簡述導航系統的分類并舉例

2024年1月8日發(作者：因為我剛好遇見你)

我國及世界各國導航衛星發展狀況綜述

China and the world of the development of navigation

satellite

摘 要：

隨著當代科技技術的提高，越來越多新興產業占據了市場的主導作用，特別是衛星技術的發展。作為航天技術的產物，導航衛星技術漸漸的在民用和軍用領域中起到了決定性的作用。與此同時，在測繪領域，新興的衛星導航技術漸漸的取代了傳統的測量方式，不僅方便快捷，而且更加精確。目前世界上采用的定位系統主要是中國的“北斗一號”導航系統，美國的全球定位系統（GPS），俄羅斯的全球定位系統(GLONASS)以及歐洲的伽利略系統（GALILEO）。

關鍵詞： GPS GLONASS 伽利略全球衛星導航定位系統 “北斗一號”導航系統

一、GPS全球定位系統

GPS全球定位系統是英文Navigation Satellite Timing and Ranging Global

Positioning System的字頭縮寫詞NAVSTAR／GPS的簡稱它的含義是：利用導航衛星進行測時和測距，以構成全球定位系統。

GPS是以衛星為基礎的第二代精密衛星導航與定位系統。第一代是子午衛星導航與定位系統。

全球定位系統(GPS)包括三大組成部分，即空間星座部分、地面監控部分和用戶設備部分。

GPS全球定位系統GPS全球定位系統是美國從1973年開始研制的，歷時20年，耗資200億美元，在進行了方案論證、系統試驗階段后，于1989年開始發射正式工作衛星，并于1993年12月全部建成并投入使用。具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。

GPS全球定位系統的特點如下：

1)定位精度高采用載波相位進行相對定位，精度可達10～。實踐已經證明，GPS相對定位精度在50km以內可達10一，100～500km可達10_’，1000km以上可達10～。在300～1500km工程精密定位中，1小時以上觀測的平面位置誤差小于1mm，其邊長較差最大為晚5mm，較差中誤差為0．3mm。

2)快速、省時、高效率20km以內相對靜態定位，僅需2D分鐘；快速靜態相對定位時，當每個流動站與基準站相距在15km以內時，流動站觀測時間只需2分鐘；動態相對定位測量時，流動站出發時觀測1～2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。

3)測站間無需通視GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空無遮擋即可，對GPS網的幾何圖形

4)可提供三維坐標GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標。

5)操作簡便隨著GPS信號接收機的進一步改進，自動化程度越來越高，體積越來越小，重量越來越輕，可極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。

6)全天候全球覆蓋性作業由于GPS衛星有24顆，且分布合理，在地球上任何地點、任何時刻均可連續同步觀測到4顆以上衛星，因此在任何地點、任何時間均可進行GPS測量。GPS測量不受白天黑夜、刮風下雨等天氣的影響。

7)應用廣泛，功能多GPS系統不僅可用于測量、導航，還可用于測速、測時。

GPS的應用：

(1)GPS應用于導航：主要是為船舶、汽車、飛機等運動物體進行定位導航。船舶遠洋導航和進港引導；飛機航路引導和進場降落；汽車自主導航；地面車輛跟蹤和城市智能交通管理；緊急救生；個人旅游及野外探險；個人通信終端(與手機、PDA、電子地圖等集成一體)。

(2)GPS應用于授時校頻GPS時間系統：GPS全部衛星與地面測控站構成一個閉環的自動修正時間系統。采用協調世界時UTC(USNo／MC)為參考基準。

(3)GPS應用于高精度測量：各種等級的大地測量，控制測量；道路和各種線路放樣；水下地形測量；地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監測；GIS數據動態更新；工程機械(輪胎吊、推土機等)控制；精細農業等。

二、GLONASS定位系統

全球導航系統(Global Orbiting Navigation Satellite System)，簡稱GLONASS，它是蘇聯研制建立的，1982年10月開始發射的導航衛星系統。于1996年1月開始運行。GLONASS的主要作用是實現全球、全天候的實時導航與定位。目前，GLONASS由俄羅斯負責。

GLONASS系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。

1)空間段，GLONASS星座由分布于3個軌道面內的24顆衛星組成，每個軌道面內的8顆衛星間隔15。，軌道面相對赤道面傾角為64．8。，軌道高度約為19100km，衛星軌道周期近似為11小時16分。目前(截至2010年9月)有22顆GLONASS衛星在軌工作。

2)地面段GLONASS地面運控系統由分布于俄羅斯境內的1個主控站(SCC)、10個監測站(MS)和1個遙測遙控站(TT&C)組成，10個監測站中3個具有上行注入站功能，2個具有激光測距站(SLR)功能，4個具有遙測遙控功能。不同于GPS系統，GLONAss系統采用頻分多址模式發送導航信號，定軌則采用以L波段偽碼測距為主、激光為輔的方式。蘇聯解體后，烏克蘭和哈薩克斯坦境內的控制站不再參與GLOANSS系統的保障工作，所有任務由俄羅斯境內的控制站承擔。

3)用戶段由于GLONASS系統一直運行得不是特別的穩定可靠，因此單獨使用GLONASS星座組成NASS系統的接收機較少，而GPS／GLONSS系統組合的接收機較多，特別是在高精度測量、授時等領域組合型接收機較多，如TAHLAS公司的GG24雙模接收機，JAVAD公司的LEXOMGGD、JAVAD-JNSl00GPSGLONASS接收機，TOPCON公司的HiPerProRTK接收機

俄國將來打算對GLONASS計劃作許多變更，這些變更包括地面支持段的改進、用差分服務增強該系統以及空間段的改進。

三、伽利略全球衛星導航定位系統

統該系統是按照歐洲委員會的提案，并由歐洲航天局合作開發建成的。它的全稱為歐盟伽利略全球衛星導航定位系統，簡稱為Galileo。它將由30顆軌道

衛星組成。參加該系統合作開發的國家有歐盟、中國、印度、以色列及加拿大等國。規劃從2005年到2008年全部衛星發射完畢，并及時投入運營。

GALILEO系統的優越性GALILEO系統與美、俄的導航衛星系統不同，美國的GPS能,為軍事用戶提供精度為10m、為民事用戶提供精度為100ITI兩種信號，而俄羅斯的GLONASS只提供一種精度為10m的軍民兩用信號。GALILEO更多用于民用，可為地面用戶提供三種信號：免費使用的信號、加密且需交費使用的信號、加密且需滿足更高要求的信號。其精度依次提高，最高精度比GPS高10倍，定位精度可達到厘米級，即使是免費使用的信號精度也達到6m。通過GALILEO系統，汽車和火車可以在沒有司機的情況下自動行駛；飛機能在任何機場降落；輪船即使在大霧中也可以安全航行。如果說GPS只能找到街道，而利用GALILEO系統則可找到車庫門。除了能提供精確的定位信號以外，GALILEO系統還可為移動電話業務服務，用于救生行動，如接收到失事飛機的求救信號后快速通知附近的救援部門。這些都是GPS望塵莫及的，因而對GPS提出了強有力的挑戰。

GALILEO計劃是歐洲旨在建設獨立于美國GPS的一項全球衛星導航定位系統計劃。歐空局及其成員國法國是該計劃的最積極倡導者。“伽利略”系統可與美國的GPS和俄羅斯的GLONASS兼容，但比后兩者更安全、更準確，即導航精度和可靠性明顯提高，無論在密集的居民區或深山溝都能收到高質量的信號。GALILEO計劃完成后，可以使歐洲擁有自己的衛星定位系統，為公路、鐵路、空中和海上交通運輸工具提供有保障的導航定位服務，獲得工業和商業效益。另外，經過調研與評估，從2005年到2023年期間，歐洲預計可從伽利略計劃獲得總共2850億歐元的市場規模，其中衛星導航終端設備的歐洲市場潛力為1220億歐元，衛星導航服務的歐洲市場潛力為1130億歐元，出口市場規模為500億歐元。歐盟相信這一巨大的市場規模將會對歐洲的私人投資者產生很大的吸引力。

GALILEO系統是一個以民用為主的導航系統，它的建立和發展將滿足歐洲經濟、科學和戰略的需要，為整個歐洲安全體系的建立提供基礎，打破衛星導航領域美、俄壟斷的格局，將為歐洲帶來巨大的直接和間接效益，為2l世紀歐洲工業界在高技術領域的發展提供重要機遇。

四、“北斗一號”導航系統

“北斗一號”衛星導航定位系統是我國自行研制的導航定位系統，也稱為雙星區域導航定位系統，它是一個全天候、全天時提供衛星導航信息的區域性導航系統，該系統覆蓋范圍為東經700～145。，北緯5。～55。，可以無縫覆蓋我國全部本土和周邊海域，在中國全境范圍內具有良好的導航定位可用性。

北斗一號”定位系統又被稱為雙星定位系統，它由1個地面控制中心站、若干個地面監測站和2顆位于地球赤道上空的同步軌道衛星所組成。2顆同步軌道衛星于2000年底發射，分別定點于東經80。和140。，2003年6月又發射了1顆備用衛星。其服務范圍包括中國大陸、臺灣、南沙及其島嶼、中國海和日本海、太平洋部分海域及我國部分周邊地區。

“北斗一號”定位系統-仁作模式為有源定位模式，它提供低動態或靜止定位服務，此外，“北斗一號”衛星定位系統還可以向用戶提供授時服務和簡短數字報文通信服務。

系統的特點與優勢：

(1)“北斗一號”衛星導航定位系統是我國自主開發并已成功投入應用的衛星導航定位系統，它完全獨立于美國的GPS和俄羅斯的GLONASS系統，不受任何限制，

具有很強的可用性。

(2)與目前現有衛星導航系統相比，“北斗”系統不依賴任何其他通信手段而很容易地實現系統組網，還可同時進行數據通信，非常適合于偏遠地區和其他通信網絡覆蓋不到的地區。

(3)覆蓋范圍廣，“北斗”系統覆蓋了東經70。～145。，北緯5。～55。的廣大區域，完全可滿足我國及周邊國家的應用需要。

(4)性價比高。

“北斗一號”導航定位系統是我國自主建立發展起來的，從衛星的制造到利用運載火箭發射衛星上天，都是我國的航天部門一手打造的。盡管“北斗一號”只有兩顆衛星，無法達到美國GPS系統和俄羅斯GLONASS系統的功能，實現不了三維的實時定位，精度和覆蓋范圍方面也不理想，但它畢竟是我國開發自己的衛星導航定位系統的一個嘗試。

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