全球衛星定位系統簡介

于吉海

一、衛星定位系統如何導航

全球定位系統(GPS)由三部分構成：地面控制部分(由主控站、地面天線、監測站和通訊輔助系統組成)、空間部分(由24顆衛星組成，分布在6個道平面上)、用戶裝置部分(主要由GPS接收機和衛星天線組成)。

24顆GPS衛星在離地面1.2萬千米的高空上，以12小時為周期環繞地球運行，使得在任意時刻，地面上任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。整個系統晝夜不停地向地面發送導航定位信息，提供精確、連續的三維位置和速度、時間信息。通過GPS終端，用戶在地球表面的任何地方，僅需幾秒鐘到十幾秒鐘就能夠確定自己的位置和精確時間，獲得相關的導航信息。

二、世界各國的衛星定位系統

1，美國GPS系統

GPS全球衛星導航定位系統，是由美國國防部研制部署和控制的軍民兩用衛星導航定位系統。美國國防部從1973年開始研制，1978年首次發射，在1978--1985年問共發射了第一代試驗型全球導航定位系統衛星11顆。到1994年3月，完成了由24顆第三代全球導航定位系統衛星組成的導航定位星座系統。

現在運行的GPS全球衛星導航定位系統由24顆工作衛星和4顆備用衛星組成。它們分布在6個等間距的軌道平面上，軌道高度為2，01836萬千米，周期約12小時，用戶在任何時間都至少能看到4～6顆衛星，定位一次僅需幾秒鐘，可實現全球范圍連續、近實時的定位、測速與授時。

GPS全球衛星導航定位系統所發射的信號編碼有精碼與粗碼之分。精碼保密，主要提供給本國和盟國的軍事用戶使用，粗碼提供給本國眾和全世界使用。

1991年海灣戰爭期間，美軍將GPS全球衛星導航定位系統首次應用于實戰，并獲得了巨大成功。10多年來，GPS全球衛星導航定位系統一直在運轉，從美國本土到世界各地，從軍用到民用，從南極的科考隊員到伊拉克的美軍士兵身上，處處可以發現它的身影。

當然，GPS雖有“一統江山”的本領，但它存在自己的“死穴”、“盲點”，其中最突出的就是抗干擾能力比較差。事實上，美國五角大樓很早就認識到了這個問題，因此，一直在從事GPS制導抗干擾技術的研究。

目前，隨著現有GFS系統中占主體地位的第二代衛星陸續接近“退役”年齡，美國正加緊新一代衛星系統的研制和布署。

2，俄羅斯“格洛納斯”系統

俄羅斯的“格洛納斯”(GLONASS)系統與美國的GPS系統一樣，也是由軍方負責研制和控制的軍民兩用衛星導航定位系統。

從1982年10月發射首顆導航定位系統衛星，到1995年12月，俄羅斯完成了由24顆衛星組成的“格洛納斯”全球衛星導航定位系統的部署，其中工作衛星21顆，分布在3個軌道平面上，同時有3顆備用星。每顆衛星都在1.91萬千米高的軌道上運行，周期為11小時15分。

“格洛納斯”與美國GPS有許多不同之處。一是衛星發射頻率不同。由于衛星發射的載波頻率不同，“格洛納斯”可以防止整個衛星導航系統同時被敵方干擾，因而具有更強的抗干擾能力。二是坐標系不同。美國GPS使用世界大地坐標系(WGS-84)。而“格洛納斯”使用前蘇聯地心坐標系(PE-90)。三是時間標準不同。GPS系統時與世界協調時相關聯，而“格洛納斯”則與莫斯科標準時相關聯。

由于受俄羅斯經濟發展不景氣的影響，“格洛納斯”衛星定位系統無錢進行系統維護，許多衛星已經超過設計壽命而報廢，截至2001年，“格洛納斯”在軌衛星已由組網時的24顆減至8顆。近幾年，俄羅斯開始著手對“格洛納斯”進行現代化改造。

3，歐盟“伽利略”系統

“伽利略”全球衛星導航定位系統是歐洲的衛星無線電導航項目，于2002年3月正式啟動，原計劃于2008年建設完成(事實上。直至2008年，“伽利略”系統的第二顆實驗衛星才升空，比最初計劃推遲整整5年)。“伽利略”全球衛星導航定位系統星座由30顆衛星組成，采用中等地球軌道，均勻地分布在高度約為2，3萬千米的3個軌道面上。

“伽利略”系統采用兩種頻段工作，這就好比上了雙保險。如果使用“伽利略”系統，飛機能在任何機場降落。而不必考慮機場的技術設施；火車能在沒有駕駛員的情況下高密度行駛；輪船在大霧中也能安全航行。

“伽利略”系統的接收機不僅可以接收本系統信號，而且可以接收GPS、“格洛納斯”這兩大系統的信號，并且具有導航功能與移動電話功能相結合、與其它飛行導航系統相結合的優越性能。

“伽利略”系統確定地面位置或近地空間位置要比CPS精確lO倍。其水平定位精度優于lO米，時間信號精度達到100納秒。必要時，免費使用的信號精度可達6米，如與GPS合作，甚至能精確至4米。正如一位專家所說：“如今的CPS只能找到街道，而‘伽利略系統則能找到車庫門。”

4，中國“北斗”衛星系統

2000年10月31日，我國第一顆導航定位系統衛星“北斗一號”發射升空，拉開了我國自主建立“北斗”衛星導航定位系統的帷幕。此后，2000年12月、2003年5月、2007年2月、2007年4月，我國相繼發射了四顆“北斗一號”衛星。

2009年4月15日，我國成功將一顆北斗導航衛星送入預定軌道。最新消息披露，今明兩年，我國要發射10顆左右的導航衛星，計劃于2015年建成一個由30多顆衛星組成的全球導航定位系統。

我國的“北斗”導航定位系統與GPS和“格洛納斯”有很大的不同。一是使用范圍不同，“北斗”系統屬于區域性衛星導航系統。二是衛星的數量和軌道不同，“北斗”衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成。

除以上“四大定位系統”外，世界上其它國家也都在開發衛星導航定位系統，如印度、日本。顯而易見，建設衛星導航定位系統已成為一個國家國防和綜合實力的重要標志。