全球四大卫星定位系统课稿

全球四大卫星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，伴随着众多卫星定位导航系统的兴起，全球卫星定位导航系统有了一个全新的称呼：GNSS(Global Navigation Satellite System)。

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。

一、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。

二、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。

三、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。

四、中国在大力参与伽利略计划的同时，始终没有放弃开发自有卫星导航系统的努力。

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。