理工酷

卫星导航定位系统是星基无线电导航系统,以人造地球卫星作为导航台,为全球海陆空的各类军民载体提供全天候的、高精度的位置、速度和时间信息,因而又被称作天基定位、导航和授时(PNT)系统。卫星导航定位系统中除了全球卫星导航系统外,还有星基增强系统 以及地基增强系统。

全球卫星导航系统

目前世界上著名的卫星导航系统有美国的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GLONASS)、中国 的北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)以及欧盟伽利略(Galileo) 系统。下面分别简要介绍。

(1) GPS。 GPS是为了满足军事部门对高精度导航和定位的要求而由美国国防部建立的,能向陆海空3大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并且能够满足情报收集、核爆监测和应急通信等军事要求。 GPS提供具有全球覆盖、全天时、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力,作为先进的测量、定位、导航和授时手段,除了在军事上起着举足轻重的作用外,在国家安全、经济建设和民生发展的各个方面都扮演着重要的角色。 GPS由3部分构成,即空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。空间卫星部分又称为空间段,21颗GPS工作卫星和3颗在轨备用卫星构成完整的21+3形式的GPS卫星工作星座。这种星座构型能满足在地球上任何地点任何时刻均能观测到至少4颗几何关系较好的卫星来用于定位。地面控制部分又称为地面段,由分布在全球的一个主控站、3个注入站和若干个监测站组成。用户接收部分又称为用户段,接收来自作为基础设施的空间段和地面段提供的导航、定位和授时服务,这些服务已广泛应用于各个领域。

(2) GLONASS。 GLONASS是苏联建设的导航系统,同样能够为海陆空的民用和军用提供全球范围内的实时、全天候三维连续导航、定位和授时服务。GLONASS也由空间段、地面段、用户段3大部分组成,但与GPS相比,各部分的具体技术有较大的差异。空间段由24颗GLONASS卫星组成,其中21颗为正常工作卫星,3颗为备份卫星。如果GLONASS星座完整,则可以满足在地球上任何地点任何时刻都能收到来自至少4颗卫星的信号,从而获取可靠的导航定位信息。地面监控部分包括系统控制中心和跟踪控制站网,这些跟踪控制站网分散在俄罗斯所有领土上。用户端能接收卫星发射的导航信号,进而获取需要的位置、速度和时间信息。

(3) BDS。 北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,于2012年12月27日启动区域性导航定位与授时正式服务。由16颗导航卫星组成的北斗二号系统已向我国乃至大部分亚太地区提供服务。截至2018年底,北斗三号基本系统星座部署完成。2018年12月27日开始,北斗开始提供全球范围内的定位与授时服务。

除了与上述导航系统提供的导航、定位、授时功能等相同的服务外,北斗卫星导航系统还具有一项特殊的功能,那就是短报文通信。从北斗系统的组成结构来看,同样分为空间段、地面段和用户段。空间星座部分由5颗地球静止轨道(Geostationary Orbit,GEO)卫星和30颗非地球静止轨道(Nongeostationary Orbit,NON-GEO)卫星组成,后者包括中圆地球轨道(MEO)卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星。GEO+NON-GEO+MEO+ IGSO 的星座构型是北斗卫星导航系统的完整布局,最大的优点是同样保证了在地球上任意地点任意时刻均能接收来自4颗以上导航卫星发射的信号,观测条件良好的地区甚至可以接收到10余颗卫星的信号。地面段包括监测站、上行注入站、主控站。用户段组成及功 能同前两者基本相同。

(4) Galileo。 Galileo卫星系统也是一个正在建设中的全球卫星导航系统,欧洲人的目的是摆脱对美国全球定位系统的依赖,打破其垄断。该系统的基本服务免费,但使用高精度定位服务需要付费。Galileo系统也分为空间段、地面段、用户段3大部分。空间段是由分布在3个轨道上的30颗MEO 卫星构成,其中27颗为工作星,3颗为备份星。地面段由两个地面操控站、29个伽利略传感器达到站以及5个S波段上行站和10个C波段上行站组成,传感器达到站及上行站均分布于全球。用户段则提供独立于其他卫星导航系统的5种基本服务。

除了以上4个全球卫星导航系统外,还有一些其他已完成或正在建设的区域性卫星导航系统,如日本的QZSS、印度的IRNSS等。

本回答的主要内容来自图书《自动驾驶技术概论》，清华大学出版社