浅析全球四大定位系统

浅析全球四大定位系统

说起卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，但是现在众多卫星定位导航系统也逐渐兴起。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，它们并称“全球四大定位系统”。

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。

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。

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。