【科普】全球四大卫星导航系统对比分析

编者按

近日北斗系统正式加入ICAO，标志着东方的卫星导航系统正式成为全球民航通用导航系统。这里我们摘选一篇技术分析文章，系统解读包括北斗在内的目前全球四大导航系统的详细技术指标。

一 GPS全球定位系统

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一、GPS设备

GPS由三部分组成：空间段、控制段和用户段。

空间段由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成。

控制段由一个主控站、5个监测站、三个注入站组成。

用户段由接收机、处理器和天线组成。

二、覆盖范围

GPS是覆盖全球的全天候导航系统。

三、GPS定位功能

01

02

03

随时定位

轨迹查询

报警中心

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控制中心

地图标注

考勤报表

四、GPS使用的坐标系

WGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。

五、GPS性能精度

gps民用定位精度是10米。gps在民用方面，卫星导航系统精度达到10米；在研究中，卫星导航系统精度极限可达2.5米；在海上卫星导航系统精度更是已达到至3cm级别，但在卫星数较少、卫星分布较差的区域，定位精度较差或无法定位。

六、GPS使用频段

L1和L2波段

第一个载波驻留在L1波段（中心频率为1575.42MHz），第二个驻留在L2波段（中心频率为1227.6MHz）。L1波段主要是民用，包含了两种代码，一个叫做粗捕获码（C/A）码，另一个叫做精测距码（P码）。L2波段只用于军用场合，仅含有一个P码。所有24个卫星的L1信号均使用同样的频率，但相互不发生干扰，因为它们每一个都经由覆盖了2.046MHz波段的一个PRN代码进行了扩频。经过PRN代码扩频后的GPS信号不仅能区别于其他信号，还具有抗干扰能力。

二 GLONASS定位系统

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一、GLONASS设备

*GLONASS星座构型（3个轨道面）

1.GLONASS星座

GLONASS星座由24颗工作星和3颗备份星组成， 所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。

2 地面支持系统

地面支持系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。

3 用户设备

GLONASS用户设备(即接收机)能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。

二、GLONASS覆盖范围

GLONASS覆盖了俄罗斯联邦全境的100%和地球的70%。

三、GLONASS定位功能

1、基本服务

导航、定位、授时。

2、特殊服务

搜索与救援（SAR功能）。

3、扩展服务

GNS在飞机导航和着陆系统中的应用铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

四、GLONASS使用的坐标系

glonass的坐标系基准是UTC

五、GLONASS性能精度

延长卫星的在轨寿命到8年；实现系统高的定位精度：距离精度为（10～15）m，定时精度为（20～30）ns，速度精度达到0.01m。

六、GLONASS使用频段

GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为

1. L1=1,602+0.5625K(MHZ)

2. L2=1,246+0.4375K(MHZ)

三 Galileo定位系统

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一、Galileo设备

空间段由分布在三个轨道上的30颗中等高度轨道卫星（MEO）构成，

全球设施部分由空间段和地面段组成。空间段的30颗卫星均匀分布在3个中高度圆形地球轨道上，轨道高度为23616km，轨道倾角56°，轨道升交点在赤道上相隔120°，卫星运行周期为14h，每个轨道面上有1颗备用卫星。

地面段由完好性监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。

二、Galileo覆盖范围

Galileo是覆盖全球的导航系统。

三、Galileo定位功能

基本服务

导航、定位、授时。

特殊服务

搜索与救援（SAR功能）。

扩展服务

GNS在飞机导航和着陆系统中的应用铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

四、Galileo使用的坐标系

GALILEO系统所采用的坐标系统是基于ALILEO 地球参考框架(GTRF)的ITRF—96大地坐标系。

五、Galileo性能精度

1、开放服务：开放服务提供任何人自由使用，开放服务的信号将会广播1164-1214MHz 及 1563-1591MHz 两个频带上。同时接收两个频带的信号水平误差小于4米，垂直误差小于8米，如果只接收单一频带仍然有小于15米的水平误差及小于35米的垂直误差与GPS的C/A码相当。

2、商业服务。

3、公共规范服务。

六、Galileo使用频段

E1：1575.42MHz，包括E1-I、E1-Q

E5a：1176.45Mhz

E5B：1207.14Mhz，开放

E6：1278.75MHz，包括E5-I、E5-Q

伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system），是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布，欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

四 BDS定位系统

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一、BDS设备

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

1.空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。

2.地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。

3.用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。

二、BDS覆盖范围

BDS是覆盖全球的导航系统。

三、BDS定位功能

• 基本导航服务。

• 短报文通信服务。

• 星基增强服务。

• 国际搜救服务。

四、BDS性能精度

为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。

五、BDS使用频段

BDS全球系统的民用信号B1C的中心频率设在1575.42MHz,与GPS L1和Galileo E1频点重叠。为了支持与GPS L5和Galileo E5之间的互操作,BDS全球系统将在B2频段的两个中心频点——B2a(1176.45MHz)和 B2b(1207.14MHz)上播发宽带信号。

总结：

全球四大定位系统对比

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四个系统都是覆盖全球的导航系统，技术理论上讲都可以全球使用。

1、BDS

BDS是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。

为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。

2、GPS

GPS全球定位系统是美国为军事目的而建立的。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。

gps民用定位精度是10米。gps在民用方面，卫星导航系统精度达到10米；在研究中，卫星导航系统精度极限可达2.5米；在海上卫星导航系统精度更是已达到至3cm级别，但在卫星数较少、卫星分布较差的区域，定位精度较差或无法定位。

3、GLONASS

GLONASS是前苏联从80年代初开始建设的，与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，覆盖范围全部地球表面和近地空间，由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。

能够实现系统高的定位精度：距离精度为（10～15）m，定时精度为（20～30）ns，速度精度达到0.01m

4、Galileo

Galileo是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。

开放服务提供任何人自由使用，开放服务的信号将会广播1164-1214MHz 及 1563-1591MHz 两个频带上。同时接收两个频带的信号水平误差小于4米，垂直误差小于8米，如果只接收单一频带仍然有小于15米的水平误差及小于35米的垂直误差与GPS的C/A码相当。

——精准定位——

在定位精度上，这些导航系统均有实现民用10米的能力。全球四大卫星定位系统各有优势，美国的GPS和俄罗斯的GNSS应用范围和领域非常广，也是目前商用普及率最高的两大定位系统，这与它们的提前布局、重视程度、巨额投入等密不可分。

资料来源：汉讯科技

编后语

随着马斯克Space X公司星链的异军突起，尤其是他在乌克兰战场与加沙地区使用星链通讯的独立态度，让人们意识到定位系统与通讯系统的重要性，而新的定位系统格局也必随此第五股力量的上桌而重塑，虽然他跟前四个的运行轨道有本质上的区别（1公里低轨vs2万公里高轨）。

来源：揶揄爱好者

来源：测绘学术资讯