特

定工作所需的增强系统。

全球卫星导航系统国际委员会公布的全球4大卫星导航系统供

应商，包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的全球定位系统

（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧盟的伽利

略卫星导航系统（GALILEO）。其中GPS是世界上第一个建立并用于

导航定位的全球系统，GLONASS经历快速复苏后已成为全球第二大卫

星导航系统，二者正处现代化的更新进程中；GALILEO是第一个完全

民用的卫星导航系统，正在试验阶段；BDS是中国自主建设运行的全

球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、

导航和授时服务。

1957年10月4日，苏联成功发射世界上第1颗人造地球卫星，

远在美国霍普金斯大学应用物理实验室2个年轻学者接收该卫星信

号时，发现卫星与接收机之间形成的运动多普勒频移效应，并断言可

以用来进行导航定位。在他们的建议下，美国在1964年建成了国际

上第1个卫星导航系统即“子午仪”,由6颗卫星构成星座，用于海

上军用舰艇船舶的定位导航。1967年，“子午仪”系统解密并提供

给民用。

由此可见，从20世纪70年代后期全球定位系统(global

positioningsystem,GPS)建设开始,至2020年多星座构成的全球

卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)均属

于第2代导航卫星系统，它们包括美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯卫

星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GLONASS)、中

国的北斗卫星导航系统(BeiDounavigationsatellitesystem,BDS)

和欧洲的伽利略卫星导航系统(Galileonavigationsatellite

system,Galileo)等4个全球系统，以及日本准天顶卫星系统

(quasi-zenithsatellitesystem,QZSS)和印度区域卫星导航系

统(Indianregionalnavigationalsatellitesystem,IRNSS)等

2个区域系统，其中IRNSS也称为印度星座导航(navigationwith

Indianconstellation,NavIC)。以上除中国之外的5个国家作为

GNSS服务提供商均持有相应的星基增强系统，它们分别是：美国的

广域增强系统(wideareaaugmentationsystem,WAAS)、俄罗斯

的差分改正监测系统(differentialcorrectionsandmonitoring,

SDCM)、欧洲的地球静止导航重叠服务

(Europeangeostationarynavigationoverlayservice,EGNOS)、

印度的GPS辅助型静地轨道增强导航系统(GPSaidedgeoaugmented

navigation,GAGAN)和日本的多功能卫星星基增强系统

(multi-functionalsatelliteaugmentationsystem,MSAS)。

中国由于其卫星导航系统发展之路与其他国家不同，它所建设的

北斗二号(BeiDounavigationsatellite[regional]system,BDS-2)

就是区域系统，而其建设的北斗三号(BeiDounavigationsatellite

systemwithglobalcoverage,BDS-3)还包括星基增强系统功能。

所谓的第二代导航卫星系统，就是指GNSS,它是泛指的全球卫

星导航系统，是涵盖全球系统、区域系统和星基增强系统在内的系统

之系统的概念。那么会不会有第三代导航卫星系统出现呢。应该有，

因为所有已经建设全球卫星导航系统的国家均在考虑或者推进卫星

导航系统的下一步创新行动计划，也有考虑与通信一体融合的导航星

座。

2023年4月19日消息，通信导航卫星服务探月任务示意图国家

航天局公布，中国正在论证构建环月球通信导航卫星星座，首次发射

可能在2024年左右进行。简单地说，这将是月球版北斗导航系统，

可以为未来月面作业提供中继通信、导航等服务，为接下来更复杂的

探月任务提供信息支持。

全球卫星导航系统在军事、资源环境、防灾减灾、测绘、电力电

信、城市管理、工程建设、机械控制、交通运输、农业、林业、渔牧

业、考古业、生活、物联网、位置服务中都有应用。

用于武器导航，可以精确制导导弹、巡航导弹;用于车辆导航，

可以进行路线导航、车辆调度、监控系统;用于飞机导航时可进行航

线导航、进场着陆控制;用于船舶导航，可以远洋导航、港口/内河引

水；当个人旅游及探险时还可以用于个人导航。GPS在低纬度的观测

效果好，而GLONASS在高纬度的观测优于低纬度。

可定位车辆、手机、PDA等移动设备，拥有设备的防盗，在旅游

及野外探险时可以利用电子地图查看自己所在位置。还可以定位儿童

或老年人，以便他们走失时及时确定其准确方位。

利用全球卫星导航系统中载波相位差分技术（RTK）,其测量精

度可以达到以厘米为单位，与传统的人工测量相比，其拥有精度高、

易操作、测量设备便携、可全天候操作、测量点之间无须通视等人工

测量无法比拟的优势。全球卫星定位技术已广泛应用于大地测量、地

壳运动、资源勘查、地籍测量等领域。

很多国家已经把全球卫星导航系统用于农业发展，可以定位农111

信息、监测产量、土样采集等，再通过计算机系统对采集的数据进行

分析和处理，制定出更科学的农田管理措施。还可以把产量及土壤状

态等农田信息装入带有GPS设备的喷施器中，在给农田施肥、喷药的

过程中可以精确其用量，可以降低因肥料和农药对环境造成的污染。

利用全球卫星导航定位技术，可提高各部门对交通事故、交通堵

寒、火灾、洪灾、犯罪现场等紧急事件的响应速度。可以帮助救援人

员在恶劣的天气条件和地理条件下对失踪人员进行营救。

对机场进行监视和管理是为了减少飞机起飞和进场的滞留时间，

有效调度飞机、车辆以及人员。全球卫星导航定位技术可以在任何气

候环境下，为所有飞行跑道提供全天候、安全、精密的导航功能C可

以使采用全球卫星导航定位技术的飞机更具灵活性，让其可以在无人

或脱离跑道时自行操作，通过调度系统可以有效地组织地面交通以及

处理停机坪事故。

现代战争已经演变成为信息化战争，依靠全球卫星定位系统可以

精确制导导弹和炸弹，从而进行目标引导、同时.，在步兵战术作战中

也成为了不可或缺的标准军事装备。全球卫星导航系统对于特种作战

也具有巨大意义，因为它可以全天候、连续地隐蔽定位，而且使用者

不用发射出任何信号、只要能接收卫星信号就可以使用。特种作战时,

无需无线电静默就能与指挥部保持联系，无需发出信号就能获得战术

支援，并可以随时更改，确认理想的行动路径。

20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,

逐步形成了三步走发展战略：2000年年底，建成北斗卫星导航试验

系统即北斗一号(BeiDounavigationdemonstrationsystem,BDS-1),

向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号区域系统，向亚太地

区提供服务；在2020年，建成北斗三号全球系统，向全球提供服务。

2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空

体系。

中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”原则建设发展BDS：①所

谓自主，是坚持自主建设、发展和运行BDS,具备向全球用户独立提

供卫星导航服务的能力；②所谓开放，是免费提供公开的卫星导航服

务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流；③所谓兼

容，是提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与

交流，致力于为用户提供更好的服务；④所谓渐进，是分步骤推进

BDS建设发展，持续提升BDS服务性能，不断推动卫星导航产业全面、

协调和可持续发展。

中国正在实施北斗三号工程建设。根据系统建设总体规划，2018

年底，完成19颗卫星发射组网，完成基本系统建设，向全球提供服

务；2020年完成由3颗地球静止轨道(geostationaryEarthorbit,

GEO)卫星、3颗倾斜地球同步轨道(inclinedgeosynchronousorbits,

IGSO)卫星和24颗中圆地球轨道(mediumEarthorbit,MEO)卫星

组成的完整星座，全面建成北斗三号。BDS由空间段、地面段和用户

段3部分组成：空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道

卫星和中圆地球轨道卫星3种轨道卫星组成混合导航星座；地面段包

括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站；用户段包括BDS

兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产

品、应用与服务系统等。

①BDS空间段采用3种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导

航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点

更为明显；

②BDS提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等

方式提高服务精度；

③BDS创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、

精确授时、位置报告和短报文通信服务5大功能。

近年来，中国不断加强北斗导航卫星制造发射以及地面系统建设,

北斗导航系统基础设施逐渐完善，预计至2020年底，将全面完成北

斗三号系统建设，届时空间信号精度将优于5米。北斗系统已广泛应

用于交通运输、农林渔业、水文监测、气象预报、救灾减灾等领域，

并走出国门在印尼土地确权、科威特建筑迤工、乌干达国土测试、缅

甸精准农业、马尔代夫海上打桩、泰国仓储物流、巴基斯坦机场授时、

俄罗斯电力巡检等方面得到广泛应用。

支持北斗三号新信号的28纳米工艺射频基带一体化SoC芯片，

己在物联网和消费电子领域得到广泛应用，最新的22纳米工艺双频

定位芯片已具备市场化应用条件，全频一体化高精度芯片正在研发，

全球首颗全面支持北斗三号民用导航信号体制的高精度基带芯片“天

琴二代”在北京正式发布，北斗芯片性能将再上一个台阶，性能指标

与国际同类产品相当。截至2019年底，国产北斗导航型芯片模块累

计销量己突破8000万片，高精度板卡和天线销量己占据国内30%和

9096的市场份额，并输出到100余个国家和地区。

中国卫星导航定位基准服务系统已启用，能免费向社会公众提供

开放的实时亚米级导航定位服务。北斗系统在高精度算法和高精度板

卡制造方面取得突破,运用RTK（Real-timekinematic,实时动态

差分）技术能够将精度提升至厘米级，高精度定位技术未来发展空间

广阔。国家北斗精准服务网已为全国超过400座城市的各种行业应用

提供北斗精准服务，有效推动智慧城市基础设施的优化和完善。

北斗卫星导航系统在船舶运输，公路交通，铁路运输，海上作业,

渔业作业，森林火灾预防，环境管埋监测等领域应用广泛，覆盖部队,

公安，海关等其他有特殊指挥调度要求的单位，产生显著的经济效应

和社会效应。北斗的应用规模和范围也随着北斗卫星导航系统功能和

性能的不断提高与完善，将逐渐扩大，前景可观。

在海上作业方面，中国船舶工业系统工程研究院的北斗渔船终端

和运营平台、北斗疏浚船舶监控终端和运营平台等已经研制完成。

2016年，该研究院根据市场需求开展多项北斗系列系统研制，例如

北斗遇险救生终端以及基于北斗的“智能船”通导系统和电子通关系

统等等。“十三五”初期，基于北斗的内河船舶监管示范工程，由交

通运输部和中央军委装备发展部联合启动，取得良好成效，已经成功

搭建完成北斗应急无线电示位标法定检验检测的环境。公路交通，铁

路运输方面，北斗卫星导航系统可用于监控设施安全和车辆的运输过

程，据统计，在全国约有480万辆危险品车、大客车、班线客车安装

了北斗终端，监控管理各个车辆的效率和维护道路运输过程中的安全

水平，均得到了有效提升。森林防火，救灾减灾方面，北斗卫星导航

系统以其精确定位技术，准确及时上报和共享灾情信息、，实时进行指

挥调度，短报文通信功能提应急通信功能，显著提高了救灾减灾的决

策部署能力和反应能力。在环境监测的方面，基于北斗的一系列气象

测报型的终端设备形成的系统应用，不仅提高了国内高空气象探空系

统的观测精度，而且其自动化水平和应急观测能力都可到了相应的提

升。

北斗卫星导航系统的应用存在着无限可能，2019年10月，国庆

阅兵期间，由陆军军事交通学院牵头研发的北斗阅兵训练考核辅助系

统，可保障32个方队580台车辆整体车速控制在10千米/小时，其

定位精度达到厘米级，已经赶超世界先进水平。随着北斗系统的不断

提升，其系统建设的不断增强，有望在2020年6月完成全球组网，

实现全球的短报文通信、星基增强、国际搜救、精密定位等服务。

2020年，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式7月31日

上午在北京举行。北斗三号全球卫星导航系统全面建成并开通服务，

标志着工程“三步走”发展战略取得决战决胜，中国成为世界上第三

个独立拥有全球卫星导航系统的国家。

中国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星原计划在

2020年6月16日10时发射。但16日官方发布消息称，担任发射任

务的长征三号乙运载火箭在临射前的测试过程中，发现产品技术问题,

发射任务推迟，发射时间待定°

北斗三号工程任务一线技术专家李聃接受媒体采访时表示，“首

先很遗憾，没有如期等到激动人心的一刻，15日晚上按流程实旅射

前功能检查时，发现了一个技术问题。射前功能检查就是在火箭起飞

前再次对火箭进行一个全面的体检。火箭是一个复杂的系统，航天发

射最大的特点就是它的高风险性，因此在全世界范围内推迟发射也是

一个比较普遍的现象。正因为航天发射的高风险性，所以工程技术人

员最大的目标就是要确保每次发射做到万无一失，确保每次发射都能

够成功。为了实现这个目标，研制方也有一个最基本的原则，就是不

带疑点加注，不带隐患上天。因此针对这个技术问题，研制方经过慎

重研究决定推迟此次发射。整个系统状态是良好的，研制方有能力尽

快查明原因，解决问题，重新组织发射。”

有4大全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,

GNSS),包括中国的北斗卫星导航系统(BeiDounavigationsatellite

system,BDS)、美国的全球定位系统(globalpositioningsystem,

GPS)欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileonavigationsatellite

system,Galileo)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(global

orbitingnavigationsatellitesystem,GLONASS)°BDS和GPS已

服务全球，性能相当；功能方面，BDS较GPS多了区域短报文和全球

短报文功能。GLONASS虽已服役全球，但性能相比BDS和GPS稍逊，

且GLONASS轨道倾角较大，导致其在低纬度地区性能较差。Galileo

的观测量质量较好•，但星载钟稳定性稍差，导致系统可靠性较差。

2020年7月31日，北斗三号系统正式开通，北斗三号提前半年

完成组网，系统止式开逋标志着北斗“三步走”发展战略圆满完成，

中国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。

美国国防部(UnitedStatesDepartmentofDefense,DOD)于

1973年决定成立GPS计划联合办公室，由军方联合开发全球测时与

测距导航定位系统(navigationsystemwithtimeandranging,

NAVSTAR/GPS）。整个系统的建设分3个阶段实施:第1阶段（1973T979

年），系统原理方案可行性验证阶段（含设备研制）；第2阶段

（1979T983年），系统试验研究（对系统设备进行试验）与系统设

备研制阶段；第3阶段（1983—1988年），工程发展和完成阶段。从

1978年发射第1颗GPS卫星，到1994年3月10日完成21颗工作卫

星加3颗备用卫星的卫星星座配置，1995年4月，美国国防部正式

宣布GPS具备完全工作能力。GPS的建设历经20年，其系统由空间

段、运控段、用户段3大部分组成，整个星座额定有24颗卫星，分

置在6个中轨道面内，它的优良性能被誉为是一场导航领域的革命。

GPS提供标准定位服务（standardpositioningsystem,SPS）和精

密定位业务（precisepositioningservice,PPS）,在包含选择可

用性技术（selectiveavailability,SA）影响时,SPS的定位精度

水平为100米（95%的概率），不含SA影响为20~30米，定时精度为

340ns；PPS定位精度可在10米以内。

1996年提出GPS现代化计划，其第1个标志性行动是，从2000

年5月1日起，取消GPS卫星人为恶化定位精度的SA技术，致使定

位精度有数量级的提升。20多年来，美国持续推进现代化计划，投

入200多亿美元的巨资，主要目标是提高空间段卫星和地面段运控的

水平，将军民用信号分离，在强化军用功性能的同时，将民用信号从

1个增加到4个，除了保留L1频点上的C/A码民用信号外，在原先

的L1和L2频点上又加上民用L1C和L2C码，还新增加L5频点民用

信号，大大增加了民用信号的冗裕度，从而改进了系统的定位精度、

信号的可用性和完好性、服务的连续性，以及抗无线干扰能力；也有

助于高精度的实时动态差分(real-timekinematic,RTK)测量和在

长短基线上的应用，还有利于飞机的精密进场和着陆、测绘、精细农

业、机械控制与民用室内增强的应用，以及地球科学研究。

GPS现代化是项系统性工作，它包括：空间卫星段、地面运控段、

新的运控系统(operationalcontrolsystem,0C)和用户设备段现

代化，其核心是增加L5频点和民用信号数量与改变制式，实现与其

他GNSS信号的互操作。最后1颗GPSHIF预计2034年发射，宣告

GPS现代化进程结束。

1976年苏联政府颁布建立GLONASS的政府令，并成立相应的科

学研究机构，进行工程设计。1982年10月12日，成功发射第1颗

GLONASS卫星。1996年1月24颗卫星全球组网，宣布进入完全工作

状态。之后，苏联解体，GLONASS步入艰难维持阶段，2000年年初，

该系统仅有7颗卫星正常工作，几近崩溃为缘。2001年8月，俄罗

斯政府通过了2002-2011年间GLONASS恢复和现代化计划。2001年

12月发射成功第1颗现代化卫星GLONASS-Mo直到2012年该系统回

归到24颗卫星完全服务状态。

GLONASS截至2020年已经有3代卫星：第1代卫星是传统的

GLONASS基本型；第2代星是GLONASS-M现代化卫星；第3代就是最

新开发的GLONASS-K卫星，K星系列又分为K1和K2两种型号。

GLONASS星座是由3个轨道面上的24颗卫星构成的。其传统的

信号使用频分多址(frequencydivisionmultipleaccess,FDMA),

而不是其他GNSS所用的码分多址(codedivisionmultipleaccess,

CDMA)o与传统的GPS信号一样，GLONASS信号包括2个伪随机噪声

码(pseudorandomnoisecode,PRN)测距码：标准精度(standard

accuracy,ST)码及高精度(VisokayaTochnost即highprecision,

VT)码，调制到LI和L2载波上°GLONASSST码也已经在GLONASS-M

卫星的L2频率上传输。发送的信号像GPS信号一样是右旋圆极化波

的。GLONASS-K1在新的L3频率(1025MHz)上传输CDMA信号,

GLONASS-K2还将在L1和L2频率上提供CDMA信号，从而实现与其他

GNSS的兼容与互操作。GLONASS-K1星的空间信号测距误差

(signal-in-spaceuserrangeerrors,SISRE)约为1米,GIQNAS3-K2

星则为3米。

欧洲全球卫星导航系统（Europeanglobalnavigationsatellite

systems,E-GNSS)就是Galileo。Galileo笫2颗试验卫星G1OY-A

和GIOV-B已于2005年和2008年发射升空，目的是考证关键技术，

其后有4颗工作卫星发射，验证Galileo的空间段和地面段的相关技

术。在轨验证(designandon-orbitverification,I0V)阶段完成

后，其他卫星的部署进一步展开，计划2018-2020年达到24颗卫星

构成的完全运行能力(fulloperationalcapabi1iFOC)。

Galileo也由空间段、运控段和用户段组成。星座有24颗卫星

分置于3个中圆地球轨道面内。Galileo信号工作的主要频段为EE5

及E63个。它们各自发射独立的信号，发射的中心频率分别为：1795

和175MHzoE5又分为E5a和E5b两个子信号。为了实现与GPS的兼

容互操作，Galileo的E1和E5a2个信号的中心频率与GPS的L1和

L5相互重合0出于同样的兼容互操作目的,Galileo的E5b与GLONASS

的G3信号中心频率重合。

Galileo虽然提供的信息仍还是位置、速度和时间，但是Galileo

提供的服务种类远比GPS多，GPS仅有民用的标准定位服务(SPS)

和军用的精密定位服务(PPS)2种，而Galileo则提供5种服务，

即：

①公开服务(openservice,OS),与GPS的SPS相类似，免费

提供;

②生命安全服务(safetyoflifeservice,SoLS)；

④公共特许服务(publicregulatedservice,PRS)；

⑤搜救服务(searchandrescuesupportservice,SAR)。

以上所述的前4种是Galileo的核心服务，最后1种则是支持搜

救卫星月艮务(searchandrescuesatellite-aidedtracking,SARSAT)o

由于生命安全服务实际运作有难度，近些年来已经不太提及。即使

Galileo服务还是种类较多且独具特色，它能提供完好性广播、服务

保证，以及民用控制和局域增强。

Galileo的公开服务提供定位、导航和授时免费服务，供大众导

航市场应用。生命安全服务可以同国际民航组织(International

CivilAviationOrganization,ICAO)标准和推荐条款(standards

andrecommendedpractices,SARPS)中的“垂直制导方法”相比拟，

并提供完好性信息。商业服务是对公开服务的1种增值服务，它具备

加密导航数据的鉴别认证功能，为测距和授时专业应用提供有保证的

服务承诺。公共特许服务是为欧洲