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四强争霸!世界卫星导航系统发展现状

    现在大家提起导航,脑海中就会浮现“GPS”这三个字母,其实GPS(Global Positioning System)只不过是美国军方建造的全球定位系统而已,由于先入为主的关系,我们把它当做卫星导航系统的代名词了。除了GPS之外,还存在几个卫星导航系统,分别是欧洲的GALILEO(伽利略)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及中国的北斗(COMPASS)导航系统。这些导航系统和GPS有什么异同点?未来全球导航的发展趋势是什么?小编在下面将为你做详细解答。

   欧洲GALILEO系统

  在经济领域,欧盟与美国呈分庭抗礼之势,在导航领域欧洲也不能让美国一家独大。GALILEO系统是欧空局与欧盟在1999年合作启动的,该系统民用信号精度最高可达1m。

  计划中的GALILEO系统由30颗卫星组成,在2005年12月28日,首颗实验卫星Glove-A发射成功,第2颗实验卫星Glove-B在2007年4月27日由俄罗斯联盟号运载火箭于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。另外,还有4颗在轨验证(IOV)卫星正在生产之中,将于近期发射入轨。

  值得一提的是,中国也参与了GALILEO计划,是最早的非欧洲合作伙伴国,已经开始承担IVO阶段的11个项目,设计空间段、地面段和应用段的工作任务,并且会在将来参与卫星的制造、提供激光反射器、搜索救援组件以及其他组件。

  俄罗斯GLONASS系统

  GLONASS是(Global Navigation Satellite System)的简写,是前苏联国防部与20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统,从某种程度上来说是冷战的产物。该系统耗资30多亿美元,于1995年投入使用,现在由俄罗斯联邦航天局管理。GLONASS是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。

  GLONASS系统在1995年刚投入使用时,由24颗中高度圆形轨道卫星和1颗备用卫星组网而成,由于前苏联国土辽阔,其中18颗卫星用于本土的定位,其他卫星将定位服务扩展至全球。GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式,也就是根据载波频率来区分不同卫星,GPS采用的则是码分多址(CDMA)的方式,根据调制码来区分卫星。该系统单点定位精度为16m,垂直精度为25m,采用军民合用,不加密的方式提供服务。但显而易见,即使不加密该系统的定位精度也要落后于GPS,但优越性在于抗干扰能力强。

  GLONASS卫星的设计寿命只有3年,因此维护成本比较高,俄罗斯由于财政困难,无法发射足够的卫星来替代退役的卫星,以至于到20世纪90年代后期,工作的卫星数量下降到不足10颗,近乎瘫痪。但后来发生的伊拉克战争对俄罗斯政府产生了震动,总统普京于2005年指示2007年必须恢复GLONASS系统的正常运作,并为其拨款36亿卢布。修复后的系统更名为GLONASS-M,由24颗卫星组成,精度将达到1m。新卫星的工作寿命也大大延长,GLONASS-M为7年,而GLONASS-K为10年。

  美国GPS系统

  由于现今俄罗斯GLONASS系统在轨卫星数量不足,加上欧洲GALILEO未成气候,美国的GPS系统现在在全球导航系统中处于垄断地位。

  该系统是美国国防部从20世纪70年代初开始研制的采用时间测距导航方式的第二代卫星导航系统,最初只是军事用途,为美国在全球的舰船、飞机提供定位以及指挥陆军作战,后来就向民用领域延伸。该系统提供两种定位信号,其中之一是C/A编码,由标准定位信号经过干扰而成,精度在100m左右,供民间使用。另一种是P码,经加密后供军用,定位精度达到3m之内。

  GPS是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统,应用范围极其广泛。该系统由28颗地球同步卫星组成,其中4颗为备用星,均匀的分布在距离地面20000千米的6个轨道面上。这些卫星与地面支持系统组成网络,每隔1~3秒向全球用户播报信息,使地球上任何地方的用户在任何时候均可以利用接收机同时接收到至少4颗卫星的信号。接收机接到信号之后,可以通过差分定位原理确定自己的位置。

  GPS系统也在不断的进步中,美国目前正在设计新的第2代GPS卫星,计划发射20颗,升级之后定位精度将达到1mm。

  中国北斗(COMPASS)系统

  中国卫星定位产业的发展速度有目共睹,市场规模从2000年的不到10亿元增长到了2005年的120亿元。在此背景下,基于经济利益和国家安全的考虑,中国开始建设自己的北斗全球卫星定位导航系统。

  该系统的空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供开放服务和授权服务两种模式。开放服务提供免费的定位、测速和授时,定位精度可以达到10m,授时精度50ns,测速精度0.2m/s。授权服务提供更加安全精确的定位、测速和授时服务以及提供系统完好性信息。

  就在上周三,北斗系统的第二颗卫星发射成功,距离第一颗北斗卫星进入轨道已经过去两年时间。今后两年时间将发射10颗卫星,北斗一期工程的12颗卫星的信号将覆盖中国国土以及周边地区,提供导航信号。到2020年将形成具有三十几颗卫星的覆盖全球的导航系统,届时中国将摆脱对美国GPS系统的依赖。

  文末总结:

  定位系统不仅仅对经济方面有巨大的拉动作用,在国家安全方面也是举足轻重,因此建立属于自己的全球导航系统势在必行。从时间来看,美国GPS的起步最早,俄罗斯GLONASS次之,前者到今天已经发展成为用户最多的导航系统,而后者由于政治和经济各方面的因素影响,发展不是很顺利,但未来也在努力追赶中。欧洲GALILEO和中国北斗系统则是以“黑马”的姿态出现,后来居上也是有可能的。

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