籠罩全球的衛星定位系統

美國的GPS系統

GPS全球衛星導航定位系統是由美國國防部研制部署和控制的軍民兩用衛星導航定位系統。美國國防部從1973年開始研制，1978年首次發射，在1978至1985年間共發射了第一代試驗型全球導航定位系統衛星“布洛克1”11顆。到1994年3月，完成了由24顆第二代全球導航定位系統衛星組成的導航定位星座系統。現運行的GPS全球衛星導航定位系統由24顆工作衛星和4顆備用衛星組成。它們分布在6個等間距的軌道平面上，軌道高度為2.01836萬公里，周期約12小時，用戶在任何時間都至少能看到4～6顆衛星，定位一次僅需幾秒鐘，可實現全球范圍連續、近實時的定位、測速與授時。

GPS全球衛星導航定位系統所發射的信號編碼有精碼與粗碼之分。精碼保密，主要提供給本國和盟國的軍事用戶使用，粗碼提供給本國民用和全世界使用，在50％時間內可獲得6米精度。該全球導航定位系統衛星載有多個銣原子鐘和銫原子鐘，測速精度達0.1米／秒，授時精度達100毫微秒。

1991年的海灣戰爭，美軍將GPS全球衛星導航定位系統首次應用于實戰，并獲得巨大成功。10多年來，GPS全球衛星導航定位系統一直運轉，從美國本土到世界各地，從軍用到民用，從南極的科考隊員到伊拉克的美軍士兵身上，處處可以發現它的身影。

當然，GPS雖有“一統江山”的本領，但它存在自己的“死穴”、“盲點”。這其中最突出的就是它的抗干擾能力比較差，這一點，已經被伊拉克戰爭所證明。事實上，美國五角大樓很早就認識到了這個問題，因此一直在從事GPS制導抗干擾技術的研究。目前，隨著現有GPS系統中占主體地位的第二代衛星陸續接近“退役”年齡，美國正加緊新一代衛星系統的研制和部署。第三代GPS全球衛星導航定位系統將可能使用33顆衛星，星載更高功率的M碼信號，以對付潛在干擾威脅。

俄羅斯的“格洛納斯”

俄羅斯的“格洛納斯”(GLONASS)系統與美國的GPS系統一樣，也是由軍方負責研制和控制的軍民兩用衛星導航定位系統。從1982年10月開始發射首顆導航定位系統衛星，歷經13年，到1995年12月完成了由24顆衛星組成的“格洛納斯”全球衛星導航定位系統，其中工作衛星21顆，分布在3個軌道平面上，同時有3顆備用星。每顆衛星都在1.91萬公里高的軌道上運行，周期為11小時15分。

“格洛納斯”與美國GPS有許多不同之處：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“格洛納斯”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，“格洛納斯”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“格洛納斯”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“格洛納斯”則與莫斯科標準時相關聯。 “格洛納斯”衛星定位系統由于受俄經濟發展不景氣的影響，無錢進行系統維護，許多衛星已經超過設計壽命而報廢，截止到2001年，“格洛納斯”在軌衛星已由組網時的24顆減至8顆。近幾年，俄羅斯開始著手對“格洛納斯”進行現代化改造。按計劃，該系統將于2007年年底之前運營，屆時只開放俄羅斯境內衛星定位及導航服務。到2009年年底前，其服務范圍將拓展到全球。

歐盟的“伽利略”系統

“伽利略”全球衛星導航定位系統是歐洲的衛星無線電導航項目，該計劃于2002年3月正式啟動，計劃在2008年建設完成。 “伽利略”全球衛星導航定位系統星座將由30顆衛星組成，衛星采用中等地球軌道，均勻地分布在高度約為2.3萬公里的3個軌道面上。地面控制設施包括衛星控制中心和提供各項服務所必需的地面設施，負責衛星星座的測定、管理和播送集成信息。

“伽利略”系統采用兩種頻段工作，這就好比上了雙保險。不僅如此，在地面更可以接收到至少3種信號：一是免費使用信號，二是提高了安全性和準確性需要交費使用的加密信號，三是為滿足更高安全要求將采用更為嚴格加密機制的信號。如果使用伽利略系統，飛機能在任何機場降落，而不必考慮機場的技術設施如何；火車能在沒有駕駛員的情況下高密度行駛；輪船即使在大霧中也能安全航行。

“伽利略”系統不但面向全球，還有區域服務單元，即把全球劃分為8個區域，發送針對各自區域的集成信息。其典型功能是信號中繼，即向用戶傳輸的數據可以通過其他系統的中繼來實現，例如通過移動通信網來實現。

“伽利略”系統的接收機不僅可以接收本系統信號，而且可以接收GPS、“格洛納斯”這兩大系統的信號，并且具有導航功能與移動電話功能相結合、與其他飛行導航系統相結合的優越性能。

“伽利略”系統確定地面位置或近地空間位置要比GPS精確10倍。其水平定位精度優于10米，時間信號精度達到100納秒。必要時，免費使用的信號精度可達6米，如與GPS合作甚至能精確至4米。正如一位專家所說：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系統則能找到車庫門。”

中國的“北斗”衛星

2000年10月31日，我國第一顆導航定位系統衛星“北斗一號”發射升空，拉開了我國自主建立“北斗”衛星導航定位系統的帷幕。2000年12月，我國發射了第二顆“北斗一號”衛星。2003年5月，第三顆“北斗一號”導航定位系統衛星作為備份星送入太空，標志我國第一代“北斗”衛星導航定位系統基本完善。日前，我國成功將第四顆“北斗”導航試驗衛星送入太空，這將進一步提高“北斗”導航系統的性能和可靠。

我國的“北斗”導航定位系統與GPS和“格洛納斯”有很大的不同：一是使用范圍不同。“北斗”系統屬于區域性衛星導航系統，我國計劃2008年滿足中國及周邊地區用戶對衛星系統的需求。二是衛星的數量和軌道不同。“北斗”衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。開放服務是在服務區免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10米。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。三是定位原理不同。美國GPS系統是一個接收型的定位系統，只轉播信號，用戶接收就可以做定位了，不受容量的限制。“北斗”系統是雙向的，用戶首先發射需要定位的信號，通過衛星轉發至地面控制中心，地面控制中心解算出位置后再通過衛星轉發給用戶，這實際上是既有定位又有通信功能，但是有容量限制。

除以上“四大定位系統”外，世界上其他國家也都在開發衛星導航定位系統，印度空間研究組織的一名官員稱，印度正在開發衛星導航系統。日本計劃投入2000億日元，建成由3顆衛星組成的“準天頂衛星系統”，據稱，該系統可以和GPS并用，定位精度高達十幾厘米，預計在2008年投入使用后的12年內，會有6萬億日元的經濟效益。顯而易見，建設衛星導航定位系統不僅經濟效益顯著，而且更是一個國家國防和綜合實力的重要標志。