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全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（英文：Global Navigation Satellite System，縮寫：GNSS，又稱全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)），是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）包括一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強(qiáng)系統(tǒng)。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)公布的全球4大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商，包括中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）。其中GPS是世界上第一個(gè)建立并用于導(dǎo)航定位的全球系統(tǒng)，GLONASS經(jīng)歷快速?gòu)?fù)蘇后已成為全球第二大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，二者正處現(xiàn)代化的更新進(jìn)程中；GALILEO是第一個(gè)完全民用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，正在試驗(yàn)階段；BDS是中國(guó)自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

定義

發(fā)展沿革

1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第1顆人造地球衛(wèi)星，遠(yuǎn)在美國(guó)霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室2個(gè)年輕學(xué)者接收該衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星與接收機(jī)之間形成的運(yùn)動(dòng)多普勒頻移效應(yīng)，并斷言可以用來進(jìn)行導(dǎo)航定位。在他們的建議下，美國(guó)在1964年建成了國(guó)際上第1個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即“子午儀”，由6顆衛(wèi)星構(gòu)成星座，用于海上軍用艦艇船舶的定位導(dǎo)航。1967年，“子午儀”系統(tǒng)解密并提供給民用。

由此可見，從20世紀(jì)70年代后期全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）建設(shè)開始，至2020年多星座構(gòu)成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system，GNSS）均屬于第2代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，它們包括美國(guó)的GPS、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigationsatellite system，GLONASS）、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS）和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo navigationsatellite system，Galileo）等4個(gè)全球系統(tǒng)，以及日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（quasi-zenith satellite system，QZSS）和印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Indian regionalnavigational satellite system，IRNSS）等2個(gè)區(qū)域系統(tǒng)，其中IRNSS也稱為印度星座導(dǎo)航（navigationwith Indian constellation， NavIC）。以上除中國(guó)之外的5個(gè)國(guó)家作為GNSS服務(wù)提供商均持有相應(yīng)的星基增強(qiáng)系統(tǒng)，它們分別是：美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（wide area augmentation system，WAAS）、俄羅斯的差分改正監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（differential correctionsand monitoring，SDCM）、歐洲的地球靜止導(dǎo)航重疊服務(wù)（Europeangeostationarynavigation overlayservice，EGNOS）、印度的 GPS輔助型靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS aided geo augmented navigation，GAGAN）和日本的多功能衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)（multi-functional satellite augmentation system，MSAS）。

中國(guó)由于其衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展之路與其他國(guó)家不同，它所建設(shè)的北斗二號(hào)（BeiDou navigationsatellite【regional】system，BDS-2）就是區(qū)域系統(tǒng)，而其建設(shè)的北斗三號(hào)（BeiDou navigation satellite system withglobal coverage，BDS-3）還包括星基增強(qiáng)系統(tǒng)功能。

綜上所述，所謂的第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，就是指GNSS，它是泛指的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是涵蓋全球系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)和星基增強(qiáng)系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)之系統(tǒng)的概念。那么會(huì)不會(huì)有第三代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)出現(xiàn)呢。應(yīng)該有，因?yàn)樗幸呀?jīng)建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家均在考慮或者推進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的下一步創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃，也有考慮與通信一體融合的導(dǎo)航星座。

2023年4月19日消息，通信導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)探月任務(wù)示意圖國(guó)家航天局公布，中國(guó)正在論證構(gòu)建環(huán)月球通信導(dǎo)航衛(wèi)星星座，首次發(fā)射可能在2024年左右進(jìn)行。簡(jiǎn)單地說，這將是月球版北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為未來月面作業(yè)提供中繼通信、導(dǎo)航等服務(wù)，為接下來更復(fù)雜的探月任務(wù)提供信息支持。

2024年11月10日消息，美國(guó)太空軍在一份聲明中表示，由于承包商洛克希德·馬丁公司在制造一些復(fù)雜零件方面遇到困難，首批10顆GPS IIIF型號(hào)衛(wèi)星的“可發(fā)射”交付時(shí)間從2026年4月推遲至該年11月，后續(xù)的交付也將出現(xiàn)至少同等時(shí)長(zhǎng)的延遲。

系統(tǒng)應(yīng)用

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事、資源環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)、測(cè)繪、電力電信、城市管理、工程建設(shè)、機(jī)械控制、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁牧業(yè)、考古業(yè)、生活、物聯(lián)網(wǎng)、位置服務(wù)中都有應(yīng)用。

導(dǎo)航

用于武器導(dǎo)航，可以精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈；用于車輛導(dǎo)航，可以進(jìn)行路線導(dǎo)航、車輛調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)；用于飛機(jī)導(dǎo)航時(shí)可進(jìn)行航線導(dǎo)航、進(jìn)場(chǎng)著陸控制；用于船舶導(dǎo)航，可以遠(yuǎn)洋導(dǎo)航、港口/內(nèi)河引水；當(dāng)個(gè)人旅游及探險(xiǎn)時(shí)還可以用于個(gè)人導(dǎo)航。GPS在低緯度的觀測(cè)效果好，而GLONASS在高緯度的觀測(cè)優(yōu)于低緯度。

定位

可定位車輛、手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備，擁有設(shè)備的防盜，在旅游及野外探險(xiǎn)時(shí)可以利用電子地圖查看自己所在位置。還可以定位兒童或老年人，以便他們走失時(shí)及時(shí)確定其準(zhǔn)確方位。

測(cè)量

利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中載波相位差分技術(shù)（RTK），其測(cè)量精度可以達(dá)到以厘米為單位，與傳統(tǒng)的人工測(cè)量相比，其擁有精度高、易操作、測(cè)量設(shè)備便攜、可全天候操作、測(cè)量點(diǎn)之間無須通視等人工測(cè)量無法比擬的優(yōu)勢(shì)。全球衛(wèi)星定位技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)、資源勘查、地籍測(cè)量等領(lǐng)域。

農(nóng)業(yè)

很多國(guó)家已經(jīng)把全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)發(fā)展，可以定位農(nóng)田信息、監(jiān)測(cè)產(chǎn)量、土樣采集等，再通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，制定出更科學(xué)的農(nóng)田管理措施。還可以把產(chǎn)量及土壤狀態(tài)等農(nóng)田信息裝入帶有GPS設(shè)備的噴施器中，在給農(nóng)田施肥、噴藥的過程中可以精確其用量，可以降低因肥料和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的污染。

救援

利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，可提高各部門對(duì)交通事故、交通堵塞、火災(zāi)、洪災(zāi)、犯罪現(xiàn)場(chǎng)等緊急事件的響應(yīng)速度?？梢詭椭仍藛T在惡劣的天氣條件和地理?xiàng)l件下對(duì)失蹤人員進(jìn)行營(yíng)救。

監(jiān)視管理

對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視和管理是為了減少飛機(jī)起飛和進(jìn)場(chǎng)的滯留時(shí)間，有效調(diào)度飛機(jī)、車輛以及人員。全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)可以在任何氣候環(huán)境下，為所有飛行跑道提供全天候、安全、精密的導(dǎo)航功能?？梢允共捎萌蛐l(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的飛機(jī)更具靈活性，讓其可以在無人或脫離跑道時(shí)自行操作，通過調(diào)度系統(tǒng)可以有效地組織地面交通以及處理停機(jī)坪事故。

軍事

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)演變成為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，依靠全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以精確制導(dǎo)導(dǎo)彈和炸彈，從而進(jìn)行目標(biāo)引導(dǎo)。同時(shí)，在步兵戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中也成為了不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)軍事裝備。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于特種作戰(zhàn)也具有巨大意義，因?yàn)樗梢匀旌?、連續(xù)地隱蔽定位，而且使用者不用發(fā)射出任何信號(hào)、只要能接收衛(wèi)星信號(hào)就可以使用。因此，特種作戰(zhàn)時(shí)，無需無線電靜默就能與指揮部保持聯(lián)系，無需發(fā)出信號(hào)就能獲得戰(zhàn)術(shù)支援，并可以隨時(shí)更改，確認(rèn)理想的行動(dòng)路徑。

四大系統(tǒng)

北斗系統(tǒng)

發(fā)展歷程

20世紀(jì)后期，中國(guó)開始探索適合國(guó)情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，逐步形成了三步走發(fā)展戰(zhàn)略：2000年年底，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)即北斗一號(hào)（BeiDou navigation demonstration system，BDS-1），向中國(guó)提供服務(wù)；2012年年底，建成北斗二號(hào)區(qū)域系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；在2020年，建成北斗三號(hào)全球系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。2035年前還將建設(shè)完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時(shí)空體系。

中國(guó)堅(jiān)持“自主、開放、兼容、漸進(jìn)”原則建設(shè)發(fā)展BDS：①所謂自主，是堅(jiān)持自主建設(shè)、發(fā)展和運(yùn)行BDS，具備向全球用戶獨(dú)立提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的能力；②所謂開放，是免費(fèi)提供公開的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，鼓勵(lì)開展全方位、多層次、高水平的國(guó)際合作與交流；③所謂兼容，是提倡與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開展兼容與互操作，鼓勵(lì)國(guó)際合作與交流，致力于為用戶提供更好的服務(wù)；④所謂漸進(jìn)，是分步驟推進(jìn)BDS建設(shè)發(fā)展，持續(xù)提升BDS服務(wù)性能，不斷推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

中國(guó)正在實(shí)施北斗三號(hào)工程建設(shè)。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2018年底，完成19顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，完成基本系統(tǒng)建設(shè)，向全球提供服務(wù)；2020年完成由3顆地球靜止軌道（geostationary Earth orbit，GEO）衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道（inclined geosynchronous orbits，IGSO）衛(wèi)星和24顆中圓地球軌道（medium Earth orbit，MEO）衛(wèi)星組成的完整星座，全面建成北斗三號(hào)。BDS由空間段、地面段和用戶段3部分組成：空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星3種軌道衛(wèi)星組成混合導(dǎo)航星座；地面段包括主控站、時(shí)間同步/注入站和監(jiān)測(cè)站等若干地面站；用戶段包括BDS兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用與服務(wù)系統(tǒng)等。

BDS具有以下特點(diǎn)：

①BDS空間段采用3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯；

②BDS提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，能夠通過多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度；

③BDS創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、位置報(bào)告和短報(bào)文通信服務(wù)5大功能。

應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，中國(guó)不斷加強(qiáng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星制造發(fā)射以及地面系統(tǒng)建設(shè)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，預(yù)計(jì)至2020年底，將全面完成北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)，屆時(shí)空間信號(hào)精度將優(yōu)于0.5米。北斗系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、救災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域，并走出國(guó)門在印尼土地確權(quán)、科威特建筑施工、烏干達(dá)國(guó)土測(cè)試、緬甸精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、馬爾代夫海上打樁、泰國(guó)倉儲(chǔ)物流、巴基斯坦機(jī)場(chǎng)授時(shí)、俄羅斯電力巡檢等方面得到廣泛應(yīng)用。

支持北斗三號(hào)新信號(hào)的28納米工藝射頻基帶一體化SoC芯片，已在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，最新的22納米工藝雙頻定位芯片已具備市場(chǎng)化應(yīng)用條件，全頻一體化高精度芯片正在研發(fā)，全球首顆全面支持北斗三號(hào)民用導(dǎo)航信號(hào)體制的高精度基帶芯片“天琴二代”在北京正式發(fā)布，北斗芯片性能將再上一個(gè)臺(tái)階，性能指標(biāo)與國(guó)際同類產(chǎn)品相當(dāng)。截至2019年底，國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航型芯片模塊累計(jì)銷量已突破8000萬片，高精度板卡和天線銷量已占據(jù)國(guó)內(nèi)30%和90%的市場(chǎng)份額，并輸出到100余個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)已啟用，能免費(fèi)向社會(huì)公眾提供開放的實(shí)時(shí)亞米級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)。北斗系統(tǒng)在高精度算法和高精度板卡制造方面取得突破，運(yùn)用RTK（Real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分）技術(shù)能夠?qū)⒕忍嵘晾迕准?jí)，高精度定位技術(shù)未來發(fā)展空間廣闊。國(guó)家北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)已為全國(guó)超過400座城市的各種行業(yè)應(yīng)用提供北斗精準(zhǔn)服務(wù)，有效推動(dòng)智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化和完善。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶運(yùn)輸，公路交通，鐵路運(yùn)輸，海上作業(yè)，漁業(yè)作業(yè)，森林火災(zāi)預(yù)防，環(huán)境管理監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，覆蓋部隊(duì)，公安，海關(guān)等其他有特殊指揮調(diào)度要求的單位，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。北斗的應(yīng)用規(guī)模和范圍也隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能和性能的不斷提高與完善，將逐漸擴(kuò)大，前景可觀。

在海上作業(yè)方面，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院的北斗漁船終端和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、北斗疏浚船舶監(jiān)控終端和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)等已經(jīng)研制完成。2016年，該研究院根據(jù)市場(chǎng)需求開展多項(xiàng)北斗系列系統(tǒng)研制，例如北斗遇險(xiǎn)救生終端以及基于北斗的“智能船”通導(dǎo)系統(tǒng)和電子通關(guān)系統(tǒng)等等。“十三五”初期，基于北斗的內(nèi)河船舶監(jiān)管示范工程，由交通運(yùn)輸部和中央軍委裝備發(fā)展部聯(lián)合啟動(dòng)，取得良好成效，已經(jīng)成功搭建完成北斗應(yīng)急無線電示位標(biāo)法定檢驗(yàn)檢測(cè)的環(huán)境。公路交通，鐵路運(yùn)輸方面，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可用于監(jiān)控設(shè)施安全和車輛的運(yùn)輸過程，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)約有480萬輛危險(xiǎn)品車、大客車、班線客車安裝了北斗終端，監(jiān)控管理各個(gè)車輛的效率和維護(hù)道路運(yùn)輸過程中的安全水平，均得到了有效提升。森林防火，救災(zāi)減災(zāi)方面，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以其精確定位技術(shù)，準(zhǔn)確及時(shí)上報(bào)和共享災(zāi)情信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行指揮調(diào)度，短報(bào)文通信功能提應(yīng)急通信功能，顯著提高了救災(zāi)減災(zāi)的決策部署能力和反應(yīng)能力。在環(huán)境監(jiān)測(cè)的方面，基于北斗的一系列氣象測(cè)報(bào)型的終端設(shè)備形成的系統(tǒng)應(yīng)用，不僅提高了國(guó)內(nèi)高空氣象探空系統(tǒng)的觀測(cè)精度，而且其自動(dòng)化水平和應(yīng)急觀測(cè)能力都可到了相應(yīng)的提升。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用存在著無限可能，2019年10月，國(guó)慶閱兵期間，由陸軍軍事交通學(xué)院牽頭研發(fā)的北斗閱兵訓(xùn)練考核輔助系統(tǒng)，可保障32個(gè)方隊(duì)580臺(tái)車輛整體車速控制在10千米/小時(shí)，其定位精度達(dá)到厘米級(jí)，已經(jīng)趕超世界先進(jìn)水平。隨著北斗系統(tǒng)的不斷提升，其系統(tǒng)建設(shè)的不斷增強(qiáng)，有望在2020年6月完成全球組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球的短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)、國(guó)際搜救、精密定位等服務(wù)。

2020年，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成暨開通儀式7月31日上午在北京舉行。北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面建成并開通服務(wù)，標(biāo)志著工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略取得決戰(zhàn)決勝，中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。

GPS系統(tǒng)

由來和發(fā)展

美國(guó)國(guó)防部（United States Department of Defense，DOD）于1973年決定成立GPS計(jì)劃聯(lián)合辦公室，由軍方聯(lián)合開發(fā)全球測(cè)時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航定位系統(tǒng)（navigation system with time and ranging，NAVSTAR/GPS）。整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)分3個(gè)階段實(shí)施：第1階段（1973-1979年），系統(tǒng)原理方案可行性驗(yàn)證階段（含設(shè)備研制）；第2階段（1979-1983年），系統(tǒng)試驗(yàn)研究（對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)）與系統(tǒng)設(shè)備研制階段；第3階段（1983-1988年），工程發(fā)展和完成階段。從1978年發(fā)射第1顆GPS衛(wèi)星，到1994年3月10日完成21顆工作衛(wèi)星加3顆備用衛(wèi)星的衛(wèi)星星座配置，1995年4月，美國(guó)國(guó)防部正式宣布GPS具備完全工作能力。GPS的建設(shè)歷經(jīng)20年，其系統(tǒng)由空間段、運(yùn)控段、用戶段3大部分組成，整個(gè)星座額定有24顆衛(wèi)星，分置在6個(gè)中軌道面內(nèi)，它的優(yōu)良性能被譽(yù)為是一場(chǎng)導(dǎo)航領(lǐng)域的革命。GPS提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（standard positioning system，SPS）和精密定位業(yè)務(wù)（precise positioning service，PPS），在包含選擇可用性技術(shù)（selective availability，SA）影響時(shí)，SPS的定位精度水平為100米（95%的概率），不含SA影響為20~30米，定時(shí)精度為340ns；PPS定位精度可在10米以內(nèi)。

GPS的現(xiàn)代化

1996年提出GPS現(xiàn)代化計(jì)劃，其第1個(gè)標(biāo)志性行動(dòng)是，從2000年5月1日起，取消GPS衛(wèi)星人為惡化定位精度的SA技術(shù)，致使定位精度有數(shù)量級(jí)的提升。20多年來，美國(guó)持續(xù)推進(jìn)現(xiàn)代化計(jì)劃，投入200多億美元的巨資，主要目標(biāo)是提高空間段衛(wèi)星和地面段運(yùn)控的水平，將軍民用信號(hào)分離，在強(qiáng)化軍用功性能的同時(shí)，將民用信號(hào)從1個(gè)增加到4個(gè)，除了保留L1頻點(diǎn)上的C/A碼民用信號(hào)外，在原先的L1和L2頻點(diǎn)上又加上民用L1C和L2C碼，還新增加L5頻點(diǎn)民用信號(hào)，大大增加了民用信號(hào)的冗裕度，從而改進(jìn)了系統(tǒng)的定位精度、信號(hào)的可用性和完好性、服務(wù)的連續(xù)性，以及抗無線干擾能力；也有助于高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（real-time kinematic，RTK）測(cè)量和在長(zhǎng)短基線上的應(yīng)用，還有利于飛機(jī)的精密進(jìn)場(chǎng)和著陸、測(cè)繪、精細(xì)農(nóng)業(yè)、機(jī)械控制與民用室內(nèi)增強(qiáng)的應(yīng)用，以及地球科學(xué)研究。

GPS現(xiàn)代化是項(xiàng)系統(tǒng)性工作，它包括：空間衛(wèi)星段、地面運(yùn)控段、新的運(yùn)控系統(tǒng)（operationalcontrol system，OCX）和用戶設(shè)備段現(xiàn)代化，其核心是增加L5頻點(diǎn)和民用信號(hào)數(shù)量與改變制式，實(shí)現(xiàn)與其他GNSS信號(hào)的互操作。最后1顆GPSIIIF預(yù)計(jì)2034年發(fā)射，宣告GPS現(xiàn)代化進(jìn)程結(jié)束。

GLONASS系統(tǒng)

由來發(fā)展和現(xiàn)代化

1976年蘇聯(lián)政府頒布建立GLONASS的政府令，并成立相應(yīng)的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。1982年10月12日，成功發(fā)射第1顆GLONASS衛(wèi)星。1996年1月24顆衛(wèi)星全球組網(wǎng)，宣布進(jìn)入完全工作狀態(tài)。之后，蘇聯(lián)解體，GLONASS步入艱難維持階段，2000年年初，該系統(tǒng)僅有7顆衛(wèi)星正常工作，幾近崩潰邊緣。2001年8月，俄羅斯政府通過了2002-2011年間GLONASS恢復(fù)和現(xiàn)代化計(jì)劃。2001年12月發(fā)射成功第1顆現(xiàn)代化衛(wèi)星GLONASS-M。直到2012年該系統(tǒng)回歸到24顆衛(wèi)星完全服務(wù)狀態(tài)。

GLONASS截至2020年已經(jīng)有3代衛(wèi)星：第1代衛(wèi)星是傳統(tǒng)的GLONASS基本型；第2代星是GLONASS-M現(xiàn)代化衛(wèi)星；第3代就是最新開發(fā)的GLONASS-K衛(wèi)星，K星系列又分為K1和K2兩種型號(hào)。

GLONASS星座是由3個(gè)軌道面上的24顆衛(wèi)星構(gòu)成的。其傳統(tǒng)的信號(hào)使用頻分多址（frequencydivision multiple access，F(xiàn)DMA），而不是其他GNSS所用的碼分多址（code division multiple access，CDMA）。與傳統(tǒng)的GPS信號(hào)一樣，GLONASS信號(hào)包括2個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼（pseudo random noise code，PRN）測(cè)距碼：標(biāo)準(zhǔn)精度（standard accuracy，ST）碼及高精度（Visokaya Tochnost即high precision，VT）碼，調(diào)制到L1和L2載波上。GLONASS ST碼也已經(jīng)在GLONASS-M衛(wèi)星的L2頻率上傳輸。發(fā)送的信號(hào)像GPS信號(hào)一樣是右旋圓極化波的。GLONASS-K1在新的L3頻率（1202.025MHz）上傳輸CDMA信號(hào)，GLONASS-K2還將在L1和L2頻率上提供CDMA信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)與其他GNSS的兼容與互操作。GLONASS-K1星的空間信號(hào)測(cè)距誤差（signal-in-space user range errors，SISRE）約為1米，GLONASS-K2星則為0.3米。

Galileo系統(tǒng)

歐洲全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（European globalnavigation satellite systems，E-GNSS）就是Galileo。Galileo第1、2顆試驗(yàn)衛(wèi)星GIOV-A和GIOV-B已于2005年和2008年發(fā)射升空，目的是考證關(guān)鍵技術(shù)，其后有4顆工作衛(wèi)星發(fā)射，驗(yàn)證Galileo的空間段和地面段的相關(guān)技術(shù)。在軌驗(yàn)證（design andon-orbit verification，IOV）階段完成后，其他衛(wèi)星的部署進(jìn)一步展開，計(jì)劃2018-2020年達(dá)到24顆衛(wèi)星構(gòu)成的完全運(yùn)行能力（full operationalcapability，F(xiàn)OC）。

Galileo也由空間段、運(yùn)控段和用戶段組成。星座有24顆衛(wèi)星分置于3個(gè)中圓地球軌道面內(nèi)。Galileo信號(hào)工作的主要頻段為E1、E5及E63個(gè)。它們各自發(fā)射獨(dú)立的信號(hào)，發(fā)射的中心頻率分別為：1575.42、1191.795和1278.75MHz。其中，E5又分為E5a和E5b兩個(gè)子信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)與GPS的兼容互操作，Galileo的E1和E5a2個(gè)信號(hào)的中心頻率與GPS的L1和L5相互重合。出于同樣的兼容互操作目的，Galileo的E5b與GLONASS的G3信號(hào)中心頻率重合。

Galileo雖然提供的信息仍還是位置、速度和時(shí)間，但是Galileo提供的服務(wù)種類遠(yuǎn)比GPS多，GPS僅有民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）和軍用的精密定位服務(wù)（PPS）2種，而Galileo則提供5種服務(wù)，即：

①公開服務(wù)（open service，OS），與GPS的SPS相類似，免費(fèi)提供；

②生命安全服務(wù)（safetyof life service，SoLS）；

③商業(yè)服務(wù)（commercialservice，CS）；

④公共特許服務(wù)（public regulatedservice，PRS）；

⑤搜救服務(wù)（search and rescuesupport service，SAR）。

以上所述的前4種是Galileo的核心服務(wù)，最后1種則是支持搜救衛(wèi)星服務(wù)（search and rescue satellite-aided tracking，SARSAT）。由于生命安全服務(wù)實(shí)際運(yùn)作有難度，近些年來已經(jīng)不太提及。即使這樣，Galileo服務(wù)還是種類較多且獨(dú)具特色，它能提供完好性廣播、服務(wù)保證，以及民用控制和局域增強(qiáng)。

Galileo的公開服務(wù)提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)免費(fèi)服務(wù)，供大眾導(dǎo)航市場(chǎng)應(yīng)用。生命安全服務(wù)可以同國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）標(biāo)準(zhǔn)和推薦條款（standards and recommendedpractices，SARPS）中的“垂直制導(dǎo)方法”相比擬，并提供完好性信息。商業(yè)服務(wù)是對(duì)公開服務(wù)的1種增值服務(wù)，它具備加密導(dǎo)航數(shù)據(jù)的鑒別認(rèn)證功能，為測(cè)距和授時(shí)專業(yè)應(yīng)用提供有保證的服務(wù)承諾。公共特許服務(wù)是為歐洲/國(guó)家安全應(yīng)用專門設(shè)置的，是特許的或關(guān)鍵的應(yīng)用，以及具有戰(zhàn)略意義的活動(dòng)，其衛(wèi)星信號(hào)更為可靠耐用，受成員國(guó)控制。Galileo提供的公共服務(wù)定位精度通常為15~20米（單頻）和5~10米（雙頻）2種檔次。公共特許服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)能達(dá)到1米，商用服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)為0.1~1.0米。

其他系統(tǒng)

除了上述4大全球系統(tǒng)外，還包括區(qū)域系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)，其中區(qū)域系統(tǒng)有日本的QZSS和印度的IRNSS，增強(qiáng)系統(tǒng)有美國(guó)的WASS、日本的MSAS、歐盟的EGNOS、印度的GAGAN以及尼日利亞的NIG-COMSAT-1等。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

定義