周鵬 茹東生 趙時

海軍航空工程學(xué)院青島分院，山東青島 266041

世界主要幾種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能對比

周鵬 茹東生 趙時

海軍航空工程學(xué)院青島分院，山東青島 266041

本文通過對世界主要幾種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)的論述，系統(tǒng)對比了各類衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能特性。

衛(wèi)星導(dǎo)航；GPS；GLONASS；Galileo

引言

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

1 世界主要幾種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介

目前世界上正在運(yùn)行和將要建成的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、中國的CNSS系統(tǒng)、歐洲的Galileo系統(tǒng)。

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

GLONASS系統(tǒng)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(guān)導(dǎo)航信息。GLONASS系統(tǒng)最早開發(fā)于蘇聯(lián)時期，后由俄羅斯繼續(xù)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(wèi)星組成。與美國的GPS系統(tǒng)不同的是GLONASS系統(tǒng)采用FDMA方式，根據(jù)載波頻率來區(qū)分不同衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率。GLONASS系統(tǒng)定位原理與GPS系統(tǒng)相同，都是采用無源定位原理。

Galileo系統(tǒng)是歐洲計劃建設(shè)的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，定位功能與實(shí)現(xiàn)原理與GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)相同，同時實(shí)現(xiàn)歐盟等民用機(jī)構(gòu)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(wèi)星組成。同時其接收機(jī)可實(shí)現(xiàn)能夠與GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)的相互兼容。

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

2 各類衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能對比

世界上現(xiàn)有的各類衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由其各自的應(yīng)用目的、應(yīng)用對象、實(shí)現(xiàn)原理等方面的差異，使得各自的性能各有千秋。

GPS系統(tǒng)由于其定位技術(shù)涉及軍事用途，其所發(fā)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(tǒng)發(fā)射信號較弱，而且以定頻發(fā)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(qū)使用。

GLONASS系統(tǒng)在精度上優(yōu)于GPS系統(tǒng)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(tǒng)更強(qiáng)的抗干擾能力，但接收機(jī)解算相對比較復(fù)雜。同時俄羅斯承諾將向全球用戶提供民用導(dǎo)航服務(wù)，打破了美國對衛(wèi)星導(dǎo)航壟斷，從而可實(shí)現(xiàn)與GPS系統(tǒng)組合定位，提高了測量精度。

Galileo系統(tǒng)相比GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)起點(diǎn)高，吸收了兩者的經(jīng)驗(yàn)，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(fā)射，信號碼長是GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)民用碼的20倍，抗干擾性能比GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)民用信號提高很多。同時，其除了提供定位服務(wù)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(tǒng)的信號。

CNSS系統(tǒng)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(tǒng)解算， 供用戶三維定位數(shù)據(jù)，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了；用戶要發(fā)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(yùn)動體，定位誤差加大，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求；只能提供二維導(dǎo)航信息，水平精度100m；無法與GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)和Galileo系統(tǒng)兼容。但是，CNSS系統(tǒng)具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設(shè)備簡單價廉，可實(shí)現(xiàn)通信功能的優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語

由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所具有的全球、全天候、高精度和連續(xù)提供導(dǎo)航信息的特點(diǎn)，作為一種最先進(jìn)的導(dǎo)航手段，已經(jīng)融入了人類社會的各個應(yīng)用領(lǐng)域，對提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量起到了前所未有的作用。

[1] 張忠興.無線電導(dǎo)航理論與系統(tǒng)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998

[2] 干國強(qiáng).導(dǎo)航與定位[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.12.023