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北斗卫星导航系统及其它卫星系统简介


2015-03-26

  摘 要:本文主要介绍了北斗、GPS、伽利略、格洛纳斯四种卫星导航系统的各自特点及主要应用。

  关键词:GNSS GPS 北斗 伽利略 格洛纳斯
  中图分类号:P2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)12(c)-0027-01
  北斗卫星导航系统(BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧盟伽利略(GALILEO)系统并称全球卫星定位导航系统,英文简称GNSS[2]。
  1 北斗卫星导航系统服务
  北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10 m,测速精度0.2 m/s,授时精度10 ns。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。2011年12月27日起,开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。中国以后生产定位服务设备的产商,都将会提供对GPS和北斗系统的支持,会提高定位的精确度。根据系统建设总体规划,2012年左右,系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力;2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
  2 北斗卫星导航系统特色
  北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比,优势在于短信服务和导航结合,增加了通讯功能;北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,可以达到一次传送多达120个汉字的信息。向全世界提供的服务都是免费的,在提供无源定位导航和授时等服务时,用户数量没有限制,且与GPS兼容;北斗的用户终端实际是具有收发功能,而GPS只具有接收功能,它通过接收才知道位置,而北斗是具有收发功能,它的定位需要发射然后再得到位置,同时它的位置可能传给你也可以传给关心你的人,实际上北斗是具有一个定位和通信双重功能的设备。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。
  3 其它三种导航系统简介
  3.1 GPS
  GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机[3]。
  全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。
  3.2 伽利略
  伽利略定位系统(Galileo Positioning System),是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统。伽利略系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统,投入运行后,全球的用户将使用多制式的接收机,获得更多的导航定位卫星的信号。
  伽利略系统可以发送实时的高精度定位信息,这是现有的卫星导航系统所没有的,同时伽利略系统能够保证在许多特殊情况下提供服务,如果失败也能在几秒钟内通知客户。伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统,因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。
  3.3 格洛纳斯
  格洛纳斯GLONAS是“GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期,后由俄罗斯继续该计划。格洛纳斯的正式组网比GPS还早,不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响,正常运行卫星数量大减,甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务,更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转,格洛纳斯也开始恢复元气,推出了格洛纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。该系统在轨卫星群已有28颗卫星,达到了设计水平[1]。随着地面设施的发展,格洛纳斯系统预计将在2015年完全建成。届时,其定位和导航误差范围将从目前的5~6 m缩小为1 m左右,就精度而言该系统将处于全球领先地位。
  4 未来发展
  4.1 GPS独占鳌头
  捷足先登是成功的第一步,GPS在这方面遥遥领先。GPS具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。GPS能覆盖全球,用户数量不受限制。其所发射的信号编码有精码与粗码。精码保密,主要提供给本国和盟国的军事用户使用;粗码提供给本国民用和全世界使用。GPS系统能够连续、适时、隐蔽地定位,用户不发射任何电磁信号,只要接受卫星导航信号即可定位,所以可全天候昼夜作业,隐蔽性好。目前看,还没有哪个系统能挑战GPS的霸主地位。
  4.2 GLONASS不甘落后
  随着俄罗斯经济的好转,政府在政策和资金方面给予了GLONASS充分的支持。同时,俄罗斯还要与各国开展广泛的军事政治合作和军事技术合作,与欧盟、印度等国签署格洛纳斯卫星导航系统的使用协定,把俄罗斯的卫星信号传播到世界各地,争取与美国的GPS信号“平分秋色”。这是当前俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的一个主要发展方向。
  4.3 伽利略一波三折
  伽利略卫星导航定位系统的建立原计划于2007年底之前完成,2008年投入使用,后因资金等问题推迟。2010年1月7日,欧盟委员会称,欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。但是从目前来看,伽利略卫星导航定位系统的发展仍然非常缓慢。
  北斗二号横空出世,不仅使欧洲伽利略系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣,也冲淡了伽利略未来的市场前景。按照国际电信联盟通用的程序,中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率,这一频率正好是欧洲“伽利略”系统准备用于“公共管理服务”的频率。按照“谁先使用谁先得”的国际法原则,中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而,中国在2009年发射三颗“北斗”二代卫星,正式启用该频率,而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐,从而失去对频率的所有权。
  4.4 北斗迎头赶上
  我国卫星导航定位系统相对美、俄起步晚,研究力量相对薄弱,需要下大力气缩短这方面差距,支撑北斗系统可持续发展。目前北斗卫星设计已经达到国外导航卫星水平,在未来发展中要不断自主创新,争取在国际导航卫星研制领域处于领先地位。兼容互操作是全球卫星导航定位系统主要供应商达成的共识,我们也要致力于推进全球卫星导航定位系统兼容互操作进程。
  面向未来,卫星导航系统需要持续的发展建设,以满足用户更高的使用要求,需要国家持续的经费投入、人才培养、产业推广,以确保我国北斗卫星导航系统在未来发展与国际竞争中处于不败之地。
  参考文献
  [1] 柴霖.GLONASS的最新进展及可用性分析[J].电讯技术,2007(4).
  [2] 刘基余.GNSS全球导航卫星系统的新发展[J].遥测遥控,2010(2).
  [3] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社,2008(7).

(全文完)


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