世界主要幾種衛星導航系統的性能對比

周鵬 茹東生 趙時

海軍航空工程學院青島分院，山東青島 266041

世界主要幾種衛星導航系統的性能對比

周鵬 茹東生 趙時

海軍航空工程學院青島分院，山東青島 266041

本文通過對世界主要幾種衛星導航系統特點的論述，系統對比了各類衛星導航系統性能特性。

衛星導航；GPS；GLONASS；Galileo

引言

隨著現代信息技術及宇航技術的快速發展，人類足跡遍布全球及外部空間，對導航信息的需求不斷增強，從而促使導航定位技術不斷發展。這其中衛星導航系統以其作用范圍廣、定位精度高、信息獲取快、的特點，越來越受到人們的青睞。目前，從導航功能和技術性能上講，衛星導航幾乎可以取代傳統無線電導航方式，并將會在軍事、經濟等領域取得巨大的利益。因此世界主要大國都不惜巨資發展各自的衛星導航系統。

1 世界主要幾種衛星導航系統簡介

目前世界上正在運行和將要建成的衛星導航系統主要有美國的GPS系統、俄羅斯的GLONASS系統、中國的CNSS系統、歐洲的Galileo系統。

GPS系統是由美國國防部研制和維護的中距離圓型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。該系統包括太空中的6條等間距軌道平面上的24顆GPS衛星；地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。GPS系統采用CDMA方式，每顆衛星為減少電離層產生的附加延時，提高精度采用雙頻傳輸。

GLONASS系統作用類似于美國的GPS，可為全球各地用戶提供高精度的三維位置、三維速度和時間等相關導航信息。GLONASS系統最早開發于蘇聯時期，后由俄羅斯繼續該計劃。GLONASS星座由在太空中的3條平面兩兩相隔120o軌道平面上的30顆衛星組成。與美國的GPS系統不同的是GLONASS系統采用FDMA方式，根據載波頻率來區分不同衛星，每顆衛星發播的兩種載波的頻率。GLONASS系統定位原理與GPS系統相同，都是采用無源定位原理。

Galileo系統是歐洲計劃建設的民用全球衛星導航系統，定位功能與實現原理與GPS系統、GLONASS系統相同，同時實現歐盟等民用機構控制和管理。其星座由均勻地分布在高度約為2.3萬公里的3條中等地球軌道面上的30顆衛星組成。同時其接收機可實現能夠與GPS系統、GLONASS系統的相互兼容。

CNSS系統（北斗一代）是中國研制的區域性有源衛星導航系統，空間端由兩顆經度上相距60o地球靜止軌道衛星構成。是除美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛星導航系統。可在包括中國、中國南海、日本海、太平洋部分海域及我國部分周邊地區（東經約70°～140°，北緯5°～55°）范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度的定位、導航、授時、短報文通信服務。

2 各類衛星導航系統性能對比

世界上現有的各類衛星導航系統由其各自的應用目的、應用對象、實現原理等方面的差異，使得各自的性能各有千秋。

GPS系統由于其定位技術涉及軍事用途，其所發射的信號有P碼（軍用）和C/A碼（民用）兩種編碼方式。美國為限制非特許用戶利用GPS定位精度，施加了選擇可用性（SA），其P碼定位精度約10m，C/A碼約為100m。由于采用無源定位原理，用戶只需接受即可定位，因此隱蔽性好。但是，GPS系統發射信號較弱，而且以定頻發射，抗干擾能力弱；星座布局不合理，容許遮擋角只有5°，不利于在城市高樓間和山區使用。

GLONASS系統在精度上優于GPS系統C/A碼定位，其粗測定位精度50m，精測為16m。由于采用了FDMA體制，具有比GPS系統更強的抗干擾能力，但接收機解算相對比較復雜。同時俄羅斯承諾將向全球用戶提供民用導航服務，打破了美國對衛星導航壟斷，從而可實現與GPS系統組合定位，提高了測量精度。

Galileo系統相比GPS系統和GLONASS系統起點高，吸收了兩者的經驗，使得其確定地面位置或近地空間位置要比GPS精確10倍，其粗測定位精度10m，精測為1m；信號采用1600w高功率發射，信號碼長是GPS系統和GLONASS系統民用碼的20倍，抗干擾性能比GPS系統和GLONASS系統民用信號提高很多。同時，其除了提供定位服務外，還具有通信和全球搜尋救援功能，并且可同時接收GPS、GLONASS兩大系統的信號。

CNSS系統在定位原理上與前幾種截然不同，采用主動式有源定位原理，這種體制不足之處在于地面中心控制系統解算， 供用戶三維定位數據，一旦中心控制系統受損，系統就不能繼續工作了；用戶要發定位申請才能定位，用戶容量有限，隱蔽性較差，定位時間延時較長，對于高速運動體，定位誤差加大，不能滿足高動態和保密的軍事用戶要求；只能提供二維導航信息，水平精度100m；無法與GPS系統、GLONASS系統和Galileo系統兼容。但是，CNSS系統具有衛星數量少、投資小、用戶設備簡單價廉，可實現通信功能的優點。

3 結語

由于衛星導航系統所具有的全球、全天候、高精度和連續提供導航信息的特點，作為一種最先進的導航手段，已經融入了人類社會的各個應用領域，對提高生產力、作業效率、科學水平以及人們的生活質量起到了前所未有的作用。

[1] 張忠興.無線電導航理論與系統[M].西安：陜西科學技術出版社，1998

[2] 干國強.導航與定位[M].北京：國防工業出版社，2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.12.023