各國衛星導航系統比較(北鬥、伽利略、GLONASS、GPS)

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北鬥衛星導航系統簡介

    

中國北鬥衛星導航系統（英文名稱：BeiDou Navigation Satellite System，簡稱BDS）是中國自行研製的全球衛星導航系統，也是繼GPS、GLONASS之後的第三個成熟的衛星導航系統。北鬥衛星導航系統（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯合國衛星導航委員會已認定的供應商。加微信 openeye01 看更多內幕好文！

北鬥衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球範圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，並且具備短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度為分米、釐米級別，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

2020年7月31日上午，北鬥三號全球衛星導航系統正式開通。

全球範圍內已經有137個國家與北鬥衛星導航系統籤下了合作協議。隨著全球組網的成功，北鬥衛星導航系統未來的國際應用空間將會不斷擴展。 

中國高度重視北鬥系統建設發展，自20世紀80年代開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路，形成了「三步走」發展戰略：2000年年底，建成北鬥一號系統，向中國提供服務；2012年年底，建成北鬥二號系統，向亞太地區提供服務；2020年，建成北鬥三號系統，向全球提供服務。第一步，建設北鬥一號系統。1994年，啟動北鬥一號系統工程建設；2000年，發射2顆地球靜止軌道衛星，建成系統並投入使用，採用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務；2003年發射第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統性能。 第二步，建設北鬥二號系統。2004年，啟動北鬥二號系統工程建設；2012年年底，完成14顆衛星（5顆地球靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星和4顆中圓地球軌道衛星）發射組網。北鬥二號系統在兼容北鬥一號系統技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。 [8]第三步，建設北鬥三號系統。2009年，啟動北鬥三號系統建設；2018年年底，完成19顆衛星發射組網，完成基本系統建設，向全球提供服務；計劃2020年年底前，完成30顆衛星發射組網，全面建成北鬥三號系統。北鬥三號系統繼承北鬥有源服務和無源服務兩種技術體制，能夠為全球用戶提供基本導航（定位、測速、授時）、全球短報文通信、國際搜救服務，中國及周邊地區用戶還可享有區域短報文通信、星基增強、精密單點定位等服務。
截至2019年9月，北鬥衛星導航系統是在軌衛星已達39顆。從2017年底開始，北鬥三號系統建設進入了超高密度發射。北鬥系統正式向全球提供RNSS服務，在軌衛星共39顆。 2020年6月16日，北鬥三號最後一顆全球組網衛星發射任務因故推遲2020年6月23日，北鬥三號最後一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。  6月23日9時43分，我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭，成功發射北鬥系統第五十五顆導航衛星，暨北鬥三號最後一顆全球組網衛星，至此北鬥三號全球衛星導航系統星座部署比原計劃提前半年全面完成。 2020年7月31日上午10時30分，北鬥三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在人民大會堂舉行，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平宣布北鬥三號全球衛星導航系統正式開通。 2021年3月4日解放軍報北京3月4日電（徐童、記者安普忠）記者從中國衛星導航系統管理辦公室獲悉，北鬥三號全球衛星導航系統開通以來，系統運行穩定，持續為全球用戶提供優質服務，開啟全球化、產業化新徵程。 2035年，中國將建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系，進一步提升時空信息服務能力，為人類走得更深更遠做出中國貢獻。2020年12月15日，北鬥導航裝備與時空信息技術鐵路行業工程研究中心成立。 2021年5月26日，在中國南昌舉行的第十二屆中國衛星導航年會上，中國北鬥衛星導航系統主管部門透露，中國衛星導航產業年均增長達20%以上。截至2020年，中國衛星導航產業總體產值已突破4000億元。預估到2025年，中國北鬥產業總產值將達到1萬億元。 

伽利略衛星導航系統簡介

數量：30顆中高度圓軌道衛星組成，27顆為工作衛星，3顆為候補；軌道：高度為24126公裡，位於3個傾角為56度的軌道平面內；

用途：主要為民用；

　　1999年2月10日，歐盟執行機構歐洲委員會(EC)公布了歐洲導航衛星系統「伽利略」計劃，該系統是與美國全球導航定位系統(GPS)和俄羅斯的GLONASS系統兼容的民用全球定位衛星系統。歐盟之所以進行「伽利略」計劃，主要是為了擺脫對美國GPS系統的依賴，打破美國對全球衛星導航定位產業的壟斷，在使歐洲獲得工業和商業效益的同時，贏得建立歐洲共同安全防務體系的條件。

　　其實，歐空局(ESA)早在1990年就決定研製「全球導航衛星系統(GNSS)」， GNSS分為兩個階段，第一階段是建立一個與美國GPS系統、俄羅斯GLONASS系統、以及三種區域增強系統均能相容的第一代全球導航衛星系統(GNSS-1)，第二階段是建立一個完全獨立於GPS系統和GLONASS系統之外的第二代全球導航衛星系統(GNSS-2)。由於GNSS-1主要是利用GPS等已經建成的系統，因此其主要工作是在歐洲建立30座地面站和4個主控制中心，系統將在2002年部署完畢，2004年完成運營試驗。歐洲的長遠目標是擁有自己的獨立的全球導航衛星系統，即GNSS-2，也就是現在的「伽利略」系統。加微信 openeye01 看更多內幕好文！

　　「伽利略」計劃由歐洲委員會和歐空局共同負責。歐洲委員會負責政治領域和高層次的任務需求，其中包括對系統總體結構、經濟收益和用戶需求的研究。歐空局負責空間分系統及相關地面系統的確定、發展和在軌鑑定。

　　「伽利略」系統的批准實施，使得歐洲繼「空中巴士」和「阿里安」火箭之後，又將擁有自己獨立的導航衛星系統，這是歐洲力圖獨立於美國的又一個重大決定，具有重大政治意義。

　　歐盟稱，「伽利略」計劃是在「技術、經濟和政治上的挑戰」。小心翼翼地將「政治」放在最後，自然是要減少「伽利略」的政治色彩。歐盟還表示，「伽利略」系統是純民用的，不用於軍事，也不幹涉美國的GPS，甚至是GPS的有效補充，也是為了避免美國的反感。但是「伽利略」計劃既已啟動，其政治意義也就不言自明。

　　在「伽利略」系統的籌建過程中，曾一再受到美國的阻撓，歐洲內部的意見也一度產生嚴重分歧，系統計劃幾乎流產。但歐盟委員會及歐洲航天局非常明確地向成員國指出，早在20世紀60年代，美國就曾阻止歐洲擁有自己的航天發射能力，許諾免費為歐洲發射衛星，但歐洲頂住了誘惑和幹擾，開發了自己的「阿里安」火箭，使歐洲今天不但擁有了完全獨立的衛星發射系統，而且在國際航天發射市場上佔有了絕對的優勢。歐盟委員會指出，現在的情況與當初何其相似，所不同是如果沒有自己獨立的衛星導航定位系統，歐洲防務在20到30年以後將完全失去自主，歐洲也將最終淪為美國的附庸。

　　在「伽利略」系統問題上，歐洲內部從意見分歧到最後統一，這足以表明儘管歐洲國家各有各的考慮，但面對美國昭然若揭的霸權野心，其他矛盾都可以暫退其後。歐洲人已經達成共識：對歐洲的安全性起關鍵作用的導航系統如果不受歐洲控制，歐洲的主權和安全就有嚴重問題。因為世界上沒有永遠的敵人，也沒有永遠的盟友，盟友有時會變成敵人。

　　「伽利略」計劃很可能會成為歐洲人安全合作的起點，在軍事應用上發揮類似GPS的功能。「伽利略」系統的安全保障功能絕不僅僅是一個推銷軍用接收機的問題，而是歐洲各國需要擁有一個既能用於歐洲防務體系，又能為歐洲各國軍方使用的全球導航衛星系統。歐盟「伽利略」計劃軍事應用的具體設想是：在發生衝突和戰爭期間，迅速將L1和L2頻率的兩級服務轉為軍用業務，而第3級L3頻率仍保留給民航等特殊用戶。歐盟將採用不同類型的接收機控制導航信號及其應用。

格洛納斯衛星導航系統簡介

 數量：24顆衛星組成；

精度：10米左右；

用途：軍民兩用；

進展：目前已有17顆衛星在軌運行，計劃2008年全部部署到位。

2003年9月24日，是俄聯邦政府總統正式宣布俄羅斯GLONASS系統開始服役的十周年紀念日。

事實上，GLONASS在1993年只是具備了初始作戰能力。直到1995年末1996年初GLONASS才真正實現了完整星座的部署。GLONASS的第一顆衛星是1982年發射入軌的，同年還發射了兩顆同軌道(19100千米)的Etalon geodetic衛星，對規劃的高度和傾角的地球引力場特性進行全面表徵。原計劃1991年建成完整的工作系統。

　　GLONASS的工作衛星有21顆，分布在3個軌道平面上，同時有三顆備份星。這三個軌道平面兩兩相隔120度，同平面內的衛星之間相隔45度。每顆衛星都在19100千米高、64.8度傾角的軌道上運行。每顆衛星需要11小時15分鐘完成一個軌道周期。

　　地面控制部分全部都位於前蘇聯領土境內，地面控制中心和時間標準位於莫斯科，遙測和跟蹤站位於聖彼得堡、Ternopol、Eniseisk和共青城。

　　1960年晚些時候，俄羅斯軍方確認需要一個衛星無線電導航系統(SRNS))用於規劃中的新一代彈道飛彈的精確導引。當時已有的Tsiklon衛星導航系統接收站需要好幾分鐘的觀測才能確定一個位置，因此不能達到導航定位的目的。1968-1969年，國防部、科學院和海軍的一些研究所聯合起來要為海、陸、空、天武裝力量建立一個單一的解決方案。1970年這個系統的需求文件編制完成。進一步研究之後，在1976年，前蘇聯頒布法令建立GLONASS(Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)。

　　GLONASS衛星星座基本上一直處於降效運行狀態，只有8顆衛星是全功能工作的。90年代曾經制定過一個GLONASS星座漸進增強計劃，企圖在2001年開始有12顆全功能工作的衛星，但根據最新情報，目前仍然只有8顆全功能工作的衛星。

　　俄羅斯目前正在著手GLONASS系統現代化的工作。俄羅斯太空部隊打算開始進行新一代GLONASS-M計劃的飛行試驗，發射將在2004年左右進行。新型GLONASS-M衛星除了將有更長的設計壽命(從現行的3年提高到7-8年)以外，還將具有更好的訊號特性。俄羅斯還計劃要在將來轉變到低質量(MASS)第三代GLONASS-K衛星，確保衛星工作壽命在10年以上。

GPS衛星導航系統簡介全球定位系統(GPS)是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20餘年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己布設完成。　　全球定位系統由三部分構成：(1)地面控制部分，由主控站(負責管理、協調整個地面控制系統的工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛星注入尋電文)、監測站(數據自動收集中心)和通訊輔助系統(數據傳輸)組成；(2)空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個道平面上；(3)用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛星天線組成。　　全球定位系統的主要特點：(1)全天候；(2)全球覆蓋；(3)三維定速定時高精度；(4)快速省時高效率：(5)應用廣泛多功能。　　全球定位系統的主要用途：(1)陸地應用，主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、市政規劃控制等；(2)海洋應用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船隻實時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升降監測等；(3)航空航天應用，包括飛機導航、航空遙感姿態控制、低軌衛星定軌、飛彈制導、航空救援和載人太空飛行器防護探測等。　　GPS衛星接收機種類很多，根據型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型；根據用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。　　經過20餘年的實踐證明，GPS系統是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統。GPS技術已經發展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術產業。

　　

GPS原理

　　24顆GPS衛星在離地面1萬2千公裡的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

　　由於衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。

　　事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆，然後通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

　　由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍採用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，並對外發布。接收機收到該修正數後，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

　　GPS前景

　　由於GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產力，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。

　　隨著冷戰結束和全球經濟的蓬勃發展，美國政府宣布2000年至2006期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球範圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米，這將進一步推動GPS技術的應用，提高生產力、作業效率、科學水平以及人們的生活質量，刺激GPS市場的增長。據有關專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統，2000年後的市場將達到30億美元，而在我國，汽車導航的市場也將達到50億元人民幣。可見，GPS技術市場的應用前景非常可觀。

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