全球卫星定位系统简介

于吉海

一、卫星定位系统如何导航

全球定位系统(GPS)由三部分构成：地面控制部分(由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系统组成)、空间部分(由24颗卫星组成，分布在6个道平面上)、用户装置部分(主要由GPS接收机和卫星天线组成)。

24颗GPS卫星在离地面1.2万千米的高空上，以12小时为周期环绕地球运行，使得在任意时刻，地面上任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。整个系统昼夜不停地向地面发送导航定位信息，提供精确、连续的三维位置和速度、时间信息。通过GPS终端，用户在地球表面的任何地方，仅需几秒钟到十几秒钟就能够确定自己的位置和精确时间，获得相关的导航信息。

二、世界各国的卫星定位系统

1，美国GPS系统

GPS全球卫星导航定位系统，是由美国国防部研制部署和控制的军民两用卫星导航定位系统。美国国防部从1973年开始研制，1978年首次发射，在1978--1985年问共发射了第一代试验型全球导航定位系统卫星11颗。到1994年3月，完成了由24颗第三代全球导航定位系统卫星组成的导航定位星座系统。

现在运行的GPS全球卫星导航定位系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。它们分布在6个等间距的轨道平面上，轨道高度为2，01836万千米，周期约12小时，用户在任何时间都至少能看到4～6颗卫星，定位一次仅需几秒钟，可实现全球范围连续、近实时的定位、测速与授时。

GPS全球卫星导航定位系统所发射的信号编码有精码与粗码之分。精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用户使用，粗码提供给本国众和全世界使用。

1991年海湾战争期间，美军将GPS全球卫星导航定位系统首次应用于实战，并获得了巨大成功。10多年来，GPS全球卫星导航定位系统一直在运转，从美国本土到世界各地，从军用到民用，从南极的科考队员到伊拉克的美军士兵身上，处处可以发现它的身影。

当然，GPS虽有“一统江山”的本领，但它存在自己的“死穴”、“盲点”，其中最突出的就是抗干扰能力比较差。事实上，美国五角大楼很早就认识到了这个问题，因此，一直在从事GPS制导抗干扰技术的研究。

目前，随着现有GFS系统中占主体地位的第二代卫星陆续接近“退役”年龄，美国正加紧新一代卫星系统的研制和布署。

2，俄罗斯“格洛纳斯”系统

俄罗斯的“格洛纳斯”(GLONASS)系统与美国的GPS系统一样，也是由军方负责研制和控制的军民两用卫星导航定位系统。

从1982年10月发射首颗导航定位系统卫星，到1995年12月，俄罗斯完成了由24颗卫星组成的“格洛纳斯”全球卫星导航定位系统的部署，其中工作卫星21颗，分布在3个轨道平面上，同时有3颗备用星。每颗卫星都在1.91万千米高的轨道上运行，周期为11小时15分。

“格洛纳斯”与美国GPS有许多不同之处。一是卫星发射频率不同。由于卫星发射的载波频率不同，“格洛纳斯”可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而具有更强的抗干扰能力。二是坐标系不同。美国GPS使用世界大地坐标系(WGS-84)。而“格洛纳斯”使用前苏联地心坐标系(PE-90)。三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联，而“格洛纳斯”则与莫斯科标准时相关联。

由于受俄罗斯经济发展不景气的影响，“格洛纳斯”卫星定位系统无钱进行系统维护，许多卫星已经超过设计寿命而报废，截至2001年，“格洛纳斯”在轨卫星已由组网时的24颗减至8颗。近几年，俄罗斯开始着手对“格洛纳斯”进行现代化改造。

3，欧盟“伽利略”系统

“伽利略”全球卫星导航定位系统是欧洲的卫星无线电导航项目，于2002年3月正式启动，原计划于2008年建设完成(事实上。直至2008年，“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升空，比最初计划推迟整整5年)。“伽利略”全球卫星导航定位系统星座由30颗卫星组成，采用中等地球轨道，均匀地分布在高度约为2，3万千米的3个轨道面上。

“伽利略”系统采用两种频段工作，这就好比上了双保险。如果使用“伽利略”系统，飞机能在任何机场降落。而不必考虑机场的技术设施；火车能在没有驾驶员的情况下高密度行驶；轮船在大雾中也能安全航行。

“伽利略”系统的接收机不仅可以接收本系统信号，而且可以接收GPS、“格洛纳斯”这两大系统的信号，并且具有导航功能与移动电话功能相结合、与其它飞行导航系统相结合的优越性能。

“伽利略”系统确定地面位置或近地空间位置要比CPS精确lO倍。其水平定位精度优于lO米，时间信号精度达到100纳秒。必要时，免费使用的信号精度可达6米，如与GPS合作，甚至能精确至4米。正如一位专家所说：“如今的CPS只能找到街道，而‘伽利略系统则能找到车库门。”

4，中国“北斗”卫星系统

2000年10月31日，我国第一颗导航定位系统卫星“北斗一号”发射升空，拉开了我国自主建立“北斗”卫星导航定位系统的帷幕。此后，2000年12月、2003年5月、2007年2月、2007年4月，我国相继发射了四颗“北斗一号”卫星。

2009年4月15日，我国成功将一颗北斗导航卫星送入预定轨道。最新消息披露，今明两年，我国要发射10颗左右的导航卫星，计划于2015年建成一个由30多颗卫星组成的全球导航定位系统。

我国的“北斗”导航定位系统与GPS和“格洛纳斯”有很大的不同。一是使用范围不同，“北斗”系统属于区域性卫星导航系统。二是卫星的数量和轨道不同，“北斗”卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。

除以上“四大定位系统”外，世界上其它国家也都在开发卫星导航定位系统，如印度、日本。显而易见，建设卫星导航定位系统已成为一个国家国防和综合实力的重要标志。