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全球目前四大先進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)及三部分構(gòu)成
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-10-23

據(jù)信息安全與通信保密雜志社，因為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)壁壘高，投入成本大，導(dǎo)致只有少數(shù)大國才能建立完整的系統(tǒng)。

全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：地面控制部分、空間衛(wèi)星星座和地面用戶設(shè)備。

1、地面控制部分

由主控站、監(jiān)測站、地面天線和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成。

主控站負(fù)責(zé)收集各個監(jiān)測站的跟蹤數(shù)據(jù)并計算衛(wèi)星軌道和時鐘參數(shù)，將計算結(jié)果通過地面天線發(fā)送給衛(wèi)星。同時，主控站還負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作。每個全球系統(tǒng)都設(shè)有數(shù)量不等的監(jiān)測站，各監(jiān)測站配備有精密的原子時間標(biāo)準(zhǔn)和可連續(xù)測定到所有可見衛(wèi)星偽距的接收機(jī)，采用電離層和氣象參數(shù)對測得的偽距進(jìn)行改正后，生成具有一定時間間隔的數(shù)據(jù)并發(fā)送到主控站。在監(jiān)測站的同址上安置有專用的地面天線。地面天線配置了將命令和數(shù)據(jù)發(fā)送到衛(wèi)星并接收衛(wèi)星的遙測數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)的設(shè)備。地面天線的所有操作都在主控站的控制下進(jìn)行。

2、空間衛(wèi)星星座

全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的空間衛(wèi)星一般運行在距離地面 20000 千米左右的太空，24~30顆衛(wèi)星組成星座，依據(jù)其結(jié)構(gòu)設(shè)計分布在 3個或 6個軌道平面上，相鄰軌道間的夾角相同。為保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，一般在每個軌道上還部署一顆備份衛(wèi)星，一旦有衛(wèi)星發(fā)生故障，則可以立即替代。

3、地面用戶設(shè)備

用戶設(shè)備部分即導(dǎo)航信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。衛(wèi)星信號接收機(jī)有各種類型，有用于航天、航空、航海的機(jī)載導(dǎo)航型接收機(jī)，也有用于測定定位的測量型接收機(jī)，也有普通大眾使用的車載、手持型接收機(jī)。接收設(shè)備也可嵌入到其他設(shè)備中構(gòu)成組合型導(dǎo)航定位設(shè)備，如導(dǎo)航手機(jī)、導(dǎo)航相機(jī)等。

目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會認(rèn)定的四大衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)供應(yīng)商是美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）、中國的北斗系統(tǒng)（BDS）和歐洲的伽利略系統(tǒng)（Galileo）。

1、GPS

GPS 系統(tǒng)的前身為美軍研制的子午衛(wèi)星定位系統(tǒng)。1973 年 12 月美國國防部批準(zhǔn)海陸空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——NAVSTART/GPS，簡稱 GPS。第一顆可運行的原型衛(wèi)星于 1978 年發(fā)射。現(xiàn)今，GPS 具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和授時功能，能為用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間信息。

2、GLONASS

GLONASS 是由原蘇聯(lián)國防部獨立研制和控制的第二代軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是繼 GPS 后的第二個具備完全運營能力的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前 GLONASS在軌正常運行的衛(wèi)星 23顆，大部分為 GLONASS M型號衛(wèi)星。由于 GLONASS 的軌道傾角大于 GPS 的軌道傾角，所以在高緯度（50°以上）地區(qū)的可視性較好。

3、BDS

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，英文簡寫為BDS）由中國政府建造，免費為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、測速和授時服務(wù)。北斗三號系統(tǒng)空間段由若干地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO）和中圓地球軌道衛(wèi)星（MEO）三種軌道衛(wèi)星組成混合導(dǎo)航星座。

北斗三號采取 3GEO+3IGSO+24MEO 的星座構(gòu)成，衛(wèi)星與衛(wèi)星之間具備通信能力，可以在沒有地面站支持的情況下自主運行。北斗三號系統(tǒng)由三種不同軌道的衛(wèi)星組成，包括 24 顆地球中圓軌道衛(wèi)星（覆蓋全球），3 顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（覆蓋亞太大部分地區(qū)）和 3 顆地球靜止軌道衛(wèi)星（覆蓋中國）。北斗三號系統(tǒng)于 2020 年 7 月 31 日開通。

4、Galileo

伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該計劃于 1999 年 2 月由歐洲委員會公布，并和歐空局共同負(fù)責(zé)。伽利略計劃是歐洲關(guān)于最先進(jìn)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的倡議，在民用控制下提供高度準(zhǔn)確、有保障的全球定位服務(wù)。目前 Galileo 共有 22 顆在軌可用衛(wèi)星，計劃的星座由 24 顆衛(wèi)星（Walker 24/3/1）組成，其中包括 6 顆備用衛(wèi)星，可移動以替換同一平面內(nèi)的任何故障衛(wèi)星，從而減少故障對服務(wù)質(zhì)量的影響。