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全球四大卫星定位系统

作者:nine123 来源:川大物流联盟 时间:2016/7/28 浏览次数:2521

北斗系统(中国)

中国北斗导航系统(COMPASS),将主要用于国家经济建设,为中国的交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业提供高效的导航定位服务。建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。北斗卫星将逐步扩展为全球卫星导航系。中国将陆续发射系列北斗导航卫星,逐步扩展为全球卫星导航系统。

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。

“北斗”卫星导航系统除了在我国国家安全领域发挥重大作用外,还将服务于国家经济建设,提供监控救援、信息采集、精确授时和导航通讯等服务。可广泛应用于船舶运输、公路交通、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文测报、森林防火、环境监测等众多行业。

北斗卫星导航系统是中国自主建设、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,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的定位、导航、授时服务,并兼短报文通信能力。

北斗卫星导航系统正按照“三步走”的发展战略稳步推进。第一步,2000年建成北斗卫星导航试验系统,使中国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,2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步,2020年左右,北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

GPS系统(美国)

GPS系统是美国从上世纪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。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(SelectiveAvailability),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。

GPS系统的开发背景20世纪70年代,随着美苏军备竞赛的升级。美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。

GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。

(1)空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。

(2)控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。

(3)用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。

GPS定位服务联邦无线电导航计划中规定的GPS定位服务包括精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。

(1)PPS授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机,包括美国军队、某些政府机构以及批准的民用用户。

(2)SPS对于普通民用用户,美国政府对于定位精度实施控制,仅提供SPS服务。SPS服务可供全世界用户免费、无限制地使用。

GPS设备成本GPS接收机的价格差异很大,一般取决于接收机的功能。小型民用SPS接收机的价格不足200美元。

GLONASS系统(俄罗斯)

“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。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“格洛纳斯”系统,而非美国的GPS或者是欧洲的“伽利略”导航系统。

从2007年起,俄全球卫星导航系统“格洛纳斯”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。

Galileo系统(欧盟)

Galileo(伽利略)系统的提出1999年6月召开的欧洲交通运输部长会议通过了拨款3700万欧元完成被称为Galileo的新一代卫星导航系统。Galileo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。

“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2015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。

 

 
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