四大衛星定位系統

2024年1月8日發(作者：一師一優課)

全球四大衛星定位系統

導航衛星系統：

GPS

系統構成： 1.空間部分

2.用戶接收處理部分

3.地面監控部分

美國的GPS系統，由24顆(3顆為備用衛星）在軌衛星組成。

北斗

1.空間部分

2。地面中心控制系統

3。用戶終端

“北斗”衛星導航定位系統需要發射35顆衛星，系統將有5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成.

64。8度

L1，L2,S，P

GLONASS GALILEO

1。空間部分

2.地面支持系統

3。用戶設備

21顆衛星，3顆備用衛星

歐盟主導的伽利略系統的目標是，耗資30億歐元,共發射30顆衛星,其中27顆衛星為工作衛星，3顆為候補衛星。

56度

衛星星座：

軌道傾角:

系統信號:

55度

L1，L2，P

56度

定位精度：

定位原理：

2。93m(民用）

0.293m（軍用)

測邊交會定位

10m（民用）

測邊交會定位

E(1590MHz）、EE5a~E5b，（1561MHz）、E6,E2-L1—E1

E6（1269MHz）E5（1207MHz）

10m

優于10m

測邊交會定位 測邊交會定位

一、 美國的全球衛星定位系統GPS:

1、簡介:

GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系統）的縮寫，而其中文簡稱為“球位系”.GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統。GPS系統由28顆地球同步衛星組成(4顆為備用星）,均勻地分布在距離地球20000公里高空的6個軌道面上.這些衛星與地面支撐系統組成網絡，每隔1—3秒向全球用戶播報一次其位置（經緯度）、速度、高度和時間信息，能使地球上任何地方的用戶在任何時候都能利用GPS接收機同時收到至少4顆衛星的位置信息,應用差分定位原理計算確定自己的位置，精度約為10米.

2、特點：

⑴全球、全天候工作。

⑵定位精度高。單機定位精度優于10m,采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。

⑶功能多，應用廣。

⑷高效率、操作簡便、應用廣泛。

二、俄羅斯GLONASS衛星導航系統：

1、簡介：

GLONASS星座由27顆工作星和3顆備份星組成,

所以GLONASS星座共由30顆衛星組成。27顆星均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上,這三個軌道平面兩兩相隔120度，每個1

軌道面有8顆衛星，同平面內的衛星之間相隔45度， 軌道高度2。36萬公里，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8度。

格洛納斯衛星發射

2、特點:

⑴抗干擾能力強。

⑵GLONASS系統采用了軍民合用、不加密的開放政策。

⑶GLONASS系統采用頻分多址(FDMA)方式，根據載波頻率來區分不同衛星(GPS是碼分多址（CDMA）,根據調制碼來區分衛星）.

3、GLONASS與GPS不同之處：

一是衛星發射頻率不同。GPS的衛星信號采用碼分多址體制，每顆衛星的信號頻率和調制方式相同,不同衛星的信號靠不同的偽碼區分。而GLONASS采用頻分多址體制，衛星靠頻率不同來區分，每組頻率的偽隨機碼相同.由于衛星發射的載波頻率不同，GLONASS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。GPS使用世界大地坐標系（WGS—84)，而GLONASS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GLONASS則與莫斯科標準時相關聯。

格洛納斯 — 將與GPS相當據全球按全網2007年5月24日報道，俄羅斯聯邦航天局副主任尤里·諾森科（Yury Nonko)23日稱，Glonass全球定位系統將在2011年達到美國全球定位系統 （GPS) 的精度水平.這是他在在莫斯科舉辦的一次Glonass頂級設計專家新聞發布會議上宣布的,2011年之前將Glonass系統民用精度提高至一米。 會上，負責建造Glonass衛星的公司總裁稱,2007年底之前，將發射六顆Glonass—M衛星入軌.另有六顆將在2008年加入系統，首批兩顆改進型Glonass-K衛星將于2009年發射.

4、主要問題：

1。目前GLONASS工作不穩定，衛星工作壽命短，在軌衛星只12顆；

2。GLONASS用戶設備發展緩慢,生產廠家少，設備體積大而笨重；

2

3。由于GLONASS采用的是FDMA，所以用戶接收機中頻率綜合器復雜;

4。對GPS/GLONASS兼容接收機，需解決兩系統的時間和坐標系統問題.

三、中國的北斗衛星導航系統：

1、簡介：

北斗衛星導航系統(BeiDou（COMPASS)Navigation Satellite System）是中國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統.北斗衛星導航系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成.

空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星。地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站.用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”(GLONASS）、歐洲“伽利略"（GALILEO）等其他衛星導航系統兼容的終端組成。中國此前已成功發射四顆北斗導航試驗衛星和七顆北斗導航衛星，將在系統組網和試驗基礎上,逐步擴展為全球衛星導航系統.

2、特點：

⑴和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS相比，增加了通訊功能。

⑵全天候快速定位,與GPS精度相當.

⑶屬于有源定位系統,系統容量有限，定位終端比較復雜。

⑷屬于區域定位系統，目前只能為中國以及周邊地區提供定位服務。

北斗衛星導航系統空間段計劃由35顆衛星組成,包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。5顆靜止軌道衛星定點位置為東經58.75°、80°、110。5°、140°、160°,中地球軌道衛星運行在3個軌道面上,軌道面之間為相隔120°均勻分布。

至2012年底北斗亞太區域導航正式開通時，已為正式系統發射了16顆衛星,其中14顆組網并提供服務，分別為5顆靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星（均在傾角55°的軌道面上），4顆中地球軌道衛星（均在傾角55°的軌道面上)。

序號

發射地點

使用狀況

試驗星未使用

衛星 發射日期 火箭 運行軌道

中地球軌道，高度21559×21518公里，傾角56。8°

有誤差的地球靜止軌道，高度36027×35539公里,傾角2。2°

地球靜止軌道140。0°E，高度35807×35782公里，傾角1。6°

地球靜止軌道110。6°E，高度35809×35777公里，傾角1。3°

傾斜地球同步軌道，高1

北斗—M1

2007年04月14日

西昌長征三號甲

2

北斗-G2

2009年04月15日

西昌

長征三號丙

失控未使用

3

北斗-G1

2010年01月17日

西昌

長征三號丙

使用中

4

北斗—G3

2010年06月02日

西昌

長征三號丙

長征三號3

使用中

5

北斗—IGS2010年08月0西昌 使用中

序號

衛星

O1

發射日期

1日

發射地點

甲

火箭 運行軌道

度35916×35669公里，傾角54.6°

使用狀況

6

北斗—G4

2010年11月01日

西昌

長征三號丙

地球靜止軌道160.0°E，高度35815×35772公里,使用中

傾角0。6°

傾斜地球同步軌道,高度35883×35691公里， 使用中

傾角54.8°

傾斜地球同步軌道,高度35911×35690公里,

傾角55。9°

傾斜地球同步軌道，高度35879×35709公里,

傾角54.9°

傾斜地球同步軌道，高度35880×35710公里， 使用中

傾角54。9°

地球靜止軌道58.7°E，高度35801×35786公里，傾角1.4°

中地球軌道，高度21607×21463公里，傾角55.使用中

3°

中地球軌道，高度21617×21453公里，傾角55。使用中

2°

中地球軌道 ,高度21597×21473公里，傾角55。使用中

0°

中地球軌道，高度21576×21494公里，傾角55.使用中

1°

地球靜止軌道80。2°E，高度35803×35783公里,使用中

使用中

使用中

使用中

7

北斗—IGSO2

2010年12月18日

西昌

長征三號甲

8

北斗—IGSO3

2011年04月10日

西昌

長征三號甲

9

北斗-IGSO4

2011年07月27日

西昌

長征三號甲

10

北斗—IGSO5

2011年12月02日

西昌

長征三號甲

11

北斗—G5

2012年02月25日

西昌

長征三號丙

12

北斗—M3

2012年04月30日

西昌

長征三號乙

13

北斗-M4

2012年04月30日

西昌

長征三號乙

14

北斗-M5

2012年09月19日

西昌

長征三號乙

15

北斗-M6

2012年09月19日

2012年10月25日

西昌

長征三號乙

長征三號丙

4

16

北斗-G6 西昌

序號

衛星 發射日期

發射地點

火箭 運行軌道

傾角1.7°

使用狀況

3、信號傳輸

北斗衛星導航系統使用碼分多址技術，與全球定位系統和伽利略定位系統一致,而不同于格洛納斯系統的頻分多址技術。兩者相比，碼分多址有更高的頻譜利用率,在由L波段的頻譜資源非常有限的情況下，選擇碼分多址是更妥當的方式。此外，碼分多址的抗干擾性能，以及與其他衛星導航系統的兼容性能更佳.

北斗衛星導航系統的官方宣布，在L波段和S波段發送導航信號，在L波段的B1、B2、B3頻點上發送服務信號，包括開放的信號和需要授權的信號.

B1頻點：1559。052MHz－1591。788MHz

B2頻點：1166。220MHz－1217。370MHz

B3頻點：1250.618MHz－1286。423MHz

國際電信聯盟分配了E1（1590MHz）、E2（1561MHz)、E6（1269MHz)和E5B(1207MHz）四個波段給北斗衛星導航系統,這與伽利略定位系統使用或計劃使用的波段存在重合。然而，根據國際電信聯盟的頻段先占先得政策,若北斗系統先行使用，即擁有使用相應頻段的優先權。2007年,中國發射了北斗-M1,之后在相應波段上被檢測到信號：1561。098MHz±2。046MHz， 1589。742MHz， 1207。14MHz±12MHz, 1268。52MHz±12MHz，以上波段與伽利略定位系統計劃使用的波段重合,與全球衛星定位系統的L波段也有小部分重合。

北斗—M1是一個實驗性的衛星，用于發射信號的測試和驗證,并能以先占的原則確定對相應頻率的使用權.北斗—M1衛星在E2、E5B、E6頻段進行信號傳輸，傳輸的信號分成2類,分別被稱作“I"和“Q”.“I”的信號具有較短的編碼,可能會被用來作開放服務（民用）， 而“Q”部分的編碼更長,且有更強的抗干擾性，可能會被用作需要授權的服務（軍用）。

在北斗—M1發射后，法國、美國等工程師即展開了對信號的研究，研究者包括在中國引起熱議的高杏欣，她和團隊分析出了北斗-M1衛星的民用碼信道編碼方式并予以公開，但其研究內容與軍用碼的安全問題無關,事實上全球衛星定位系統和伽利略定位系統的民用碼也早已被破解.

四、歐洲“伽利略”衛星導航系統：

1、簡介：

伽利略全球衛星導航系統是由歐盟開發全球衛星定位系統。該系統將由30顆中高度圓軌道衛星和2個地面控制中心組成，其中27顆衛星為工作衛星,3顆為候補.衛星高度為23616公里,位于3個傾角為56度的軌道平面內.計劃為歐洲公路、鐵路、空中和海洋運輸及歐洲共同防務，甚至是徒步旅行者提供能精確到1米的有保障的定位導航服務。

伽利略計劃在軌驗證階段一共需要18個感應站、5個傳輸站及2個遙感、跟蹤和指令站。此外，歐航局還將在意大利的富奇諾和德國的上普法芬霍芬建立2個控制中心。屆時,感應站會將收集到的數據源源不斷地傳回控制中心,控制中心隨后通過傳輸站向衛星發出導航指令.

2、特點：

⑴定位精度更高、更可靠。

⑵可靠性和穩定性更高.

⑶防干擾性更強，技術更先進。

⑷能夠和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS系統實現多系統內的相互兼容。

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