全球衛星導航系統

全球衛星導航系統，就是GPS技術在導航通訊領域的最新應用系統。衛星導航全球性大眾化民用，剛剛開始，有百種應用類型。衛星導航的生命期至少還有50年，GPS概念的提出已有三十年，真正應用只有十來年，現在GPS現代化，GPS III新階段，延續到2020年。GPS國際協會已統計出GPS的117種不同類型的應用。蜂窩通信的集成和汽車應用還是當前最大的兩個市場。 衛星導航系統已經在大量應用中廣泛使用，而且總的發展趨勢是為實時應用提供高精度服務。中文名全球衛星導航系統任務實時應用提供高精度服務種類美國GPS系統目錄1基本信息簡介分類2全球四大衛星定位系統3GPS系統4北斗系統5GLONASS系統（「格洛納斯」系統）6Galileo系統（「伽利略」系統）7GPS發展歷程基本信息簡介GPS應用:精細農業、科學研究(野外生物學、氣象學、地球科學)、環境監測、突發事件和災害評估、安全保障、天體與建築工程和自然資源分析的定位。衛星導航系統為人類帶來了巨大的社會和經濟效益，迄今，比較完善的衛星導航系統已經有美國GPS和俄羅斯GLOMSS系統,歐洲計劃推出自己的衛星導航系統Galileo。[1]分類衛星導航的應用是建立導航衛星系統的根本出發點，也是其最終的歸宿。通常衛星導航的應用市場可以分為三大方面，是專業市場、批量市場和安防市場。全球衛星導航系統,從應用的角度可分成以下10類加以簡

全球衛星導航系統述，這就是：航空、航海、通信、人員跟蹤、消費娛樂、測繪、授時、車輛監控管理，和汽車導航與信息服務，以及其它類:1.航空 歐盟的Galileo便是新建的全球導航星座，它與GPS配合起來，可以大大提高導航衛星的可用性，使單一的GPS市區可用性從55%提高到GPS/Galileo共用時的95%。GPS技術建立廣域增強系統(WAAS)逐步代替原先的微波著陸/儀錶著陸系統，美國的WAAS系統計劃在2003年下半年運營，地面改正數據可以通過靜地衛星轉發給飛機。2.航海 衛星導航接收機廣泛地用於海上行駛的各類船隻，DGPS則廣泛地用於沿岸與進港，以及內河行駛的船隻，精度可達到2-3m。在衛星導航接收機與無線通信手段集成後，該系統便成為一個位置報告系統和緊急救援系統。許多漁船將GPS與雷達和魚探器結合在一起，產生明顯的經濟效益。3.通信與導航的融合 衛星導航接收機與無線電通信機的結合是自然發生的，這種融合產生的意義是非常深遠的。實際上，這是移動計算機(PDA)、蜂窩電話和GPS接收機的系統集成和完美整合。4.人員跟蹤 個人跟蹤的應用需求與E911這類導航手機或稱定位手機思路相似，但其產品類型和主要功能定位則與它們大相徑庭。首先要求其體積和功耗要小，便於隱藏或佩帶，如手錶之類。其應用功能可以由中心加以激活或啟動，以利於獲取佩帶者所在位置。5.消費娛樂 徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶外活動者常應用袋式GPS定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉間、山野或無人區內找到自己的目的地。6.測繪 GPS測繪還可用於繪圖、地藉測量、地球板塊測量、火山活動監測、GIS領域、大橋監測、水壩監測、滑坡監測、大型建築物監測等。這種測量技術的實時動態化(RTK)可以用于海洋河道公路測量，以及礦山、大型工程建設工地等作為自動化管理和機械控制。7.授時 GPS設備還用於作為時間同步裝置，特別是作為交易處理定時(如在ATM機中)和通信網路中應用。8.車輛監控管理9.汽車導航與信息服務10.其它[2]全球四大衛星定位系統GPS系統（美國）北斗系統（中國）GLONASS系統（俄羅斯）伽利略衛星導航系統（歐盟）[3]GPS系統GPS系統是美國從上世紀70年代開始研製，歷時20年，耗資近200億美元，於1994年全面建成的新一代衛星導航與定位系統。GPS利用導航衛星進行測時和測距，具有在海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力。它是繼阿波羅登月計劃、太空梭後的美國第三大航天工程。如今，GPS已經成為當今世界上最實用，也是應用最廣泛的全球精密導航、指揮和調度系統。GPS全球定位系統由空間系統、地面控制系統和用戶系統三大部分組成。其空間系統由21顆工作衛星和3顆備份衛星組成，分布在20200千米高的6個軌道平面上，運行周期12小時。地球上任何地方任一時刻都能同時觀測到4顆以上的衛星。地面控制系統負責衛星的測軌和運行控制。用戶系統為各種用途的GPS 接收機，通過接收衛星廣播信號來獲取位置信息，該系統用戶數量可以是無限的。GPS全球定位系統是美國為軍事目的而建立的。1983年一架民用飛機在空中因被誤以為是敵軍飛機而遭擊落後，美國承諾GPS免費開放供民間使用。美國為軍用和民用安排了不同的頻段，並分別廣播了P碼和C/A碼兩種不同精度的位置信息。美國軍用GPS精度可達1米，而民用GPS理論精度只有10米左右。 特別地，美國在90代中期為了自身的安全考慮，在民用衛星信號上加入了SA (Selective Availability)，進行人為擾碼，這使得一般民用GPS接收機的精度只有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。美國之所以停止執行SA政策，是由於美國軍方現已開發出新技術，可以隨時降低對美國存在威脅地區的民用GPS精度，所以這種高精度的GPS技術才得以向全球免費開放使用。受應用需求的刺激，民用GPS技術蓬勃發展，出現了DGPS（差分GPS）、WAAS（地面廣播站型態的修正技術）等技術，進一步提高民用GPS的應用精度。2005年，美國開始發射新一代GPS衛星，開始提供第二個民用波段。未來還將提供第三，第四民用波段。隨著可用波段的增加，新衛星陸續使用，GPS定位系統的精度和穩定性都比過去更理想，這必將大大拓展GPS應用與消費需求。此外新衛星也提供更優秀的軍用支持能力，當然這隻對美國軍方及其盟友有益。[3]GPS系統的開發背景 20世紀70年代，隨著美蘇軍備競賽的升級。美國國防部不惜斥資120億美元研製軍用定位系統。2.GPS系統概述 GPS系統由空間部分、地面測控部分和用戶設備三部分組成。（1）空間部分 GPS系統的空間部分由空間GPS衛星星座組成。（2）控制部分 控制部分包括地球上所有監測與控制衛星的設施。（3）用戶部分 GPS用戶部分包括GPS接收機和用戶團體。2．GPS定位服務 聯邦無線電導航計劃中規定的GPS定位服務包括精密定位服務（PPS）和標準定位服務（SPS）。（1）PPS 授權的精密定位系統用戶需要密碼設備和特殊的接收機，包括美國軍隊、某些政府機構以及批准的民用用戶。（2）SPS 對於普通民用用戶，美國政府對於定位精度實施控制，僅提供SPS服務。SPS服務可供全世界用戶免費、無限制地使用。3．GPS設備成本 GPS接收機的價格差異很大，一般取決於接收機的功能。小型民用SPS接收機的價格不足200美元。[1]北斗系統中國這個要逐步擴展為全球衛星導航系統的北斗導航系統(COMPASS)，將主要用於國家經濟建設，為中國的交通運輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災害預報、通信、公安以及其他特殊行業提供高效的導航定位服務。建設中的中國北斗導航系統(COMPASS)空間段計劃由五顆靜止軌道衛星和三十顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。北斗衛星將逐步擴展為全球衛星導航系。中國將陸續發射系列北斗導航衛星，逐步擴展為全球衛星導航系統。[4]2003年5月25日，我國成功地將第三顆「北斗一號」導航定位衛星送入太空。前兩顆「北斗一號」衛星分別於2000年10月31日和12月21日發射升空，第三顆發射的是導航定位系統的備份星，它與前兩顆「北斗一號」工作星組成了完整的衛星導航定位系統，確保全天候、全天時提供衛星導航信息。這標誌著我國成為繼美國全球衛星定位系統(GPS)和前蘇聯的全球導航衛星系統(GLONASS)後，在世界上第三個建立了完善的衛星導航系統的國家，我國的「北斗一號」衛星導航系統是一種「雙星快速定位系統」。突出特點是構成系統的空間衛星數目少、用戶終端設備簡單、一切複雜性均集中於地面中心處理站。「北斗一號」衛星定位系統是利用地球同步衛星為用戶提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務的一種全天候、區域性的衛星定位系統。系統的主要功能是：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航信息。2、通訊：用戶與用戶、用戶與中心控制系統間均可實現雙向短數字報文通信。3、授時：中心控制系統定時播發授時信息，為定時用戶提供時延修正值。「北斗一號」的覆蓋範圍是北緯5°一55°，東經70°一140°之間的心臟地區，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，設立標校站之後為20米(類似差分狀態)。工作頻率：2491.75MHz。系統能容納的用戶數為每小時540000戶。2007年2月3日零時28分，我國在西昌衛星發射中心用「長征三號甲」運載火箭，成功將北斗導航試驗衛星送入太空。這是我國發射的第四顆北斗導航試驗衛星，從而拉開了建設「北斗二號」衛星導航系統的序幕。2007年4月14日，我國又將成功將第五顆「北斗」導航衛星送入太空。「北斗」導航衛星系統是世界上第一個區域性衛星導航系統，可全天候、全天時提供衛星導航信息。與其它全球性的導航系統相比，它能夠在很快的時間內建成，用較少的經費建成並集中服務於核心區域，是十分符合我國國情的一個衛星導航系統。 「北斗」導航定位衛星工程投資少，周期短；將導航定位、雙向數據通信、精密授時結合在一起，因而有獨特的優越性。中國正大力建設「北斗」衛星導航系統，計劃在2008年左右滿足中國及周邊地區用戶對衛星導航系統的需求，並進行系統組網和試驗，2010年逐步擴展為全球衛星導航系統。「北斗」衛星導航系統除了在我國國家安全領域發揮重大作用外，還將服務於國家經濟建設，提供監控救援、信息採集、精確授時和導航通訊等服務。可廣泛應用於船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業、漁業生產、水文測報、森林防火、環境監測等眾多行業。[3]北斗衛星導航系統是中國自主建設、獨立運行，並與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統，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的定位、導航、授時服務，併兼短報文通信能力。北斗衛星導航系統正按照「三步走」的發展戰略穩步推進。第一步，2000年建成北斗衛星導航試驗系統，使中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。第二步，建設北斗衛星導航系統，2012年左右形成覆蓋亞太大部分地區的服務能力。第三步，2020年左右，北斗衛星導航系統將形成全球覆蓋能力。[5]GLONASS系統（「格洛納斯」系統）「格洛納斯」GLONASS是前蘇聯從80年代初開始建設的與美國GPS系統相類似的衛星定位系統，覆蓋範圍包括全部地球表面和近地空間，也由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成。雖然「格洛納斯」系統的第一顆衛星早在1982年就已發射成功，但受蘇聯解體影響，整個系統發展緩慢。直到1995年，俄羅斯耗資30多億美元，才完成了GLONASS導航衛星星座的組網工作。此衛星網路由俄羅斯國防部控制。GLONASS系統由24顆衛星組成，原理和方案都與GPS類似，不過，其24顆衛星分布在3個軌道平面上，這3個軌道平面兩兩相隔120°，同平面內的衛星之間相隔45°。每顆衛星都在19100千米高、64.8°傾角的軌道上運行，軌道周期為11小時15分鐘。地面控制部分全部都在俄羅斯領土境內。俄羅斯自稱，多功能的GLONASS系統定位精度可達1米，速度誤差僅為15厘米/秒。如果需要，該系統還可用來為精確打擊武器制導。俄羅斯對GLONASS系統採用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優於加SA的GPS。不過，GLONASS應用普及情況則遠不及GPS，這主要是俄羅斯並沒有開發民用市場。另外，GLONASS衛星平均在軌壽命較短，由於俄羅斯航天局經費困難，無力補網，導致軌道衛星不能獨立組網，只能與GPS聯合使用。致使實用精度大大下降。2003年的伊拉克戰爭對俄羅斯產生了相當大的震動，迫使俄羅斯領導層再次對太空的軍事用途重視起來。普京總統曾強調，出於國家安全戰略的考慮，俄羅斯應該使用本國的「格魯納斯」系統，而非美國的GPS或者是歐洲的「伽利略」導航系統。俄羅斯正在著手GLONASS系統的現代化改進工作，新一代「GLONASS-M」型導航衛星已陸續投入發射，開始使用。日前俄羅斯官方宣布，從2007年起，俄全球衛星導航系統「格洛納斯」將全面啟動民用商業服務計劃，「格洛納斯」系統為俄羅斯公民提供不限制精度的導航定位服務，將有助於促進民用衛星導航市場的發展。為「格洛納斯」帶來新的生機，軍轉民計劃有望使GLONASS獲得新的生機。2015年，「格洛納斯」系統實際在軌衛星達17顆，到2007年底，「格洛納斯」系統將覆蓋整個俄羅斯，屆時該系統衛星總數將增加到18顆；而到2009年末，該系統衛星總數將增加到24顆，真正實現全球定位導航。屆時，GLONASS系統將具備與美國GPS系統相抗衡的實力。[3]系統簡介1．GLONASS系統概述 1982年，俄羅斯衛星導航系統GLONASS的第一顆衛星升空，從此開始應用於測量與導航領域。2．GLONASS定位技術 GLONASS的定位技術與GPS相同，即以精確的定時和衛星量程計算為基準來進行。3．GPS與GLONASS系統比較 GPS和GLONASS系統有很多相似之處，但很明顯GLONASS努力採用較少的衛星數量。[1]Galileo系統（「伽利略」系統）Galileo系統總投資達35億歐元的伽利略計劃是歐洲自主的、獨立的民用全球衛星導航系統，提供高精度，高可靠性的定位服務，實現完全非軍方控制、管理，可以進行覆蓋全球的導航和定位功能。歐盟發展「伽利略」衛星定位系統可以減少歐洲對美國軍事和技術的依賴，打破美國對衛星導航市場的壟斷。法國總統希拉克曾表示，沒有「伽利略」計劃，歐洲「將不可避免地成為附庸，首先是科學和技術，其次是工業和經濟」。「伽利略」計劃是一種中高度圓軌道衛星定位方案。「伽利略」衛星導航定位系統的建立將於2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發射30顆衛星，其中27顆衛星為工作衛星，3顆為候補衛星。衛星高度為24126公里，位於3個傾角為56度的軌道平面內。該系統除了30顆中高度圓軌道衛星外，還有2個地面控制中心。歐盟伽利略計劃的首顆衛星在2005年12月28日升空，第二顆衛星預計在2015年發射。由於伽利略計劃採用歐盟公共機構和聯盟內私營企業合營的方式，而各國私營企業遲遲未就權利和利益分配達成妥協。歐盟相關發言人承認，由於上述問題的存在，伽利略系統實現商業運行的時間已經被推遲到了2011年甚至更晚。作為一個大型戰略性國際合作項目，伽利略計劃的實施進展關乎多方利益。到目前為止，歐盟已經與中國、以色列、美國、烏克蘭、印度、摩洛哥和韓國分別簽署了合作開發協議，並正在與阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、馬來西亞、加拿大以及澳大利亞等國進行合作談判。中國是最早與歐盟簽訂伽利略計劃合作協議的非歐盟國家，承諾的投資總額達2億歐元。可以說，作為歐盟日益重要的全球合作夥伴之一，中國參與伽利略計劃是中歐雙方共同的經濟和戰略利益需要。與美國的「全球定位系統」(GPS)相比，建成後的伽利略系統將具備至少3方面優勢：首先，其覆蓋面積將是GPS系統的兩倍，可為更廣泛的人群提供服務；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，「GPS只能找到街道，而伽利略系統則能找到車庫門」；第三，伽利略系統使用多種頻段工作，在民用領域比GPS更經濟、更透明、更開放。伽利略計劃一旦實現，不僅可以極大地方便歐洲人的生活，還將為歐洲的工業和商業帶來可觀的經濟效益。更重要的是，歐洲將從此擁有自己的全球衛星定位系統，這不僅有助於打破美國GPS系統的壟斷地位，在全球高科技競爭浪潮中奪取有利位置，更可以為建設夢想已久的歐洲獨立防務創造條件。[3]Galileo系統的提出 1999年6月召開的歐洲交通運輸部長會議通過了撥款3700萬歐元完成被稱為Galileo的新一代衛星導航系統。2008年投入運營。2.Galileo系統的選擇與挑戰 如何開發Galileo系統最終將在2000年下半年的歐洲交通運輸部長會議上作出決定。3.Galileo系統的性能 Galileo系統提供3種等級的性能： ·全球·地區·局域。4.Gaiaieo系統的業務類型 系統還定義了3種類型的業務： ·開放接入業務（OAS）。·一類控制接入業務（CAS1）·二類控制接入業務（CAS 2）。5．Galileo系統的體系結構 Galileo系統的星座可由9顆靜止衛星與21顆中軌道（MEO）衛星或者完全由30顆MEO 衛星組成。6.Galileo系統與GPS和GLONASS的兼容性 射頻兼容性對於實現三個系統的互操作至關重要：系統不能相互干擾或降低接收機的性能。[3]GPS發展歷程GPS的發展大約經歷了幾個階段：第一階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年，共發射了4顆試驗衛星。研製了地面接收機

全球衛星導航系統及建立地面跟蹤網。第二階段為全面研製和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續發射了7顆試驗衛星，研製了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。第三階段為實用組網階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，表明GPS系統進入工程建設階段。1993年底實用的GPS網即(21+3)GPS星座已經建成，今後將根據計劃更換失效的衛星。[6]參考資料1.衛星導航系統．百度文庫[引用日期2015-02-25]2.衛星導航系統．百度百科[引用日期2015-02-25]3.全球四大衛星定位系統．360doc[引用日期2015-02-25]4.北斗衛星將逐步擴展為全球衛星導航系統．騰訊新聞[引用日期2015-02-25]5.中國"北斗"今起提供定位、導航、授時等試運行服務．新華網[引用日期2013-12-10]6.GPS的發展歷程及世界三大GPS系統的課題研究．百度文庫[引用日期2015-02-25]詞條標籤：詞語，航空航天，科技
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