全球导航卫星系统辅助

全球导航卫星系统辅助（共9篇）

全球导航卫星系统辅助 篇1

摘要：全球导航卫星系统定位技术-辅助性系统是在传统卫星定位的基础上进行扩充, 将无线网络技术运用在上面与之结合, 有无线网络技术的各种优点。辅助系统数据大大缩短了定位所需的时间, 即使是在信号非常弱的地方依然可以定位, 另外它还使传感器的灵敏度大大提高。但该辅助系统还存在着一定缺陷, 它必须满足特定的观测条件才能使用, 一旦这些条件不符合, 就无法进行定位。所以如何通过其他路径来满足定位的条件, 成为辅助系统定位技术成功的关键, 文章就该项技术进行深入剖析。

关键词：全球导航卫星系统辅助,增强定位技术,要点分析

1 全球导航卫星系统辅助的概念

GPS定位满足的条件必须是可以看见人造卫星或轨道所经过的地方, 而辅助全球卫星定位系统结合手机基地站的资讯与GPS卫星, 进而缩短定位所需的时间。这项技术就是对原来的传统的GPS数据传输路线进行了改造, 原来是直接找卫星而现在是找基站, 是一种更高级的定位技术。

2 普通GPS系统与AGPS系统的比较

普通的GPS系统由2部分构成:GPS卫星、GPS接受器.与普通的GPS相比, A-GPS系统在普通的GPS系统基础上增加了一个辅助服务器.由于A-GPS受到一些条件限制, 如接收器的工作功率、它所处的地理位置, 使得获得的定位效果没有理想中的完美。AGPS中的接受器通常结合较高功率的辅助服务器一起接入网络。即使蜂窝系统的覆盖率对它有着直接的影响, 但是由于A-GPS接收器接受到的任务可以传递到辅助服务器, 而辅助服务器亦可有权利探访接收器的任务实现相互的共享。所以A-GPS具有普通的GPS系统无法比拟的优势, 它的处理速度比传统的GPS更快, 效率也比普通GPS更高。随着在蜂窝移动通信系统应用在A-GPS系统中, AGPS系统可以利用一些移动设备如通过手机定位服务器, 平板电脑服务器等, 作为辅助服务器帮助GPS接收器完成测距和定位服务。以前心想要是能将网络与手机的GPR接收器连接在一起就好了, 这样就可以随时随地定位。自从有了辅助服务器解决了这一难题, AGPS比普通GPS多了一个辅助服务器来接受GPS信号, 由于辅助服务器的接收器有比GPS接收器强大得多的功率来接受GPS信号, 有了这种优势, 网络终于与GPS接收器一起进行通信了。在移动网络的帮助下, 有辅助接收器的效率GPS比没有辅助服务器协助的时候有了质的飞跃, 原因很简单, 因为辅助服务器帮接收器分担了一些任务, 加快了进程, 从而提高了速度。个标准的GPS成功的进行定位, 需要以下2个基本条件:一个完全通透的视野、最低不能少于4颗GPS卫星。通过接收到的信息计算出的数据转换为坐标图的方式得出自己或别人的位置, 在这一过程中充当重要角色就是要有足够大的功率, 使用AGPS, 接收GPS信号都是用辅助器充当计算器来计算定位的位置。AGPS技术是利用GSM系统、GPS系统与传统卫星定位, 这个过程中基地台充当了一个桥梁帮助代送辅助卫星信息, 从而大大缩短了GPS芯片获取卫星信号的延迟时间, 信号微弱的窄空间内也能借基地台讯号弥补, 让GPS芯片有了一定程度上的独立性, 从而减轻GPS它对卫星的依赖。和普通的GPS相比具有定位范围广、延时短、省电、效率高等特点。每个人都希望理想误差范围越小越好, 而APGS不负众望成功将误差控制在10公尺以内, 一些技术发达的国家如日本、美国已熟练掌握该技术并且成功的应用在许多行业。

3 定位技术的原理

AGPS需要他的服务器终端和网络一起接收到信息, 原理是:首先必须有一个载体向服务器终端传递辅助AGPS信息, 那个载体就是移动网络。有了这些信息, 卫星就可以很迅速的被终端服务器抓获, 进而得到GPS卫星的测量信息, 再下一步就是由无线网络将接收到的测量信息传递给网络中的定位服务中心, 通过相关的计算方法迅速计算出移动终端当前所处的位置。为什么能够很快计算出, 是由于它利用网络端调节一个清晰的视野结合持续工作的接收机同时捕捉GPS信号, 使得能更快的得到辅助的数据。与此同时, 移动网络保持连接状态, 根据定位要求, 辅助数据是为提高传感器的性能而服务, 使之更具效率性。然后用网络来取代传统GPS接收机的大部分作用, 来处理接收的信息。这种方法通过许多设备的一系列作用产生复制码, 再经过捕捉到的信息修正测量, 得到的这些参数大大降低了接收时间。网络端再运用方法计算, 使得精确度提高。另外一个是由于建筑物遮挡造成信号薄弱, 以至于服务器终端难以接收到GPS信号, 人们都知道移动网络都是用蜂窝小区识别号来进行定位的, 而AGPS为了解决这一问题, 在室内及在城市内高楼建筑物旁也巧妙的运用这一方法。利用移动通信网络中的蜂窝小区识别号定位, 当终端安置在屋内时, 就采用备份方案来进行终端的定位, 可能精确度没有想象中的完美, 但毋庸置疑肯定比没有定位技术传统的终端强。综上所述, 利用AGPS技术进行定位, 提高了精确度, 又弥补了GPS方式的缺陷, 具备得天独厚的优势。由于AGPS终端比传统的GPS接收器简化了许多过程, 计算位置信息并不是由手机自身, 网络取代了这一功能, 使得终端接受信息更为简单, 最令用户兴奋的是手机的功耗就会降低, 延长手机电池的使用时间。和传统的GPS终端使用相比大大缩短了人们接收信息的时间, 利用网络端传来的GPS辅助数据, 手机大概几秒钟就可以很快捕捉到GPS信号, 极大地提高定位服务的质量, 最后就是兼容的AGPS技术和GPS发挥双重功效, 使得定位技术越来越满足用户需求, 更好的适应社会攻克了GPS在城市中因为障碍而无法使用的难题。

4 A-GPS的定位计算方法

A-GPS有2种定位计算方式:MS-Based方式、MS-Assisted方式。MS-Based方式是由计算由终端完成;而MS-Assisted方式则是在网络提供的测量数据下对于2种计算方式总结出优缺点, MS-Assisted的长处在于它是在终端的辅助下完成的, 所以对终端的配置要求较低, 但其接受信息速度慢、不适合在紧急情况下使用。而MS-Based方法的优点是它的定位的速度非常快, 适合在短时间内的且连续的定位, 即使在网络断开无法使用时, 也可以通过自身实现GPS功能来定位、方便、可靠性强, 并且它不需要多么高级的网络技术, 不用太多成本。对大多数人来说, 后者是成为其计算方式的首选。

5 A-GPS的应用

GPS系统的主要就是为了利用精确的位置信息这一特性而被推广, 各行各业大多应用这一技术, 但平民百姓们对他还是很陌生的, 但自从网络运营商们聪明的将AGPRS运用到移动设备后, 通过其广告宣传、市场推广, 使得观众对这高精确度技术的了解更进一步, 这一技术被车辆及其它运输工具行业广泛运用, 是在所有的应用比例中排名第一, 人们都知道在高速路上驾车时每位司机的速度都非常快, 所以对位置的精确度要求非常高。车辆一般都安装2大类应用系统:车辆GPS跟踪系统、车辆GPS导航系统。对于那些要求高效率和高安全性的行业有了它事半功倍, 比如警车有了它可以帮助警察更快抓住罪犯, 还有押运车、救护车、火警车等任务的车辆, 这种高精度的位置服务是极其重要的;对于计程车、公交车、私家车采用AGPS定位服务, 则可以节省更多的时间;对于个人当迷失在森林, 任何一个荒芜的地方都可以让他人迅速的找到自己;对于那些不放心自家小孩的家长, 非常有必要, 家长们可以利用这种技术, 掌握自家孩子的动向, 一旦遭遇传销、歹徒分子我们可以在尽量短的时间内将孩子们营救出, 减少悲剧的发生。

6 结语

随着人类对定位业务的要求越来越高, 精准的定位也成为人们购买移动设备必考虑的条件之一。作为到目前为主定位精度最高的, 延时性短移动定位技术, 虽然还存在这一定的缺陷, 但科学是在不断进步, 人们还有无限的进步空间, A-GPS在未来的应用空间也会越来越广泛, 我国的领土面积大, 人口重大, 无疑为AGPS创造了巨大的需求市场, 所以说定位技术在我国有着美好的前途。

参考文献

[1]张光华.全球导航卫星系统辅助与增强定位技术研究[J].哈尔滨工业大学, 2013 (5) .

[2]万晓光.伪卫星组网定位技术研究[J].上海交通大学, 2011 (10) .

[3]苏先礼.GNSS完好性监测体系及辅助性能增强技术研究[D].上海:上海交通大学, 2013.

全球导航卫星系统辅助 篇2

在之前的时间里，我国的北斗人在这里先后发射了54颗北斗卫星。这组网内的最后一颗卫星成功升空并步入轨道，标志着北斗系统全球组网的全面完成，意义极其重大。今后，北斗系统将广泛应用于手机导航服务、智慧城市建设、现代农业发展、灾害预警预报、实施抢险救灾等方面，为人民的生产生活各领域提供优质服务，是保障民生和安全的“千里眼”。

北斗是我们当之无愧的“国之重器”。北斗是中国北斗卫星导航系统的简称。北斗系统今天的高光时刻背后，是几代北斗人的不懈努力。我们用20多年时间，走完了国外在卫星导航系统方面40年的发展道路，创造了世界卫星导航发展史上的奇迹。回顾20多年的历程，我们一路艰辛。自上世纪80年代起，我国就开始着手探索发展卫星导航系统，经过一代代科学家的不懈努力，我国于底建成了北斗一号系统，向本国提供服务;于底建成了北斗二号系统，向亚太地区提供服务;今年全面建成了北斗三号系统，将向全球提供服务。这是我国自主建设、自行研制、独立运行的三代全球卫星导航系统，是当之无愧的国之重器，是我们中华民族的骄傲。

北斗将让我们真切感受“科技改变生活”。北斗导航系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高的巨型复杂航天系统，是与百姓生活关联度最紧密的公共服务系统。系统建成后，可以极大地方便我们的生产生活。它可以提供静态厘米级、动态分米级的高精度定位、0.2米/秒的测速服务，精准定位服务可达到10米级精度。它可以为国家提供准确的海洋监测数据，为海上作业提供精准的天气服务。它将使我们手中的手机应用更加广泛，变得更智能。它将为无人驾驶的农业机械提供导航服务，极大地提高效率解放人力，促进农业现代化进程。它将为森林防火、林业资源保护、应急救援提供精确的数据信息。它将使我们的车辆定位、导航、无人驾驶等更加精准，智慧交通将更加安全。它将使国际合作更加广泛，在能够为全球提供优质服务中，让我们在国际上的“朋友圈”持续扩大。

北斗已成为我国综合国力的“太空标签”。北斗卫星的成功发射，不仅是“中国速度”，更是一种“中国精度”，是国家的太空基础设施。目前，虽然外国的GPS系统综合性能暂时领先全球，但我们的北斗系统正在逐步赶超之中，并且在测速与授时精度方面，北斗三号已与GPS全球授时精度持平;在增强系统加持下精度可达1米，已远远优于GPS全球定位的精度水平。北斗系统的全面建成，必将为我国卫星导航产业新一轮发展提供强大推力，这意味着我国卫星导航服务的规模化、产业化、国际化水平正进一步提升。我们坚信在不久的将来，北斗系统必将实现超越，领先全球。

全球卫星导航，谁家更出彩 篇3

只受人类想象力限制的应用

卫星导航系统是解决时间和位置的问题，即在哪里、什么时候。卫星导航是目前人类导航发展史上，实现空间和时间信息有机统一的最佳、最有效、最廉价的手段。卫星导航系统不仅是国家重大空间基础设施，还是国家安全的重要支撑，尤其是国家网络信息安全的重要支撑，是军队一体化联合作战的关键保障，更是战争中武器效能的倍增器，是国家战略威慑的重要组成部分。

随着卫星导航系统民用开发和推广，几乎所有的行业都会用到卫星导航，因此越来越成为经济社会发展的重要支撑。对于卫星导航的应用，业内是这么说的：卫星导航应用只受人类想象力的限制。

如今，卫星导航已成为继互联网和移动通信之后第三大经济增长点，据相关权威单位预测，其应用生产的增长率大概超过25%，预计到2020年，全球的产值要超过4千亿美元。

国际战略博弈的重点

鉴于卫星导航的重要性，它现已成为国际战略博弈的重点。世界主要国家相继斥巨资建设和发展卫星导航系统，同时出台相应的战略和政策，争夺核心利益，主要包括资源、市场、人才、资金等。

卫星导航系统简称为GNSS系统，目前全球卫星导航系统主要包括：美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗、欧盟Galileo。卫星导航系统作为一种天基无线电系统，频率资源是系统建设和运行的必备基础。由于频率资源的稀缺性，在GNSS俱乐部中，各大国均将其视为战略性资源予以激烈争夺。为此，国际上明确规定，所有频率资源都要向国际电联提出申请，由国际电联根据无线电规则进行划分并组织各国协调。由于美国GPS和俄罗斯GLONASS两系统建设在先，全球最佳、以及大部分的频率资源均已被美国和俄罗斯抢先占据，留给中国北斗和欧盟Galileo两系统可用的频率资源屈指可数，因此，中国北斗系统建设面临更大的挑战。

世界上第一个全球卫星导航系统是美国的GPS，于1973年起步，1993年底建成，在轨工作卫星31颗，系统定位精度：民用10米，军用3米。早在1991年，美国GPS开放民用，定位精度是100米，但事实上那时候已经可以达到20至50米，但当时美国并不希望全世界其他国家使用其高精度卫星导航服务，所以人为地加了干扰码。后来，美国为了尽早抢占市场，于克林顿任总统期内取消干扰码，这在当时一度引起轰动。目前美国GPS全球市场占有率在90%以上。

俄罗斯GLONASS，是世界上第二个全球卫星导航系统。起步很早，但是由于技术以及当时前苏联解体带来的经济上的困难，再加上其组织管理理念还受计划经济时期的影响，民用方面并未充分开发。普京担任总统以后，恢复重建GLONASS，并将此作为一个重大战略举措，但是目前这个系统的定位精度，从测试的应用角度来看，不如中国北斗系统。

欧盟Galileo，由欧盟15个成员国共同构建。当时欧盟打着“为欧洲市场和民用市场提供自己的卫星导航系统”的旗号，实质上是为了更好的服务于欧盟国家的国防和战略安全需要，因此刚开始欧盟提出来时，美国极力反对，并且通过各种途径做欧盟的工作，阻止欧盟建设自己的卫星导航系统。后来在Galileo启动建设之初，中欧双方曾开展过中欧Galileo合作，随着中国自主建设的北斗系统发展，欧洲对中国经济的依赖变弱；尤其是北斗系统自身建设的能力提升给Galileo带来压力，中欧Galileo合作日渐萎缩。根据Galileo建设计划，2016至2017年，欧盟预计发射18颗卫星，具备初始运行能力，这对于计划2020年具备全球服务能力的北斗系统形成了一定压力。

日本QZSS主要是区域系统，于2000年启动建设，2010年发射首颗卫星，计划2020年建成由7颗卫星组成的区域卫星导航系统，目前在轨工作卫星1颗，覆盖亚洲和大洋洲地区，可提供5米左右的定位精度，由于日美战略同盟，因此日本QZSS，同时也是美国GPS系统的区域增强与补充。

北斗导航的优越性

前段时间，网上流传一则非常火爆的信息：“80后中科院美女学霸冷漠回应：‘想破解中国北斗导航，建议更简单些的方式：那就是造时空穿越机穿越到北斗军码设计时在旁边偷听好了。”霸气回复，无疑让人加大对北斗导航技术的探窥之意。

这则新闻的背后是之前网传清华女生破解北斗的新闻，这位美女科学家解释说，事实上2012年，我国已经公布了北斗的ICD文件，告诉了大家北斗的民码格式。实际上清华女生只是破译了北斗的民码信号的伪码序列。北斗建设过程当中，民码的设计和GPS、伽利略都一样，并没有特殊设计。因此，她想破解这个没有经过加密的民码信号，是没有技术难度的，从科学研究的角度来讲就是一个信号检测与估计的问题。北斗除民码之外，还有军码，这是经过了加密等特殊设计，非常稳定可靠。

日前，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在北京出席一会议时介绍，目前卫星导航系统有两种体制，一种是无源体制，即“收音机模式”，收到信号就可以定位；一种是有源体制，类似“手机模式”，需要和卫星之间进行沟通。北斗既有有源体制，也有无源体制，即可以实现位置报告，同时可以进行短信通信，这也是北斗系统的最大特点，属于中国独创技术。

在此举例假设下，如果鲁宾逊现在带着卫星导航设备漂流到某孤岛，他若用GPS，只能知道自己在什么位置，却无法通知别人前来救援，但若用北斗导航，既可以知道自己在哪，还可以把位置发送到方圆几十公里、几百公里甚至千里之外寻求救援。

至于北斗导航好不好用，若问中国出海渔民，肯定赞誉不断。以往，他们远航一走几个月，音讯全无，令家人担心不已。如今，带上北斗导航，可以一边打鱼，一边与家人聊天，随时保持联络。在使用中，北斗系统不仅提供了位置、导航和授时等功能，而且还提供通信功能，以至于有时候渔民们聊开心了，一不小心在公海遭他国海警或军舰拦截，对方上来第一时间就是找北斗导航，以免他们的行为随时可能被传到中国大后方而成为一种不利于他们的证据。北斗导航已成为渔民出海的保护神器，不仅导航、通讯，还提供了有力的安全保障和维权的必要证据，因此，有渔民甚至把北斗跟妈祖一样捧上神坛供着。

现在，北斗系统作为《国家中长期科学和科技发展规划纲要（2006至2020）》确定重大专项之一，正在按计划稳步推进。已先期于2012年年底面向亚太地区正式提供区域服务，计划2018年进一步扩展向“一带一路”沿线国家提供服务，2020年建成由30余颗卫星构成全球卫星导航系统，面向全球提供服务。

全球卫星导航系统 篇4

1 美国全球定位系统GPS

GPS拥有24颗导航卫星，使用码分多址的技术在两个频率广播测距码和导航数据。GPS的定位速度非常快而且精确度很高，还可以提供连续的速度和位置变化信息，这使它在导航系统中占据了相当重要的地位。

布局：21颗卫星（另外3颗备用）分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。定位精准度很高甚至达到毫米级，但对民用开放的精度只有10米。

GPS测量不需要测量站之间可视，这就使得测量工作的地址有更多的选择性，产生的费用也随之降低。随着现代科技的发展，自动控制技术的进步，某些观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。有的工作需要长时间连续工作，使用人工操作难度是相当大的，而使用GPS则可采用数据通讯方式，将收集到的信息直接传送到处理中心完全实现自动化。

WGS84坐标系统是为GPS的使用而建立的，现已成为使用最广范的基准标准系统，因而使用GPS测量得到的结果是相关联的。

2 俄罗斯“格洛纳斯”系统GLONASS

俄罗斯的GLONASS，作为导航系统其基本构成和功能都与GPS相似，可用于定位测速等。该系统共有24颗卫星投入使用，与GPS不同的是其卫星识别采用频分多址，每一颗卫星都占用一个单独的频率。GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。所有卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。

布局：已有21颗卫星（另外3颗备用），分布于3个轨道平面，导航精度在5至6米左右，而为民用使用的精度同样也只达到10米。它的定位精度比GPS略低，采用三星定位方式。

与GPS、Galileo以及北斗相比，GLONASS的定位精度稍微低一些，但由于GLONASS采用的是频分多址，各个卫星的载波频率都不一样，故它能够很好的避免整个系统同时被干扰，即抗干扰能力最好。也因为它与其它三个系统的卫星识别方式不同，其接收机不可能通用，所以在今后它将面临巨大的成本压力。

3 欧洲“伽利略”系统Galileo

欧洲为了满足本地区导航定位的需求，同时又不愿过于依赖美国的GPS系统，于是开始自行研发，Galileo系统应运而生，欧盟建立了自主的民用全球卫星定位系统。

布局：计划30颗卫星（其中3颗备用），分布于3个倾斜角为56度的轨道，轨道位置离地面高度约为24000千米，定位误差不超过1米。目前，Galileo的建设还未完成，投入实际使用的卫星只有26颗，剩余卫星将于近期发射入轨。Galileo对外开放的定位精度为10米左右，然而对于一些特殊的商用服务其精度可达到10厘米。

相比GPS,Galileo的每颗卫星都安装有特殊的收发器，即当用户发生危险时可发送求救信号，此信号被Galileo的卫星接收后会直接转发到救援中心，以便救援中心调配工作。

Galileo卫星导航定位系统的设计功能强大，它的建成将明显改善全球卫星导航定位领域的服务质量。可以看出Galileo卫星导航定位系统是非常具有潜力的，对未来的科技经济灯方面有着至关重要意义。

4 中国“北斗”系统

2012年已投入使用的北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，目前服务范围已覆盖亚太地区。北斗卫星导航系统的空间端为35颗卫星，主控站、注入站和监测站构成了系统的地面端，用户端由北斗用户终端以及与GPS、GLONASS、Galileo等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

布局：总共有35颗卫星，其中包含30颗非静止轨道卫星和5颗静止轨道卫星，目前已有16颗卫星处于运营状态，定位精度10米。采用双星定位，能实时为用户确定其所在经纬度和海拔高度。

其实北斗卫星导航系统距离我们普通人并不遥远，现在的手机以及车载导航系统只要装有北斗的接收芯片，都可以使用北斗系统的定位和导航功能快速查找和选择所需的路线。北斗在气象方面的应用，对我国的天气预报准确度和气象数据的分析有极大的帮助，提升我国天气预警业以及防灾减灾的能力。

北斗卫星导航系统可以对飞机的位置进行实时定位，将它与其它的导航设备配合使用，信息将更加精确，这便使得航空运输更加安全可靠。到2020年，35颗卫星将全部投入使用，北斗系统的建设全面完成，那时它将成为与国外先进卫星导航系统技术服务不相上下的全球卫星导航系统，授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳秒。此外还具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力，并且满足各种载体需要。此时系统服务范围将由我国及亚太地区变为面向全球，定位也更加精确。与此同时，系统安全性能也必然更有保障，对于短报文的通信性能方面也会得到进一步改善。

5 结语

就目前的系统而言，北斗和GPS处于领先位置，GLONASS略逊一筹，Galileo处于建设阶段还不能实际运用。北斗在精确度和完好性方面略有优势，而GPS在连续性和可用性方面更出色，GLONASS的抗干扰能力却是其中最强的，几种卫星导航系统各有所长，随着科技的不断进步，系统将会更加成熟完善。

摘要：卫星导航系统,即“全球卫星导航系统”。其主要采用了最新的GPS导航技术。卫星导航系统现在已被广泛使用,特别是在民用航空领域,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。本文对世界范围内处于领先的四大卫星导航系统进行了分析比较,探讨了各个系统的未来发展趋势。

全球导航卫星系统辅助 篇5

6月25日2时09分，我国在西昌卫星发射中心成功发射第46颗北斗导航卫星，这是北斗三号系统的第21颗组网卫星、第二颗倾斜地球同步轨道卫星，它将与此前发射的20颗北斗三号卫星组网运行，进一步提升北斗系统的覆盖能力和服务性能。改革开放40年，风云激荡，中国导航卫星从无到有，北斗走出了一条带有中国特色的发展道路，演绎了一场波澜壮阔的东方传奇。

始终秉初心，不陷于困境，“石以砥焉，化钝为利”。“大雪压青松，青松挺且直。”面对千难万险，北斗人的初心始终“挺且直”。回首往昔，面对自身卫星导航起步晚，国外技术封锁，又没有任何经验可以借鉴的巨大困难，中国北斗人以大决心、大毅力选择自主创新，不给自己留退路;面对摸索中接二连三的困难，先驱者“灯塔计划”的未果而终，科研一次次回到起点，中国北斗人以义无反顾的决绝选择不忘初心，认定初心，勇往直前、锲而不舍地往上攀、走下去;面对北斗是一步跨到全球组网还是分阶段走的路口抉择，中国北斗人以稳扎稳打、不骄不躁的心态选择立足国情，“先区域、后全球”的思路，科学铺开“三步走”的北斗之路。正是千难万难的千磨万击，千锤百炼，铸就了中国北斗人永不服输的劲儿，攻克一系列技术难题，为中国北斗升入星空提供了源源不断的强大推力。

始终秉初心，不盲于求成，“如切如磋，如琢如磨”。“工人莫献天机巧，此器能输郡国材。”导航卫星最讲精准、最需精确，所谓失之毫厘谬以千里是最客观的描述。46颗北斗导航卫星密集发射的背后，不难发现是中国北斗人更为严苛的标准，对精益求精的不懈追求。20多年的波澜壮阔的背后，是一个个如航天科技集团五院北斗三号卫星总体主任设计师刘家兴对“一纳秒”较上劲的北斗人，是一个个如王金刚始终坚持对待任何不符合性、一定要把它彻底地消除掉才能发射的北斗人，是一个个为了修改单机软件设计存在的瑕疵而不眠不休、反复测试的北斗人始终不忘初心，追求卓越。正是这永不满足、精益求精、臻于至善、万无一失的态度，蕴育了中国北斗人“不带一丝隐患上天”的较真劲儿，精准将一颗颗卫星送入太空，让中国北斗走出中国、走出亚太、走向世界，闪耀星空。

始终秉初心，不止于自满，“百尺竿头，更进一步”。“虽比高飞雁，犹未及青云 。”中国北斗卫星发展迅速，虽然取得了大量突破，超过了欧洲和俄罗斯的卫星导航系统，但中国北斗人始终保持清醒的头脑，清醒地认识到与美国的GPS系统还有差距，距离实现“三步走”目标还有距离。第46颗北斗导航卫星的成功发射，再次向世界展示了中国北斗永不自满、永不停歇、不断创新的精气神，始终秉持初心，心如明镜，不骄不躁，永远在路上，始终迈着坚定又自信的步伐，不断向着服务范围覆盖全球、2035年建设完善“更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系”的目标砥砺前行。

全球导航卫星系统辅助 篇6

北斗卫星导航是我国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统, 能够提供高精度、高可靠的导航、定位和授时服务。目前, 这一系统已经进入发射组网阶段, 系统建设稳步推进。

中国将本着开放、独立、兼容、渐进的原则, 发展自主的全球卫星导航系统, 其“三步走”发展路线图为:第一步, 从2000年到2003年, 我国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统, 成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步, 建设北斗卫星导航系统, 于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力。第三步, 于2020年左右, 北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

全球导航卫星系统发展现状及应用 篇7

当代全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System简称GNSS) , 泛指以美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国Bei Dou、欧洲Galileo为核心的全球卫星导航系统以及区域增强系统。自1978年第一颗GPS卫星入轨以来, 35年间, GPS已在社会, 军事, 经济等领域中发挥了巨大的作用。

1 GNSS的发展及现状

1.1 美国GPS

1958年, 美国詹斯·霍普金斯大学麦克雷等学者, 根据在轨卫星的轨道参数和卫星信号的多普勒频率, 设想了一个由空间点定位地面点坐标的“反向观测方案”, 由此奠定了第一代卫星导航系统的基本原理。同年, 美国海军和詹斯·霍普金斯大学应用物理实验室开始联合研制美国海军导航卫星系统, 主要目的是为核潜艇提供全球性导航系统。20世纪70年代, 美国开始研制新一代卫星定位系统GPS, 历时20年, 耗资300亿美元, 于1994年全面建成投入使用, 覆盖率高达98%。GPS星座共由24颗卫星组成, 其中21颗工作卫星, 3颗备用卫星, 卫星均匀分布在6个轨道面上。在GPS系统设计之初, 主要目的是为了能够在海陆空三大领域内提供实时、全天候、全球性的导航服务, 同时用于情报收集、核爆监测和应急通讯等军事目的。现今, 美国正在加速实施“GPS现代化”的研发, 新一代GPS卫星设计寿命为15~20年, 分辨率将高于目前卫星的10倍, 抗干扰能力将提高100~500倍。GPS现代化实现后, 将大大提高GPS系统的安全性、准确性和可靠性。

1.2 俄罗斯GLONASS

1982年10月, 前苏联开始研发第二代导航卫星系统—GLONASS, 该系统可全球、全天候、连续实时地为用户提供三维位置、三维速度和时间信息。GLONASS也是由24颗卫星组成, 卫星均匀分布在3个轨道平面上, 平均轨道高度为19100km, 卫星运行周期为11h15min。GLONASS卫星在轨作业寿命过短, 部分卫星在轨作业时间不足2年, 维持该系统每年需耗资数千万美元, 特别是在俄罗斯经济不太景气时期, 难以有效维持GLONASS的正常运行。为了挽救GLONASS卫星系统, 1999年2月18日俄罗斯总统叶利钦决定同意军民共同分享控制GLONASS, 以扩大GLONASS的应用领域。直至2010年10月, 俄罗斯政府已经补齐了该系统所需的24颗卫星。2011年11月4日, 俄罗斯将3颗卫星送入预定轨道, 使在轨卫星群总数28颗, 达到了设计水平。

1.3 欧洲Galileo

1999年2月10日, 欧盟提出了研发伽利略系统 (Galileo) 的计划。该系统是与美国GPS和俄罗斯GLONASS兼容的民用全球导航系统。欧盟此项研究主要为商业用户提供高精度的导航定位信息。伽利略系统计划由30颗高轨卫星组成, 27颗为工作卫星, 3颗为备用卫星, 分3个轨道面, 轨道倾角为56°轨道高度21426km, 定位最高精度小于1m。欧盟计划在欧洲建立30个地面监测站和4个主控中心, 在伽利略的研发过程中, 欧盟委员会在资金的筹措上困难重重, 在国际政坛上, 美国又不断向欧盟施压, 使得伽利略计划几度搁浅。伽利略系统的研发, 是欧洲力图摆脱美国控制的又一重大决策, 具有深远的政治意义。

1.4 中国北斗 (Bei Dou)

1986年初, 我国开始实施“双星快速定位通信系统”的研发。1994年1月双星快速定位导航通讯系统正式命名为“北斗一号双星定位系统”, 并列入我国“九五计划”要项。该系统服务区域为东经70-140°北纬5-55°, 利用2颗卫星实现定位、定时、简短通讯3大功能, 定位精度优于20m。2004年, 中国启动了“北斗二号”的建设, 计划空间星座由35颗卫星组成, 包括5颗地球静止轨道卫星, 27颗中园地球轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星。截至2012年10月25日, 共发射了16颗导航卫星, 具备了对亚太大部分地区导航定位服务的能力。北斗卫星的精度与GPS相当, 并且在增强区域 (亚太地区) , 甚至会超过GPS。中国北斗卫星导航系统的建立, 打破了国内高精度卫星导航信号依赖国外的局面, 填补了我国在广域差分精密定轨技术领域的空白。

2 GNSS应用前景展望

2.1 测绘应用

目前, GNSS已相当广泛应用于工程测量、变形监测、地壳运动观测、海洋测绘、道路放线等领域。GNSS定位技术同样可以满足此类工程安全监测的要求, 而且比传统方法更容易实现监测工作的自动化。在各种线路工程测量中, 目前已大量使用GNSS定位技术来完成。与传统测绘方法相比, GNSS定位技术可以节省大量资源, 其工作效率和精度也都占有绝对的优势。随着GNSS的不断发展, 在未来测绘领域, 将占有极大的市场份额, 传统测绘技术也将逐步退出历史的舞台。

2. 交通应用

“全球、全天候、实时导航定位”是GNSS系统的设计目标。随着广域差分系统的完善, GNSS技术已经完全实现了上述目标。利用GNSS技术可以对车辆进行跟踪以及自动化调度, 同时可以快速响应用户导航需求, 极大地降低了能源消耗和运输成本。在今后的城市交通建设中, 新一代的数字化导航定位系统将先成为主要的应用技术。建立城市交通电台, 实时发布交通信息, 进行精密车载导航, 结和电子地图自动选择最优路径都需要GNSS技术的支持。

2.3 农业应用

在全球“精细农业”的发展中, GNSS技术的应用也越来越广泛。GNSS与地理信息系统 (GIS) 、遥感技术 (RS) 相结合, 可以达到土壤养分分布调查、监测作物产量、合理施肥, 科学管理的目的。GNSS技术在农业领域中的应用不仅是大面积的种植, 在小面积农田中, 特别是在格网种植性农田, 应用小型自动化设备, 配合差分GNSS导航设备、电子监测和控制电路, 能够作到精确管理。这种投资较低、安装方便、操作灵活。

2.4 气象预报和自然灾害预警

目前GNSS在气象预报和监测滑坡、矿山地面沉陷等灾害地质中的应用已经较为普遍。许多重大工程项目在考虑防治滑坡或地面沉陷灾害时, 都采用了GNSS技术。GNSS与遥感技术相结合, 能够极好地实现气象分析和自然灾害预警。如今应用GNSS在气象预报和自然灾害防护方面已表现出巨大的优越性。

3 结束语

近40年来, GNSS在国防建设, 交通运输, 工程应用, 自然灾害防护等领域取得了巨大成就。北斗卫星导航系统作为GNSS的新成员, 已被全球卫星系统委员会 (ICG) 确定为4大核心供应商之一。随着我国GNSS技术研究的不断深入, GNSS在中国的应用必将呈现出更加广阔而美好的前景。

摘要：随着全球空间卫星技术的不断发展, 全球导航卫星系统已成为全球发展最快的三大信息产业之一。文章主要阐述了世界4大核心卫星导航系统的发展现状及在相关领域的应用。对全球导航卫星系统的发展和应用前景进行了展望。

关键词：全球导航卫星系统,中国北斗,GNSS,GLONASS

参考文献

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[2]徐绍铨.张海华.杨志强.王泽民GPS测量原理及应用[M].北京:科学出版社, 2003年.

[3]王解先, 全球导航卫星系统GPS/GNSS的回顾与展望[J].工程勘察, 2006 (3) :54-60.

[4]王厚基, GLONASS和GNSS简介[J].海洋技术, 1998 (17) :9-16.

[5]王婷婷.郝晓光.“伽利略”卫星导航系统概况及发展趋势.

[6]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献、与挑战[J].测绘学报, 2010 (39) :1-6.

全球导航卫星系统辅助 篇8

全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System, GNSS) 又称PNT (Position、Navigation、Timing) 系统, 是指利用在太空中的导航卫星对地面、海洋和空间用户进行导航定位的一种空间导航定位技术。当今GNSS系统不仅成为各国重要的空间和信息化基础设施, 同时也成为国家综合实力的重要标志。由于GNSS在国家安全和经济建设与社会发展中扮演的重要角色, 世界主要军事大国及经济体都竞相发展独立自主的卫星导航系统。

目前全球有四大已经建成或正在建设的全球导航卫星系统:美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO和中国的COMPASS。各大系统的建设发展, 虽然极大地促进了导航定位理论与应用的变革和相关产业的发展, 但是随着应用环境的不断复杂和用户需求的不断提高, 各大系统的发展都面临着新的问题与挑战。

2 GNSS存在的主要问题

虽然近几十年来GNSS理论与技术得到了长足的发展, 但是仍然不能满足军、民用户日益提高的服务要求。本节先总结军、民用户对GNSS的服务要求, 然后指出当前GNSS存在的主要问题。

2.1 PVT精度

随着GNSS被引入到各种精细作业领域, 当前的PVT精度已经越来越难满足要求。人们迫切希望GNSS能提供更高精度的PVT解算结果。

PVT解算精度的提高受到测量误差的影响, 给出了几种主要的测量误差类型及其引入的伪距测量误差。

除以上测量误差外, 影响PVT解算精度还有星座的空间几何布局, 即通常所说的DOP, DOP越大, 对PVT精度衰减越大。以GPS为例, 根据理论仿真, GPS在全球绝大部分地区的PDOP≤4 (95%, 遮蔽角取5°) , 但是在实际应用环境中, 受地形或建筑物的遮挡, 可见卫星数明显下降, 引起DOP变大和PVT精度的降低。

PVT精度可以表示成伪距测量误差与DOP的乘积。目前民用用户得到的水平定位精度在10米以内 (95%) , 垂直定位精度在20米以内 (95%) , 授时精度约为40ns (95%) , 这一精度水平显然无法满足各类精细作业领域的精度要求。

2.2 可用性

GNSS的可用性是该系统的服务可以使用的时间的百分比, 是系统在某一指定覆盖区域内提供可以使用的导航服务的能力的标志。GNSS的可用性与某个位置、某个时刻的可见卫星数量和卫星的几何分布有关。

影响可见卫星数的因素有两个:遮蔽角和应用环境的地貌地物。一般来说, 降低遮蔽角, 可以看到更多的卫星, 但同时产生的大气延时和多径问题也会更严重。地貌地物的影响因地而异, 在一些地面高低起伏较大或高楼大厦密集的地区, 即使卫星仰角高于遮蔽角, 仍有可能接收不到卫星信号。目前, 各个GNSS系统都无法很好地单独解决这一问题。

卫星的几何分布对可用性的影响表现为空间分布的均匀性。空间分布越均匀, GNSS在覆盖区域内的可用性越一致。另外, 如果星座中存在中断服务的卫星, 也会影响空间分布的均匀性, 造成部分地区的可用性不达标。

2.3 完好性

完好性指GNSS出现故障时能及时警告用户, 以免用户被非正常工作的定位系统所误导。目前, GPS已经被批准作为美国空域内航路、终端区和非精密进近 (Non-Precision Approach, NPA) 三个飞行阶段的辅助导航系统, 在大洋航路和偏远地区可以作为主用导航系统。但是在精密进近飞行阶段, 单独的GPS还不能满足完好性要求, 从而只能继续依靠陆基导航系统的引导。

2.4 抗干扰能力

抗干扰能力一直是军事用户非常关心的GNSS性能。在导航战理论问世后, 更是把GNSS的抗干扰能力提到了战略高度。GNSS容易被干扰的原因如下:

(1) 卫星信号到达地面后功率非常小, 非常容易受到干扰。试验证明, 使用干扰功率为1W的干扰机, 在GPS 1.6GHz频带上实施调频噪声干扰, 就能使GPS接收机在22km范围内无法工作, 并且干扰功率每增加6d B, 有效干扰距离就增加1倍。

(2) GNSS信号频段和民用导航码都是公开的, 敌方就可以有目的性地产生各种干扰信号或伪信号。

(3) 接收机难以区分真信号和伪信号。

目前, GNSS受到的干扰包含潜在干扰和人为干扰。潜在干扰包括带内射频干扰、带外射频干扰和环境干扰。人为干扰主要包括转发式干扰、虚假伪码干扰、相关干扰、阻塞式干扰和压制式干扰。虽然针对以上干扰, 已经发展出了许多相应的抗干扰技术, 但是这些抗干扰技术主要集中在用户段, 从空间段和控制段出发来提高抗干扰能力的技术目前尚未成熟。

除了上述人为干扰外, 在当今多个GNSS并存的情况下, GNSS之间也会形成相互干扰, 这也是在下一步GNSS建设中需要重点考虑的问题。

2.5 弱信号下接收能力

灵敏度是用来衡量接收机能接收到多弱的GNSS信号, 它直接决定着接收机在室内、高架下、树林中等弱信号的环境下能否完成定位。弱信号环境下的GNSS接收机的设计面临以下问题:

(1) 穿过房顶、墙壁或门窗而到达室内的GNSS信号强度通常非常微弱, 很难达到接收机的捕获门限值。

(2) 虽然接收机可以通过回升相干积分时间来提高信噪比, 但是这样会损失掉首次定位所需时间 (TTFF) 。

(3) 即使微弱信号被接收机捕获, 可是接收机在较低信噪比情况下的导航电文数据比特解调会出现较高的误比特率, 因而接收机有可能根本不能成功解调出定位计算所必需的一整套卫星星历参数和卫星钟差参数, 或者需要很长的时间才能完成。

3 解决办法

3.1 优化星座布局

优化星座布局, 不仅可以降低DOP以提高PVT精度, 而且可以提高GNSS的可用性与连续性。

以GPS为例, 虽然目前有30颗在轨工作卫星, 但是由于有的卫星之间靠得太近, 其空间不理想, 在45°~60°地形坡度的山区, GPS常常被遮挡、中断。如果对这30颗卫星进行合理的空间布局, 则在相同遮挡情况下, 每天不能使用GPS定位的情况可以减少到20分钟左右。

3.2 采用更先进的卫星测轨技术

GPS III卫星都拟安装激光棱镜反射器, 这样可使GPS卫星轨道追踪成果和GPS卫星无线电信号追踪成果相互独立, 同样也可使GPS卫星的星钟差和GPS卫星的星历误差在观测数据中彼此不相关, 从而可以分别独立解算。安装激光棱镜反射器的试验已在两颗老的GPS卫星 (35号和36号) 和GLONASS卫星上进行过, 今后, GALILEO卫星也准备安装此类装置。

3.3 提高信号发射功率

提高信号发射功率能带来以下好处:帮助接收机实现快速捕获和稳定跟踪;降低导航电文的解调误比特率;缩短首次定位所需时间;提高整个系统的抗干扰能力;将目前弱信号环境变成非弱信号环境, 扩大接收机的使用范围。

除了提高整个覆盖的信号发射功率外, 还可以有针对性地提高对某一特定地区的信号发射功率, 这种功能被称为局域射频功能, 或侦察射频功能。这一方法可在局部战争中起到重要的支撑任用。

3.4 增加信号发射频段

增加信号发射频段, 不仅可以提高系统的抗干扰能力, 而且可以利用多频信号建立起更精确的电离层延时模型, 获得更小的电离层延时误差, 进而提高PVT解算精度。

增加发射频段, 也意味着可以传递更多的信息, 如时间信息或载波相位信息, 这此辅助信息可以用来提高定位速度和精度。

3.5 使用抗干扰能力更强的导航码

在当前使用的C/A码和P (Y) 码的基础上, GPS现代化计划中将播发一种新的军用码:M码。该码具有比C/A码和P (Y) 码更稳健的信号捕获方法, 同时还能提供更加安全的专用性、机密生和密钥分配。M码是自助的, 即用户可以在直接接收M码后, 完成PVT解算, 不依赖C/A码和P (Y) 码。

M码的使用将大大提高GPS的抗干扰能力, 更好地保障美军的安全使用。

3.6 发展差分增强系统

差分增强系统包含一个或多个安装在已知坐标位置点上的GNSS接收机作为基准站接收机, 通过测量计算出差分校正量, 然后将差分校正量播发给差分服务范围内的用户接收机。差分增强系统是一种提高定位精度的非常有效的方法。根据系统服务的地理范围来分, 差分增强系统分为局域和广域两大类。

局域差分系统一般是在单一基准站上计算误差, 播发的改正数为位置或者伪距误差, 作用范围约几十到几百公里。局域差分系统能显著削弱接收机间共有的、空间相关性小的误差对定位的影响。典型的局域差分系统有美国的海事差分GPS (精度达1~3m, 95%) 、LAAS (水平与竖直方向精度均达1m以内, 95%) 和联合精密进近与着陆系统 (JPALS) 。

广域差分系统包括一个基准站网, 用于精确测定卫星星历、大气层延迟和卫星时间标记之间的偏差。与局域差分系统不同的是, 广域差分系统把总伪距误差分解为各个分量, 并在整个差分覆盖区域估计各个分量。广域差分系统能够消除空间相关性大的误差因数, 改善性能与作用距离无关, 作用范围可以覆盖全球。典型的广域差分系统有美国的广域增强系统WAAS (水平和竖直精度7m, 95%) 、日本的MSAS和欧洲和EGNOS。

4 GNSS未来方案建议

4.1 空间段

未来的GNSS空间段, 应该具备以下特点:

⑴卫星轨道多样化。未来的GNSS星座, 可以尝试多种轨道的组合, 多轨道组合的优点有:便于照顾重点区域, 有助于提高系统可用性与连续性, 便于建立星间链路。

⑵网络化。星座内部的卫星通过建立星间链路, 实现信息的传递, 完成星座时间保持和精密轨道测定功能, 降低对地面控制段的依赖, 并可以进行较长时期的自主导航。

⑶协同化。GNSS系统的空间段之间可以实现协同作业, 以期获得更高的守时和测轨精度, 同时也为用户段提供更好的精度、可用性、连续性和完好性。

除以上各点外, 空间段还可以选择其他信息载体来向用户传递信息, 比如量子通信。

4.2 控制段

未来GNSS的控制段可以在以下几方面加以改进:

⑴保持对所有卫星工作状态的实时监控, 以提供更好的系统完好性。

⑵采用更先进的定轨、测轨技术, 提高的卫星位置的预报精度。

⑶采用精度更高的原子钟, 以维持更精确的系统时。

4.3 用户段

未来GNSS的用户段应具备以下特点:

⑴支持多系统兼容。

⑵实现软件无线电, 提供更灵活的导航解决方案。

⑶留有与4.8节中的各辅助导航手段的接口, 使用户灵活选择组合导航方式。

⑷作为一个传感器单元, 能方便地集成到其他系统中。

摘要：本文先简要叙述了当前全球导航卫星系统存在的主要问题, 并针对这些问题提出有效的解决办法。最后对未来的全球导航卫星系统的设计方案提出了几点建议。

全球导航卫星系统辅助 篇9

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统, 是继美国GPS全球定位系统和俄国GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成, 可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务, 并具有短报文通信能力, 已经初步具备区域导航、定位和授时能力, 定位精度优于20m, 授时精度优于100ns。

1.1 系统介绍

北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航定位信息的区域导航系统, 该系统是由空间的导航通信卫星、地面控制中心和用户终端3部分组成:空间部分有2颗地球同步卫星, 执行地面控制中心与用户终端的双向无线电信号的中继任务;地面控制中心 (包括民用网管中心) 主要负责无线电信号的发送接收, 及整个工作系统的监控管理。其中, 民用网管中心负责系统内民用用户的登记、识别和运行管理;用户终端是直接由用户使用的设备, 用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。

北斗卫星导航系统的建设与发展, 以应用推广和产业发展为根本目标, 建设过程中主要遵循以下原则:

1.1.1 开放性

北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放, 为全球用户提供高质量的免费服务, 积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作, 促进各卫星导航系统间的兼容与互操作, 推动卫星导航技术与产业的发展。

1.1.2 自主性

中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统, 北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。

1.1.3 兼容性

在全球卫星导航系统国际委员会和国际电联框架下, 使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作, 使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。

1.1.4 渐进性

中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展, 不断完善服务质量, 并实现各阶段的无缝衔接。

1.2 主要功能

北斗导航系统具有快速定位、简短通信和精密授时的三大主要功能。

1.2.1 快速定位

确定用户地理位置, 为用户及主管部门提供导航。水平定位精度100m, 差分定位精度小于20m。定位响应时间:1类用户5s:2类用户2s:3类用户1s。最短定位更新时间小于1s。一次性定位成功率95%。

1.2.2 简短通信

北斗导航系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字报文通信能力, 一般1次可传输36个汉字, 经核准的用户利用连续传送方式还可以传送120个汉字。

1.2.3 精密授时

北斗导航系统具有单向和双向2种授时功能, 根据不同的精度要求, 利用定时用户终端, 完成与北斗导航系统之间的时间和频率同步, 提供单向授时100 ns和双向授时20 ns的时间同步精度。

2 GPS全球定位系统

GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统) 的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目, 1964年投入使用。20世纪70年代, 美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务, 并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的, 经过20余年的研究实验, 耗资300亿美元, 到1994年, 全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

2.1 系统与功能介绍

GPS卫星导航系统主要由三部分组成:空间部分、地面控制系统和用户设备部分。

2.1.1 空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成其中21颗工作卫星, 3颗备用卫星。它位于距地表20200km的上空, 运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上, 轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星, 并能在卫星中预存导航信息, GPS的卫星因为大气摩擦等问题, 随着时间的推移, 导航精度会逐渐降低。

2.1.2 地面控制系统

地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线所组成, 主控制站位于美国科罗拉多州春田市。地面控制站负责收集由卫星传回的讯息, 并计算卫星星历、相对距离, 大气校正等数据。

2.1.3 用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机, 其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星, 并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后, 就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率, 解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据, 接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算, 计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电, 以防止数据丢失。各种类型的接收机体积越来越小, 重量越来越轻, 便于野外观测使用。

与北斗卫星导航系统类似, GPS的主要功能有三点:导航、测量和授时。

3 应用优势分析

现阶段在个人消费领域的商业应用方面, GPS一直处于垄断地位, 全球汽车导航中使用的基本都是GPS设备。随着北斗卫星导航系统的逐步建设, 北斗系统将有希望打破美国独霸全球卫星导航系统的格局。相比较而言, 北斗应用具有以下五大优势:

·同时具有定位与通信功能, 不需要其他通信系统的支持, 而GPS则没有通信功能。

·覆盖范围大, 24小时全天候服务, 没有通讯盲区。北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区, 不仅可为中国也可为周边国家服务。

·特别适合集团用户大范围监控与管理, 以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。

·融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源, 因此也可利用GPS使之应用更加丰富。

·自主系统, 安全、可靠、稳定, 保密性强, 适合关键部门应用。

4 结论

通过主要了解北斗卫星导航系统与GPS全球定位系统的系统组成与功能, 结合现今全球导航系统的发展需求, 从市场发展来看, 世界上多套全球导航定位系统并存, 相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本保证。我国建设北斗卫星导航系统的长远目标是建设覆盖全球、规模庞大、整体性强的卫星导航系统。

参考文献

[1]海研.我国的北斗导航系统.航海科技动态, 2001, 12:22-23.

[2]李大光.北斗卫星导航系统:中国版的GPS.生命与灾害, 2010, 3:28-31.