說起衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，人們就會想到GPS，但是現(xiàn)在，伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有了一個全新的稱呼：GNSS(Global Navigation Satellite System)。當前，在這一領(lǐng)域最吸引人眼球的要數(shù)美國的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；此外，還有俄羅斯的“格洛納斯” 導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，歐盟的“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，以及我國自主開發(fā)的“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。
美國GPS系統(tǒng)
GPS（Global Position System）全球定位系統(tǒng)是目前最成熟的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。它是美國從上世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資近200億美元，于1994年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS利用導(dǎo)航衛(wèi)星進行測時和測距，具有在海、陸、空全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力。它是繼阿波羅登月計劃、航天飛機后的美國第三大航天工程。如今，GPS已經(jīng)成為當今世界上最實用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。
GPS全球定位系統(tǒng)由空間系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)三大部分組成。其空間系統(tǒng)由21顆工作衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星組成，分布在20200千米高的6個軌道平面上，運行周期12小時。地球上任何地方任一時刻都能同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。地面控制系統(tǒng)負責(zé)衛(wèi)星的測軌和運行控制。用戶系統(tǒng)為各種用途的GPS 接收機，通過接收衛(wèi)星廣播信號來獲取位置信息，該系統(tǒng)用戶數(shù)量可以是無限的。
GPS全球定位系統(tǒng)是美國為軍事目的而建立的。1983年一架民用飛機在空中因被誤以為是敵軍飛機而遭擊落后，美國承諾GPS免費開放供民間使用。美國為軍用和民用安排了不同的頻段，并分別廣播了P碼和C/A碼兩種不同精度的位置信息。目前美國軍用GPS精度可達1米，而民用GPS理論精度只有10米左右。 特別地，美國在90代中期為了自身的安全考慮，在民用衛(wèi)星信號上加入了SA (Selective Availability)，進行人為擾碼，這使得一般民用GPS接收機的精度只有100米左右。2000年5月2日，SA干擾被取消，全球的民用GPS接收機的定位精度在一夜之間提高了許多，大部分的情況下可以獲得10米左右的定位精度。美國之所以停止執(zhí)行SA政策，是由于美國軍方現(xiàn)已開發(fā)出新技術(shù)，可以隨時降低對美國存在威脅地區(qū)的民用GPS精度，所以現(xiàn)在這種高精度的GPS技術(shù)才得以向全球免費開放使用。
受應(yīng)用需求的刺激，民用GPS技術(shù)蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了DGPS（差分GPS）、WAAS（地面廣播站型態(tài)的修正技術(shù)）等技術(shù)，進一步提高民用GPS的應(yīng)用精度。2005年，美國開始發(fā)射新一代GPS衛(wèi)星，開始提供第二個民用波段。未來還將提供第三，第四民用波段。隨著可用波段的增加，新衛(wèi)星陸續(xù)使用，GPS定位系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性都比過去更理想，這必將大大拓展GPS應(yīng)用與消費需求。此外新衛(wèi)星也提供更優(yōu)秀的軍用支持能力，當然這只對美國軍方及其盟友有益。
美國利用GPS獲得了巨大的經(jīng)濟利益，多年來在出售信號接收設(shè)備方面賺取了巨額利潤。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，已成為八大無線電子產(chǎn)業(yè)之一。雖然GPS已廣泛應(yīng)用，但也絕非完美無缺。例如，其規(guī)模太大、造價太高，其它國家很難效仿；GPS只能導(dǎo)航，無法通信，因而不能滿足日益增長的用戶需求；如果僅依賴GPS，則容易受美國控制。為了提高國防安全，以及從廣闊的導(dǎo)航市場獲取利益，一些有能力的國家建設(shè)了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
俄羅斯 “格洛納斯” GLONASS
“格洛納斯”GLONASS是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，覆蓋范圍包括全部地球表面和近地空間，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成。雖然“格洛納斯”系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星早在1982年就已發(fā)射成功，但受蘇聯(lián)解體影響，整個系統(tǒng)發(fā)展緩慢。直到1995年，俄羅斯耗資30多億美元，才完成了GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座的組網(wǎng)工作。目前此衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由俄羅斯國防部控制。
GLONASS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，原理和方案都與GPS類似，不過，其24顆衛(wèi)星分布在3個軌道平面上，這3個軌道平面兩兩相隔120°，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45°。每顆衛(wèi)星都在19100千米高、64.8°傾角的軌道上運行，軌道周期為11小時15分鐘。地面控制部分全部都在俄羅斯領(lǐng)土境內(nèi)。俄羅斯自稱，多功能的GLONASS系統(tǒng)定位精度可達1米，速度誤差僅為15厘米/秒。如果需要，該系統(tǒng)還可用來為精確打擊武器制導(dǎo)。
俄羅斯對GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優(yōu)于加SA的GPS。不過，GLONASS應(yīng)用普及情況則遠不及GPS，這主要是俄羅斯并沒有開發(fā)民用市場。另外，GLONASS衛(wèi)星平均在軌壽命較短，由于俄羅斯航天局經(jīng)費困難，無力補網(wǎng)，導(dǎo)致軌道衛(wèi)星不能獨立組網(wǎng)，只能與GPS聯(lián)合使用。致使實用精度大大下降。
2003年的伊拉克戰(zhàn)爭對俄羅斯產(chǎn)生了相當大的震動，迫使俄羅斯領(lǐng)導(dǎo)層再次對太空的軍事用途重視起來。普京總統(tǒng)曾強調(diào)，出于國家安全戰(zhàn)略的考慮，俄羅斯應(yīng)該使用本國的“格魯納斯”系統(tǒng)，而非美國的GPS或者是歐洲的“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)。俄羅斯正在著手GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)代化改進工作，新一代“GLONASS-Ｍ”型導(dǎo)航衛(wèi)星已陸續(xù)投入發(fā)射，開始使用。
日前俄羅斯官方宣布，從2007年起，俄全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“格洛納斯”將全面啟動民用商業(yè)服務(wù)計劃，“格洛納斯”系統(tǒng)為俄羅斯公民提供不限制精度的導(dǎo)航定位服務(wù)，將有助于促進民用衛(wèi)星導(dǎo)航市場的發(fā)展。為“格洛納斯”帶來新的生機，軍轉(zhuǎn)民計劃有望使GLONASS獲得新的生機。
目前，“格洛納斯”系統(tǒng)實際在軌衛(wèi)星達17顆，到2007年底，“格洛納斯”系統(tǒng)將覆蓋整個俄羅斯，屆時該系統(tǒng)衛(wèi)星總數(shù)將增加到18顆；而到2009年末，該系統(tǒng)衛(wèi)星總數(shù)將增加到24顆，真正實現(xiàn)全球定位導(dǎo)航。屆時，GLONASS系統(tǒng)將具備與美國GPS系統(tǒng)相抗衡的實力。
歐盟 “伽利略” GALILEO衛(wèi)星定位系統(tǒng)
總投資達３５億歐元的伽利略計劃是歐洲自主的、獨立的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實現(xiàn)完全非軍方控制、管理，可以進行覆蓋全球的導(dǎo)航和定位功能。
歐盟發(fā)展“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以減少歐洲對美國軍事和技術(shù)的依賴，打破美國對衛(wèi)星導(dǎo)航市場的壟斷。法國總統(tǒng)希拉克曾表示，沒有“伽利略”計劃，歐洲“將不可避免地成為附庸，首先是科學(xué)和技術(shù)，其次是工業(yè)和經(jīng)濟”。
“伽利略”計劃是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案。“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建立將于2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發(fā)射30顆衛(wèi)星，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補衛(wèi)星。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內(nèi)。該系統(tǒng)除了30顆中高度圓軌道衛(wèi)星外，還有2個地面控制中心。
歐盟伽利略計劃的首顆衛(wèi)星在2005年12月28日升空，第二顆衛(wèi)星預(yù)計在今年發(fā)射。由于伽利略計劃采用歐盟公共機構(gòu)和聯(lián)盟內(nèi)私營企業(yè)合營的方式，而各國私營企業(yè)遲遲未就權(quán)利和利益分配達成妥協(xié)。歐盟相關(guān)發(fā)言人承認，由于上述問題的存在，伽利略系統(tǒng)實現(xiàn)商業(yè)運行的時間已經(jīng)被推遲到了2011年甚至更晚。
作為一個大型戰(zhàn)略性國際合作項目，伽利略計劃的實施進展關(guān)乎多方利益。到目前為止，歐盟已經(jīng)與中國、以色列、美國、烏克蘭、印度、摩洛哥和韓國分別簽署了合作開發(fā)協(xié)議，并正在與阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、馬來西亞、加拿大以及澳大利亞等國進行合作談判。中國是最早與歐盟簽訂伽利略計劃合作協(xié)議的非歐盟國家，承諾的投資總額達2億歐元。可以說，作為歐盟日益重要的全球合作伙伴之一，中國參與伽利略計劃是中歐雙方共同的經(jīng)濟和戰(zhàn)略利益需要。
與美國的“全球定位系統(tǒng)”(GPS)相比，建成后的伽利略系統(tǒng)將具備至少3方面優(yōu)勢：首先，其覆蓋面積將是GPS系統(tǒng)的兩倍，可為更廣泛的人群提供服務(wù)；其次，其地面定位誤差不超過1米，精確度要比GPS高5倍以上，用專家的話說，“GPS只能找到街道，而伽利略系統(tǒng)則能找到車庫門”；第三，伽利略系統(tǒng)使用多種頻段工作，在民用領(lǐng)域比GPS更經(jīng)濟、更透明、更開放。伽利略計劃一旦實現(xiàn)，不僅可以極大地方便歐洲人的生活，還將為歐洲的工業(yè)和商業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。更重要的是，歐洲將從此擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這不僅有助于打破美國GPS系統(tǒng)的壟斷地位，在全球高科技競爭浪潮中奪取有利位置，更可以為建設(shè)夢想已久的歐洲獨立防務(wù)創(chuàng)造條件。
中國在大力參與伽利略計劃的同時，始終沒有放棄開發(fā)自有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的努力。
2003年5月25日，我國成功地將第三顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。前兩顆“北斗一號”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空，第三顆發(fā)射的是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星，它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。這標志著我國成為繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)后，在世界上第三個建立了完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，
我國的“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種“雙星快速定位系統(tǒng)”。突出特點是構(gòu)成系統(tǒng)的空間衛(wèi)星數(shù)目少、用戶終端設(shè)備簡單、一切復(fù)雜性均集中于地面中心處理站。“北斗一號”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡短數(shù)字報文通信和授時服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能是：
1、定位：快速確定用戶所在地的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。
2、通訊：用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間均可實現(xiàn)雙向短數(shù)字報文通信。
3、授時：中心控制系統(tǒng)定時播發(fā)授時信息，為定時用戶提供時延修正值。
“北斗一號”的覆蓋范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米，設(shè)立標校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。
2007年2月3日零時28分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星送入太空。這是我國發(fā)射的第四顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星，從而拉開了建設(shè)“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的序幕。2007年4月14日，我國又將成功將第五顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空。
“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)是世界上第一個區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。與其它全球性的導(dǎo)航系統(tǒng)相比，它能夠在很快的時間內(nèi)建成，用較少的經(jīng)費建成并集中服務(wù)于核心區(qū)域，是十分符合我國國情的一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 “北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星工程投資少，周期短；將導(dǎo)航定位、雙向數(shù)據(jù)通信、精密授時結(jié)合在一起，因而有獨特的優(yōu)越性。
中國正大力建設(shè)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，計劃在2008年左右滿足中國及周邊地區(qū)用戶對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求，并進行系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗，2010年逐步擴展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了在我國國家安全領(lǐng)域發(fā)揮重大作用外，還將服務(wù)于國家經(jīng)濟建設(shè)，提供監(jiān)控救援、信息采集、精確授時和導(dǎo)航通訊等服務(wù)。可廣泛應(yīng)用于船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測報、森林防火、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)。
衛(wèi)星導(dǎo)航進入爭霸格局
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,涉及政治、經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域，對維護國家利益具有重大意義。中國作為發(fā)展中國家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，有必要也有能力擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。我國政府高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，努力探索和發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。目前，世界上只有少數(shù)國家具備自主建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的能力，正在運行的有美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國參與的歐洲伽利略全球衛(wèi)星定位計劃也正在緊鑼密鼓地進行。
為打破美國的壟斷，俄羅斯耗資30多億美元建起了自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS(格洛納斯)。2002年，歐盟與其它國家合作開發(fā)了“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。此外，中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)取得重大進展。
從目前的競爭格局看，GPS無疑還占據(jù)著主導(dǎo)地位，但它的優(yōu)勢正逐步被其它3大系統(tǒng)所取代。從技術(shù)和應(yīng)用前景上看，四大系統(tǒng)各有優(yōu)劣，如果說 GPS勝在成熟，伽利略勝在精準，那么格洛納斯的最大價值就在于抗干擾能力強，而中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢則在于互動性和開放性。
與GPS相比，伽利略系統(tǒng)在許多方面具有優(yōu)勢，例如其衛(wèi)星數(shù)量多達30顆，其衛(wèi)星軌道位置比GPS高。伽利略可為地面用戶提供3種類型的信號供選擇，其中包括免費信號、加密且需交費才能使用的信號、加密且可以符合更高要求的信號。
此外，伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號的最高精度比GPS高10倍，確定物體的誤差范圍在1米之內(nèi)。正如有關(guān)專家所說：“如今的GPS只能找到街道，而伽利略卻能找到車庫的門。”而俄羅斯的格洛納斯由24顆衛(wèi)星組成，也是由軍方負責(zé)研制和控制的軍民兩用導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)。盡管其民用定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干擾能力卻是最強的。
中國自行研制生產(chǎn)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅具備在任何時間、任何地點為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所創(chuàng)新。北斗系統(tǒng)與其它系統(tǒng)最大的不同，在于它不僅能使用戶知道自己的所在位置，還可以告訴別人自己的位置，特別適用于需要導(dǎo)航與移動數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用場合。此外，中國還致力于提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其它全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性，促進衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)功能的應(yīng)用。
顯而易見，建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)不僅經(jīng)濟效益顯著，更是一個國家國防和綜合實力的重要標志。GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)讓美國在參與的多場地區(qū)戰(zhàn)爭中獲得幫助。印度，日本等國也都在大力發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由于全球?qū)⒊霈F(xiàn)多套全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，從市場的發(fā)展來看，將會出現(xiàn)多種導(dǎo)航系統(tǒng)競爭的局面。競爭會使用戶得到更穩(wěn)定的信號、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。世界上多套全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)并存，相互之間的制約和互補將是各國大力發(fā)展全球?qū)Ш蕉ㄎ划a(chǎn)業(yè)的根本保證。
