论文部分内容阅读
摘 要：论文论述了四大导航系统的起源，系统分析了四大导航系统提供的服务类型及存在的问题，结合所论述的问题，指出全球导航系统的发展趋势。该研究成果可为我国卫星导航系统的发展提供参考。
关键词：导航系统；服务类型；发展趋势
1 四大导航系统
1.1 GPS系统
该系统包括太空中的24颗GPS卫星、地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
美国通过GPS在全球规模、全天候、连续运行十余年的实践基础上，对该系统提出了新的要求，即提出了GPS现代化的建议。GPS现代化涉及建立新的GPS地面连续运行站、发射新的GPS卫星、为民用和军用用户增加导航讯号，对用户提供更高精度和完备性更好的导航系统。GPS现代化明确提出要达到3个目标[1]。
1）卓越的导航战能力。保护GPS卓越的军用天基定位、导航、授时服务，实现对敌方使用这方面服务的阻断能力；
2）民用GNSS的领军者。提供GPS领先的有竞争力的民用导航服务，巩固和加强GPS民用服务在全球导航市场的基础性地位；
3）GNSS领域的标准制订者。美国与欧盟、俄国达成GNSS兼容性和互操作协议，以此为切入点实现其成为GNSS标准制订者的重要步骤。
总的来说，就是提高GPS军用信号的抗干扰能力；改善GPS导航精度，增加新的民用频道，阻止敌方使用GPS的讯号，特别是它的军码。
1.2格洛纳斯
格洛纳斯GLONAS是“GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。格洛纳斯的正式组网比GPS还早，不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务，更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气，推出了格洛纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。该系统在轨卫星群已有28颗卫星，达到了设计水平[2]。随着地面设施的发展，格洛纳斯系统预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5～6m缩小为1m左右，就精度而言该系统将处于全球领先地位。格洛纳斯”系统导航定位范围可覆盖整个地球表面和近地空间，定位精度可达’米，用户将可以不间断地获得相关物体的准确坐标信息。有军事专家指出，无论是对付美国的国家导弹防御系统，还是跟美国打“太空战”，“格洛纳斯”都将是俄手中的一张“王牌”。
1.3伽利略卫星导航定位
欧盟之所以进行“伽利略”计划，主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖，打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断，在使欧洲获得工业和商业效益的同时，赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件。其实，欧空局（ESA）早在1990年就决定研制“全球导航卫星系统（GNSS）”，GNSS分为两个阶段，第一阶段是建立一个与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、以及三种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统（GNSS-1），第二阶段是建立一个完全独立于GPS系统和GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统（GNSS-2）。由于GNSS-1主要是利用GPS等已经建成的系统，因此其主要工作是在欧洲建立30座地面站和4个主控制中心，系统将在2002年部署完毕，2004年完成运营试验[3]。欧洲的长远目标是拥有自己的独立的全球导航卫星系统，即GNSS-2，也就是现在的“伽利略”系统。它的卫星数量：30颗中高度圆轨道卫星组成，27颗为工作卫星，3颗为候补；轨道：高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内；精度：最高精度小于1米；用途：主要为民用。
1.4北斗导航系统
“北斗卫星导航系统”采用与GPS系统相同的被动式定位原理，亦即北斗用户只需要接收来自北斗卫星发送的导航定位信号，就能够自主精确地解算出自己的7维状态参数和3维姿态参数（如图2所示）。按照美国和俄罗斯学者们的见解，将用多普勒定位原理工作的TRANSIT系统和CICADA系统称为第一代卫星导航系统，而将用被动式定位原理工作的GPS系统和GLONASS系统称为第二代卫星导航系统。由此可知，考虑到“北斗卫星导航试验系统”和“北斗卫星导航系统”所用卫星定位原理之异，将它们分别称为北斗一代卫星导航系统和北斗二代卫星导航系统，也是一种与国际接轨之举。
2 四大导航系统重要应用及面临的问题
2.1北斗系统重要应用及面临的问题
北斗卫星导航验证系统已在多个领域得到成功应用，并发挥了重要作用，包括：通信、水利、减灾、海事、海洋渔业、交通、勘探、森林防火等等。北斗卫星导航系统由于起步较晚，国际国内卫星导航市场已基本被GPS和GLONAS占领，许多与卫星导航有关的先进设备进口相对困难，所以北斗卫星导航系统的发展也面临严峻的挑战[4]。
1）国际竞争
首先，北斗面临无线电频率资源的竞争，要实现北斗导航系统与其他卫星导航系统间的兼容与互操，首先面临频率资源短缺问题；其次，北斗坐标系统的最佳实现应该全球均匀建站，但是目前情况下很难实现。
2）服务观念问题
中国的导航体制要求有主动服务观念。任何的被动服务或消极服务都会影响北斗应用范围的拓展，目前北斗市场占有率并不高，特别需要北斗导航服务管理部门增强主动服务观念，加大对北斗导航系统的宣传。
3）技术问题
北斗地面跟踪站相对偏少，几何结构不够合理；数据服务中心几乎处于空白，相应的服务产品不够丰富。
关键词：导航系统；服务类型；发展趋势
1 四大导航系统
1.1 GPS系统
该系统包括太空中的24颗GPS卫星、地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
美国通过GPS在全球规模、全天候、连续运行十余年的实践基础上，对该系统提出了新的要求，即提出了GPS现代化的建议。GPS现代化涉及建立新的GPS地面连续运行站、发射新的GPS卫星、为民用和军用用户增加导航讯号，对用户提供更高精度和完备性更好的导航系统。GPS现代化明确提出要达到3个目标[1]。
1）卓越的导航战能力。保护GPS卓越的军用天基定位、导航、授时服务，实现对敌方使用这方面服务的阻断能力；
2）民用GNSS的领军者。提供GPS领先的有竞争力的民用导航服务，巩固和加强GPS民用服务在全球导航市场的基础性地位；
3）GNSS领域的标准制订者。美国与欧盟、俄国达成GNSS兼容性和互操作协议，以此为切入点实现其成为GNSS标准制订者的重要步骤。
总的来说，就是提高GPS军用信号的抗干扰能力；改善GPS导航精度，增加新的民用频道，阻止敌方使用GPS的讯号，特别是它的军码。
1.2格洛纳斯
格洛纳斯GLONAS是“GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。格洛纳斯的正式组网比GPS还早，不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务，更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气，推出了格洛纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。该系统在轨卫星群已有28颗卫星，达到了设计水平[2]。随着地面设施的发展，格洛纳斯系统预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5～6m缩小为1m左右，就精度而言该系统将处于全球领先地位。格洛纳斯”系统导航定位范围可覆盖整个地球表面和近地空间，定位精度可达’米，用户将可以不间断地获得相关物体的准确坐标信息。有军事专家指出，无论是对付美国的国家导弹防御系统，还是跟美国打“太空战”，“格洛纳斯”都将是俄手中的一张“王牌”。
1.3伽利略卫星导航定位
欧盟之所以进行“伽利略”计划，主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖，打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断，在使欧洲获得工业和商业效益的同时，赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件。其实，欧空局（ESA）早在1990年就决定研制“全球导航卫星系统（GNSS）”，GNSS分为两个阶段，第一阶段是建立一个与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、以及三种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统（GNSS-1），第二阶段是建立一个完全独立于GPS系统和GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统（GNSS-2）。由于GNSS-1主要是利用GPS等已经建成的系统，因此其主要工作是在欧洲建立30座地面站和4个主控制中心，系统将在2002年部署完毕，2004年完成运营试验[3]。欧洲的长远目标是拥有自己的独立的全球导航卫星系统，即GNSS-2，也就是现在的“伽利略”系统。它的卫星数量：30颗中高度圆轨道卫星组成，27颗为工作卫星，3颗为候补；轨道：高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内；精度：最高精度小于1米；用途：主要为民用。
1.4北斗导航系统
“北斗卫星导航系统”采用与GPS系统相同的被动式定位原理，亦即北斗用户只需要接收来自北斗卫星发送的导航定位信号，就能够自主精确地解算出自己的7维状态参数和3维姿态参数（如图2所示）。按照美国和俄罗斯学者们的见解，将用多普勒定位原理工作的TRANSIT系统和CICADA系统称为第一代卫星导航系统，而将用被动式定位原理工作的GPS系统和GLONASS系统称为第二代卫星导航系统。由此可知，考虑到“北斗卫星导航试验系统”和“北斗卫星导航系统”所用卫星定位原理之异，将它们分别称为北斗一代卫星导航系统和北斗二代卫星导航系统，也是一种与国际接轨之举。
2 四大导航系统重要应用及面临的问题
2.1北斗系统重要应用及面临的问题
北斗卫星导航验证系统已在多个领域得到成功应用，并发挥了重要作用，包括：通信、水利、减灾、海事、海洋渔业、交通、勘探、森林防火等等。北斗卫星导航系统由于起步较晚，国际国内卫星导航市场已基本被GPS和GLONAS占领，许多与卫星导航有关的先进设备进口相对困难，所以北斗卫星导航系统的发展也面临严峻的挑战[4]。
1）国际竞争
首先，北斗面临无线电频率资源的竞争，要实现北斗导航系统与其他卫星导航系统间的兼容与互操，首先面临频率资源短缺问题；其次，北斗坐标系统的最佳实现应该全球均匀建站，但是目前情况下很难实现。
2）服务观念问题
中国的导航体制要求有主动服务观念。任何的被动服务或消极服务都会影响北斗应用范围的拓展，目前北斗市场占有率并不高，特别需要北斗导航服务管理部门增强主动服务观念，加大对北斗导航系统的宣传。
3）技术问题
北斗地面跟踪站相对偏少，几何结构不够合理；数据服务中心几乎处于空白，相应的服务产品不够丰富。