全球四大卫星定位系统课稿.docx

全球四大卫星定位系统课稿.docx

《全球四大卫星定位系统课稿.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全球四大卫星定位系统课稿.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

全球四大卫星定位系统课稿

全球四大卫星定位系统

说起卫星定位导航系统，人们就会想到 GPS，但是现在，伴随

着众多卫星定位导航系统的兴起，全球卫星定位导航系统有了一个

全新的称呼：

GNSS（Global Navigation Satellite System）。

当前，

在这一领域最吸引人眼球的要数美国的 GPS 卫星导航系统；此外，

还有俄罗斯的“格洛纳斯” 导航卫星系统，欧盟的“伽利略”导航

卫星系统，以及我国自主开发的“北斗”导航卫星系统。

　　一、美国 GPS 系统

　　GPS（Global Position System）全球定位系统是目前最成熟的

卫星定位导航系统。

它是美国从上世纪 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。

目前美国军用 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，所以现在这种高精度的 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。

　　美国利用 GPS 获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收

设备方面赚取了巨额利润。

以 GPS 为代表的卫星导航定位应用产业，

已成为八大无线电子产业之一。

虽然 GPS 已广泛应用，但也绝非完

美无缺。

例如，其规模太大、造价太高，其它国家很难效仿；GPS

只能导航，无法通信，因而不能满足日益增长的用户需求；如果仅

依赖 GPS，则容易受美国控制。

为了提高国防安全，以及从广阔的

导航市场获取利益，一些有能力的国家建设了自己的卫星导航系统。

　　二、俄罗斯 “格洛纳斯” GLONASS

　　“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。

目前此

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“格鲁纳斯”系统，

而非美国的 GPS 或者是欧洲的“伽利略”导航系统。

俄罗斯正在着

手 GLONASS 系统的现代化改进工作，新一代“GLONASS-Ｍ”型导航

卫星已陆续投入发射，开始使用。

　　日前俄罗斯官方宣布，从 2007 年起，俄全球卫星导航系统“格

洛纳斯”将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。

　　目前，“格洛纳斯”系统实际在轨卫星达 17 颗，到 2007 年底，

“格洛纳斯”系统将覆盖整个俄罗斯，届时该系统卫星总数将增加

到 18 颗；而到 2009 年末，该系统卫星总数将增加到 24 颗，真正实

现全球定位导航。

届时，GLONASS 系统将具备与美国 GPS 系统相抗

衡的实力。

　　三、欧盟 “伽利略” GALILEO 卫星定位系统

　　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。

法国总统希拉克曾

表示，没有“伽利略”计划，欧洲“将不可避免地成为附庸，首先

是科学和技术，其次是工业和经济”。

　　“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。

“伽利略”

卫星导航定位系统的建立将于 2007 年底之前完成，2008 年投入使

用，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

卫星预计在今年发射。

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。

　　四、中国在大力参与伽利略计划的同时，始终没有放

弃开发自有卫星导航系统的努力。

　　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。

　　中国正大力建设“北斗”卫星导航系统，计划在 2008 年左右满

足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，并进行系统组网和

试验，2010 年逐步扩展为全球卫星导航系统。

　　“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。

　　五、卫星导航进入争霸格局

　　卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的经

济效益和社会效益,涉及政治、经济、军事等领域，对维护国家利益

具有重大意义。

中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，有

必要也有能力拥有自己的全球卫星定位系统。

我国政府高度重视卫

星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的全球卫星

导航定位系统。

目前，世界上只有少数国家具备自主建设卫星导航

系统的能力，正在运行的有美国的 GPS 系统和俄罗斯的 GLONASS 系

统，中国参与的欧洲伽利略全球卫星定位计划也正在紧锣密鼓地进

行。

　　为打破美国的垄断，俄罗斯耗资 30 多亿美元建起了自己的全球

卫星导航系统 GLONASS（格洛纳斯）。

2002 年，欧盟与其它国家合作

开发了“伽利略”卫星导航系统。

此外，中国自主研发的北斗卫星

导航系统已经取得重大进展。

　　从目前的竞争格局看，GPS 无疑还占据着主导地位，但它的优

势正逐步被其它 3 大系统所取代。

从技术和应用前景上看，四大系

统各有优劣，如果说 GPS 胜在成熟，伽利略胜在精准，那么格洛纳

斯的最大价值就在于抗干扰能力强，而中国的北斗卫星导航系统的

优势则在于互动性和开放性。

　　与 GPS 相比，伽利略系统在许多方面具有优势，例如其卫星数

量多达 30 颗，其卫星轨道位置比 GPS 高。

伽利略可为地面用户提供

3 种类型的信号供选择，其中包括免费信号、加密且需交费才能使

用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。

　　此外，伽利略卫星定位系统信号的最高精度比 GPS 高 10 倍，确

定物体的误差范围在 1 米之内。

正如有关专家所说：

“如今的 GPS

只能找到街道，而伽利略却能找到车库的门。

”而俄罗斯的格洛纳

斯由 24 颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定

位卫星系统。

尽管其民用定位精度比 GPS、伽利略略低，但其抗干

扰能力却是最强的。

　　中国自行研制生产的北斗卫星导航系统不仅具备在任何时间、

任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力，而且

在定位性能上有所创新。

北斗系统与其它系统最大的不同，在于它

不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置，

特别适用于需要导航与移动数据通信的应用场合。

此外，中国还致

力于提高北斗卫星导航系统与其它全球卫星导航系统的兼容性，促

进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。

　　显而易见，建设卫星导航定位系统不仅经济效益显着，更是一

个国家国防和综合实力的重要标志。

GPS 定位系统已经让美国在参

与的多场地区战争中获得帮助。

印度，日本等国也都在大力发展卫

星导航系统。

由于全球将出现多套全球导航定位系统，从市场的发

展来看，将会出现多种导航系统竞争的局面。

竞争会使用户得到更

稳定的信号、更优质的服务。

世界上多套全球导航定位系统并存，

相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本

保证。