“伽利略”卫星定位系统

塑业塑竺鲞娄■信息（也叫导航信号），另一个信号使用相同的波形承载１∞ｂｉｔ／ｓ的定位信息。

Ｇａｌｉｌｅｏ物理层信号采用每秒合２０４６个码片的二进制调频机制，而２０４６ＭＨｚ的调频信号与一个同样是２０４６ＭＨｚ的伪随机码（８１８４★２５）进行调制，每ｌ∞毫秒重复一次。

目前Ｇａｌｉｌｅｏ信号所采用的调制方式仍处于改进中团。

图５多径干扰及码相位错误关系图采用ＧａｌｉＩｅｏ信号进行定位，接收器的带宽为８ＭＨｚ时，定位的最大错误小于２０米，并且市区环境中存在的大量典型反射信号不会影响定位处理过程的精度，只有当多径延迟超过８０ｍ时对定位精度有一些影响，如图３中的“ＧａＩｉＩｅｏ，ｄｅｌｆ：１２２ｎｓ”曲线所示。

所以，Ｇａｌｌｌｅｏ大幅改善了定位服务的准确性和可用性。

１．２Ｇａ…ｅｏ信号误比特率性能的改进图１ＧＰｓ与ＧａＩｉＩｅｏ空间信号调制方法比较Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定位信号被设计成可以让ＵＥ得知该信号是图２显示了在相同的接收条件下，Ｇａｌｉｌｅｏ信号比ＧＰＳ信否是相关卫星的导航数据，这样当定位信号发生错误时就可号有更高的准确性。

其中横坐标为信号的信噪比，纵坐标为以避免通过公共陆地移动网络（ＰＬＭＮ）发送应答信号。

事实错误相位码的均方根【ＲＭＳ）。

另外，Ｇａｌｉｌｅｏ信号的长度为上每一个Ｇａｌｉｌｅ。

定位信号都包含一个“卫星导航帧（ＳＮＦ）”ｌ∞ｍｓ，如果用户终端《ＵＥ）可以在１００ｍｓ的时间内与网络绝对的字段，该字段在每次传输时发生改变，改变主要集中在卫时间达到同步，ＵＥ就没有必要对定位数据信息进行解码以消星传输的定位数据部分。

由于Ｇａｌｉｌｅｏ信号的定义及数据的编除时间偏移。

码特陛，其误比特率（ＢＥＲ）要比ＧＰＳ信号的ＢＥＲ低得多，从而使得Ｇａｌｉｌｅｏ系统在独立进行定位的模式下具有更好的系统表现。

图２ＧＰｓ和ＧａＩｉｌｅｏ信号性能比较１．１Ｇａ川ｅｏ信号抗多径干扰的性能改进多径干扰主要由于大气的反射、折射和衍射等现象引起，影响卫星信号的传输并干扰ＵＥ的定位测量，可能导致一个卫星信号的完全丢失，或引起定位的严重错误。

全世界四大卫星定位系统提及卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，可是此刻，陪伴着众多卫星定位导航系统的盛行，全世界卫星定位导航系统有了一个崭新的称号： GNSS(Global Navigation Satellite System)。

目前，在这一领域最吸引人眼球的要数美国的GPS卫星导航系统；别的，还有俄罗斯的“格洛纳斯”导航卫星系统，欧盟的“伽利略”导航卫星系统，以及我国自主开发的“北斗”导航卫星系统。

一、美国 GPS系统GPS（Global Position System）全世界定位系统是目前最成熟的卫星定位导航系统。

它是美国从上世纪 70 年月开始研制，历时 20 年，耗费近 200 亿美元，于 1994 年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。

GPS利用导航卫星进行测时和测距，拥有在海、陆、空全方向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。

此刻， GPS已经成为此刻世界上最适用，也是应用最宽泛的全世界精细导航、指挥和调动系统。

GPS全世界定位系统由空间系统、地面控制系统和用户系统三大多数构成。

其空间系统由 21 颗工作卫星和 3 颗备份卫星构成，散布在20200 千米高的 6 个轨道平面上，运转周期 12 小时。

地球上任何地方任一时辰都能同时观察到 4 颗以上的卫星。

地面控制系统负责卫星的测轨和运转控制。

用户系统为各样用途的 GPS 接收机，经过接收卫星广播信号来获取地点信息，该系统用户数目能够是无穷的。

GPS全世界定位系统是美国为军事目的而成立的。

1983 年一架民用飞机在空中因被误认为是敌军飞机而遭击落伍，美国承诺GPS免费开放供民间使用。

美国为军用和民用安排了不一样的频段，并分别广播了P码和C/A 码两种不一样精度的地点信息。

目前美国军用GPS精度可达1 米，而民用GPS理论精度只有10 米左右。

特别地，美国在90 代中期为了自己的安全考虑，在民用卫星信号上加入了SA (Selective Availability) ，进行人为扰码，这使得一般民用GPS接收机的精度只有 100 米左右。

全球有哪四大卫星导航系统全球有哪四大卫星导航系统四大卫星导航系统分别为：美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统、中国“北斗”系统。

1、美国全球定位系统(GPS)GPS是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。

经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得了广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科中，从而给测绘领域带来了一场深刻的技术革命。

2、俄罗斯“格洛纳斯”系统该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。

俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。

该系统于2007年开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。

到2009年，其服务范围已经拓展到全球。

该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

3、欧洲“伽利略”系统伽利略卫星导航系统，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。

截止2016年12月，已经发射了18颗工作卫星，具备了早期操作能力（EOC），并计划在2019年具备完全操作能力（FOC）。

4、中国“北斗”系统中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。

北斗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，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

“伽利略”全球卫星导航系统介绍轨鉴定阶段“伽利略”计划又划分为论证、研制与在轨鉴定和全面部署与运行三个阶段。

论证阶段于2003年完成，形成了系统的基本技术指标。

研制与在轨鉴定阶段于2003年底启动，目标是利用由4颗卫星组成的简化星座和一系列相关地面站来实现对系统的在轨鉴定。

4颗星是保证能在试验位置得到确切定位和授时信息的最低卫星数。

该阶段之初还要发射上述的两颗试验卫星。

随后，整个计划将迈入部署阶段，包括建成整个地面基础设施网络和发射星座中剩余的26颗卫星。

“伽利略”星座中的每颗卫星都将广播精确的时间信号、星历和其它数据。

优化后形成的额定星座技术指标为：1）圆形轨道（卫星高度23222公里）；2）轨道倾角56度；3）三个间隔均匀的轨道面；4）每个轨道面上均布9颗工作星；5）每个轨道面设一颗备份星（也发射信号）。

卫星重700公斤，功率1.6千瓦。

卫星绕指向地球的轴线旋转，以使太阳阵总能面向太阳，从而最大限度地获取太阳能。

卫星底面上的天线总是指向地球。

卫星平台尺寸为2.7米×1.1米×1.2米，太阳翼翼展为13米。

卫星的组成情况为：1）L波段天线，用于在1.2～1.6吉赫的频率范围内发射导航信号。

2）搜救天线，可从地球上的信标机处获取遇险信号，尔后发送给地面站，供其转发给当地救援部门。

3）C波段天线，用于从各“伽利略”上行站接收包含任务数据的信号。

这些数据包括用于使星钟与地基基准时钟同步的数据以及含有每颗卫星工作状况信息的完好性数据。

完好性信息被纳入导航信号中，向用户发送。

4）作为遥测、跟踪与指令分系统一部分的两部S波段天线。

它们向地面控制部门发送有关有效载荷和星体的星务管理数据，并接收卫星控制和有效载荷操作指令。

两部S波段天线还接收、处理和发送能以几米的精度测定卫星高度的测距信号。

5）红外地球敏感器和精太阳敏感器（FSS），均用于帮助卫星保持对地定向。

红外地球敏感器通过探测深空与地球大气的冷热反差来工作，精太阳敏感器是可见光探测器，可测量其安装基座与入射阳光间的夹角。

伽利略计划欧洲伽利略系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，按照规划伽利略计划将耗资约27亿美元，系统由30颗卫星组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星，卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内，该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。

基本介绍 伽利略计划，实际上是一个欧洲的全球导航服务计划。

它是世界上笫一个专门为民用目的设计的全球性卫星导航定位系统，与现在普遍使用的GPS相比，它将更显先进、更加有效、更为可靠。

它的总体思路具有四大特点：自成独立体系；能与其它伽利略计划的GNSS系统兼容互动；具备先进性和竞争能力；公开进行国际合作。

欧洲伽利略系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，按照规划伽利略计划将耗资约2 7亿美元，系统由30颗卫星组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。

卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。

历史背景 欧美关系一向甚笃，美国又一再表示可以给欧洲提供最好的GPS服务(含军用的PPS)，但是欧洲还是顶着来自美国方面巨大打压，决心化大本钱去建设自己的伽利略系统，因为新欧洲正在形成和发展过程中，需要有大项目大工程来振奋人心士气，增强欧洲的凝聚力和向心力，强化独立于美国的精神，打破美国的独霸的一统天下的单极世界，营造更有发言权的多伽利略计划极世界，伽利略就是一张举足轻重的牌，是一张颇具显示度的牌。

同时，伽利略又是现代科学技术，特别是空间技术及其应用技术的一种全面的大组合大集成大展现，会在很大程度上实现一系列技术领域的突破和创新，执行业和产业技术发展的牛耳。

随着伽利略系统的建设和运作，一系列新服务和新应用的排比展开，会带来巨大的经济和社会效益，能增加10万人的就业机会，至2010年后，在欧洲每年形成超过100亿欧元的设备和服务的产值。

主要内容 在上世纪90年代的局部战争中，美国的GPS出尽风头。

伽利略导航系统一:伽利略卫星导航定位系统2002年3月，欧盟不顾美国政府的阻挠，决定启动伽利略(Galileo)系统的组建计划，以便使欧洲拥有自己的卫星导航定位系统。

这是一项具有战略意义的计划，不仅能使欧洲在安全防务和军事方面保持主动，在航天领域内继续充当重要角色，而且可获得很好的社会效益和经济效益。

研究结果表明，伽利略计划能为欧洲创造14万个就业岗位，年创经济效益90亿欧元。

伽利略计划预计投资为36亿欧元。

整个卫星星座将由30颗卫星组成（27颗工作卫星加3颗在轨的备用卫星）。

这些卫星将均匀地分布在三个倾角为56度的轨道面上，每个轨道面上均分布有9颗工作卫星和1颗备用卫星。

卫星轨道半径为29600km，运行周期为14h7min，地面跟踪的重复时间为10天，10天中卫星运行17圈。

卫星的设计寿命为20年，质量为680kg，功耗为6kW。

每颗卫星上均配各2台氢原子钟和2台铷原子钟，一台在用，其余备用。

卫星信号将采用4种位于L波段的频率来发射，其频率分别为E5a:11745MHzE5b:12014MHz(11991—12014MHz，待定)Eb12775MHzE2-Ll-El15742MHz伽利略系统除具有全球导航定位功能外，还具有全球搜索救援等功能，并向用户提供公开服务、安全服务、商业服务、政府服务等不同模式的服务。

其中公开服务和安全服务是供全体用户自由使用的，而其他服务模式则需经过特许，有控制地使用。

伽利略系统具有下列特点（1）系统在研制和组建过程中，军方未直接参与。

该系统是一个具有商业性质的民用卫星导航定位系统，非军方用户在使用该系统时受到政治因素影响较少。

(2)鉴于GPS在可靠性方面存在的缺陷（用户在无任何先兆和预警的情况下，可能面临系统失效、出错的情况），伽利略系统从系统的结构设计方面进行了改造，以最大限度地保证系统的可靠性，及时向指定用户提供系统的完备性信息。

(3)采取措施进一步提高精度，如在卫星上采用了性能更好的原子钟；地面监测站的数量达30个左右，数量更多，分布更好；在接收机中采用了噪声抑制技术等，因而用户能获得更好的导航定位精度，系统的服务面及应用领域也更为宽广。

GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述一、基本介绍➢GPS数量：由２４颗卫星组成..轨道：高度约２０２００公里;分布在６条交点互隔６０度的轨道面上..精度：约为１０米..用途：军民两用..进展：１９９３年全部建成;正在实验第二代卫星系统;计划发射２０颗..➢GLONASS数量：２４颗卫星组成；精度：１０米左右；用途：军民两用；进展：目前已有１７颗卫星在轨运行;计划２００８年全部部署到位..➢GALILEO数量：３０颗中高度圆轨道卫星组成;２７颗为工作卫星;３颗为候补；轨道：高度为２４１２６公里;位于３个倾角为５６度的轨道平面内；精度：最高精度小于１米；用途：主要为民用；进展：２００５年１２月２８日首颗实验卫星已成功发射;预计２００８年前可开通定位服务..➢BDS数量：３颗卫星组成;２颗为工作卫星;１颗为备用卫星；用途：军民两用；进展：前两颗分别于２０００年和２００３年发射成功..二、系统组成❖空间部分➢GPS：GPS的空间部分是由24颗卫星组成21颗工作卫星；3颗备用卫星;它位于距地表20200km的上空;均匀分布在6 个轨道面上每个轨道面4 颗;轨道倾角为55°..卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星;并能在卫星中预存导航信息;GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移;导航精度会逐渐降低➢GLONASS：GLONASS系统采用中高轨道的24颗卫星星座;有21颗工作星和3颗备份星;均匀分布在3个圆形轨道平面上;每轨道面有8颗;轨道高度H=19000km;运行周期T=11h15min;倾角i=64.8°..➢GALILEO：如下图所示;30颗中轨道卫星MEO组成Galileo的空间卫星星座..卫星均匀地分布在高度约为23616km的3个轨道面上;每个轨道上有10颗;其中包括一颗备用卫星;轨道倾角为56°;卫星绕地球一周约14h22min;这样的布设可以满足全球无缝隙导航定位..卫星的设计寿命为20年;每颗卫星都将搭载导航载荷和一台搜救转发器..卫星发射采用一箭多星的发射方式;每次发射可以把5颗或6颗卫星同时送入轨道..可以满足发射任务的运载火箭有Ariane-5、Soyue等..➢BDS：由3颗地球静止轨道卫星组成;两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空;另有一颗位于东经110.5°的备份卫星;可在某工作卫星失效时予以接替..❖地面部分➢GPS：地面控制部分由一个主控站;5个全球监测站和3个地面控制站组成..监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机..监测站将取得的卫星观测数据;包括电离层和气象数据;经过初步处理后;传送到主控站..主控站从各监测站收集跟踪数据;计算出卫星的轨道和时钟参数;然后将结果送到3 个地面控制站..地面控制站在每颗卫星运行至上空时;把这些导航数据及主控站指令注入到卫星..这种注入采取每颗GPS 卫星每天一次的方式;并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入..如果某地面站发生故障;那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间;但导航精度会逐渐降低..➢GLONASS：GLONASS星座的运行通过地面基站控制体系GCS完成;该体系包括：一个系统控制中心Golitsyno-2; 莫斯科地区和几个分布于俄罗斯大部地区的指挥跟踪台站CTS..这些台站主要用来跟踪GLONASS卫星;接收卫星信号和遥测数据..然后由SCC处理这些信息以确定卫星时钟和轨道姿态;并及时更新每个卫星的导航信息;这些更新信息再通过跟踪台站CTS传到各个卫星..➢GALILEO：地面控制部分的两大功能包括导航控制与星座维护以及完好性监控..地面控制部分的构成如下：1两个控制中心GCC..两个控制中心是地面控制部分的核心;分别位于法国和意大利..GCC的功能是：控制星座;保证卫星原子钟的同步;完好性信号的处理;监控卫星及由它们提供的服务;还有内部及外部数据的处理..GCC由轨道同步与处理设施OSPF;精确授时设施PTF;完好性处理设施IPF;任务控制设施MCF;卫星控制设施SCF;服务产品设施SPF设施组成..2GALILEO上行链路站GUS..往返于卫星的数据将通过GALILEO上行链路站的全球网络来传输;其中每个GUS都综合了一个TT&C站和一个任务上行站MUS..TT&C站上行链路通过S波段发射;MUS通过C波段发射..3GALILEO监测站GSS网络..分布在全球范围的GSS网络接收卫星导航信息SIS;并且检测卫星导航信号的质量;以及气象和其他所要求的环境信息..这些站收到的信息将通过GALILEO通信网GCN中继传输至两个GCC..完好性信息是GALILEO与其他GNSS系统的主要区别..4GALILEO全球通信网络..利用地面和VSAT卫星链路;把所有地面站和地面设施连接起来..➢BDS：由中心控制系统和标校系统组成..中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等..标校系统可提供距离观测量和校正参数..❖用户部分➢GPS：用户设备部分即GPS 信号接收机..其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星;并跟踪这些卫星的运行..当接收机捕获到跟踪的卫星信号后;即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率;解调出卫星轨道参数等数据..根据这些数据;接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算;计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息..接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备..GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分..接收机一般采用机内和机外两种直流电源..设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测..在用机外电源时机内电池自动充电..关机后;机内电池为RAM存储器供电;以防止数据丢失..目前各种类型的接收机体积越来越小;重量越来越轻;便于野外观测使用..➢GLONASS：到1995年为止;俄罗斯已研制了两代用户设备UE..第一代接收机只能用GLONASS来工作;与西方的同类GPS接收机相比;它偏大和偏重;有三种基本设计;即1通道、2通道和4通道接收机..第二代接收机是5通道、6通道和12通道设计;采用了大规模集成电路和数字处理技术;而且民用接受机可用GPS和GLONASS两种系统来工作➢GALILEO：用户接收机及终端;其基本功能使在用户段实现Galileo系统所提供的各种卫星无线导航服务;它应具备下列功能：1直接接收Galileo的SIS信号；2拥有与区域和局域设施部分所提供服务的接口；3能与其他定位导航系统例如GPS及通信系统例如UMTS互操作..另外;Galileo接收机还具有通过集成标准化微芯片来实现其他功能的技术潜力..例如;实现下列功能：1将Galileo微型终端集成进入移动电话;使之具备定位导航功能；2集成航空导航功能;使之应用于飞行器试验；3集成进入车载导航平台;向驾驶员提供定位与交通监测服务..Galileo卫星导航计划目前正处于来发和确认阶段;在2008年Galileo系统正式建成并进入商业运行之前;其体系界都还可能有所更新..Galileo作为世界上第一个全球民用卫星导航定位系统;将对未来世界科技、经济发展产生重大影响;因而跟踪了解Galileo系统;对于我国将来更好地应用该系统;发展我国的科技与国民经济有着重要的意义..➢BDS：用户段端也就是用户的终端;北斗可以同时兼容其他卫星导航系统的接收机.. 三、定位原理➢GPS：利用GPS进行定位的基本原理是空间后方交会如图;即以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离或距离差的观测量为基础;根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的点位;即待定点的三维坐标X;Y;Z..GPS定位的关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离;分伪距测量和载波相位测量两种..➢GLONASS：GLONASS定位的原理是距离交会..GLONASS卫星在任一时刻的位置可以通过卫星星历计算出来;理论上;只要知道用户到3颗卫星的距离;便可计算出用户的位置;但这要求卫星与用户以及卫星之间的时间同步精度极高;目前还不能完全满足;只好引入一个时间参数..由于多了一个未知量;因此;实际定位时要至少接收4颗卫星的信号..GLONASS卫星同时发射粗码C/A码和精码P码;C/A码用于向民间提供标准定位;而P码用于俄罗斯军方高精度定位或科学研究..➢GALILEO：被动式;有源无线电测距定位技术..➢BDS：在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置;且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下;即可以确定D的空间位置;原理如下：因为A点位置和AD间距离已知;可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面;按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球;即D点一定在这三个圆球的交汇点上;即三球交汇定位..北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理..四、特点➢GPS：GPS导航定位以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称➢GLONASS：GLONASS与GPS有许多不同之处：一是卫星发射频率不同..GPS的卫星信号采用码分多址体制;每颗卫星的信号频率和调制方式相同;不同卫星的信号靠不同的伪码区分..而GLONASS采用频分多址体制;卫星靠频率不同来区分;每组频率的伪随机码相同..由于卫星发射的载波频率不同;GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰;因而;具有更强的抗干扰能力..二是坐标系不同..GPS使用世界大地坐标系WGS-84;而GLONASS使用前苏联地心坐标系PE-90..三是时间标准不同..GPS系统时与世界协调时相关联;而GLONASS 则与莫斯科标准时相关联..➢GALILEO：1.全天候、全球无缝覆盖2.独立于美国;受欧洲控制的民用卫星导航定位系统3.定位精度高于其它导航星座4.导航定位服务多样性5.具有地面与卫星通信能力;提供救援和搜索服务6.系统开放性7.系统管理民间性➢BDS：北斗最大的特点;就是把导航与通信紧密结合起来;这是其他导航系统所不具备的..比如沙漠、草原等地方;手机无法使用;北斗的这些特点就能发挥重要作用..2008年汶川地震;重灾区通信中断..救援部队持北斗终端设备进入;利用其短报文功能突破通信盲点;与外界取得了联系..同时管理中心则通过位置报告功能;随时掌握着每一个终端所处的位置..而且北斗首次集纳多种轨道设计于一身;这样的混合轨道能提供更多可见卫星;可支持更长的连续观测时间和更高精度..五、发展现状➢GPS：当前;GPS产业已经成为国际上八大无线产业之一;也是目前世界上发展最快的三大信息产业之一;世界各国都在瞄准这一巨大市场.. 从产品结构上看;当前GPS应用市场最红火的是车辆导航、消费产品和跟踪监控;尤其以车辆导航所占份额为最多..2002年;全球车辆导航产品的产值为近40亿美元;约占GPS产品总值的35.4％左右..2002年底;在日本装有导航系统的车辆保有量超过了700万台..2002年日本的车载GPS导航仪产量;达到300万套;年增长率为33．3％..北美和欧洲的车载导航仪的销量在2002年内达到200万套;基本是每年都以翻一番的速度增长.. 为了能使GPS更好地满足军事、民间和商业用户不断增长的应用需求;美国决定用先进技术改进和完善GPS系统..➢GLONASS：Glonass-K卫星是完全基于非压力式平台的新型卫星; 使用寿命达到十年;该型号卫星完成后;Glonass系统将与GPS不相上下;用户可以使用两套系统..系统目前使用的卫星为两种型号卫星——Glonass卫星与其升级型号Glonass-M..Glonass-M卫星使用寿命更长;为七年;装有先进的天线馈电系统;并为民用客户增加了一个额外的导航频率..Glonass系统为军民两用而设计;可使用户实时标明位置..在2007联邦预算中共分配给Glonass 3.8亿美元;2006年则为1.81亿美元..GALILEO：伽利略卫星导航系统是欧盟和欧洲空间局正在建设中的项目;以天文学家伽利略的名字命名;初衷是为欧洲国家提供一个独立于美国GPS和俄罗斯格洛纳斯之外的高精度定位导航系统;使欧盟在卫星导航问题上摆脱对美国和俄罗斯的依赖;实现自主独立..伽利略系统的技术水平将高于GPS和格洛纳斯..比如;其精度甚至可以达到一米级别..伽利略系统分为基本版和高精度版;前者将是免费的;后者则提供给付费的商业用户以及用于军事用途;该系统在极端情况下;会因为军事原因而对某些用户关闭..2003年5月;欧盟和欧洲空间局正式批准伽利略项目第一阶段;最初预计2012年开始运行;但这一日期已被屡次推迟..现在的计划是2019年全部建成..伽利略计划遇到的最大问题是缺钱..该计划提出之初;欧盟和欧洲空间局的设想是;该项目的三分之二资金由私人投资者提供;其余三分之一由欧盟和欧洲空间局分担..但私人投资迟迟不到位;而项目预算则从最初的77亿欧元飙升到200多亿欧元..如果资金问题没有得到彻底解决;伽利略系统的全面建成时间还有可能会继续推迟..➢BDS：2000年以来;我国已成功发射了3颗“北斗导航试验卫星”建成北斗导航试验系统..这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时和GPS广域差分功能;并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用..2006年;中国政府发表了中国的航天白皮书;特别提到了完善“北斗”导航试验卫星系统;启动并实施“北斗”卫星导航系统计划..发展卫星导航、定位与授时的自主应用技术和产品;建立规范的、与卫星导航定位相关的位置服务支撑系统、大众化应用系列终端;扩展应用领域和市场..通过“卫星导航应用产业化”等重大工程项目的实施;利用国内外导航定位卫星;在卫星导航定位技术的开发、应用与服务方面取得长足进步..目前;我国第二代卫星导航系统已开始正式立项建设;并列入国家重点建设项目.. 在建的北斗卫星导航系统由空间卫星系统、地面运控系统和用户应用系统三大部分组成..由5颗静止地球轨道GEO卫星和30颗非静止轨道卫星组成;提供两种服务方式;即开放服务和授权服务..开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务;定位精度为10m;授时精度为50ns;测速精度达到0.2m/s..授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息.. 地面运控系统由主控站、注入站和监测站等若干个地面站构成；用户端由北斗用户终端和与GPS、GLONASS、伽利略其他导航系统兼容的终端组成.. 用户应用系统包括所有服务于陆、海、空、天等不同用户、不同性能的各种谱型用户设备;主要任务是接收卫星发射的导航信号;实现用户的导航定位、定时、测速和报文通信..。

伽利略即将到来伽利略计划是欧洲筹建的全新的全球导航服务计划，将于2020年推出部分服务。

与现在普遍使用的gps相比，它更先进、有效、可靠。

公开服务（os）供消费者免费使用，也为导航仪或智能手机提供导航和lbs服务。

商业服务（cs）作为一项收费服务，商业版的伽利略服务能够提供更高级别的定位准确率和更强大的功能。

该服务借助定位跟踪设备收取服务费。

搜救服务（sar）到目前为止，只有气象卫星能够接收到遇险紧急信号，而且这种信号存在时间差，并且精度只有三英里。

可以预测的是，伽利略系统将会使救援工作变得简单。

生命安全服务（sols）这项服务需要非常高的信号质量，并对数据完整性有很高要求。

特别是在像空中交通安全等关键领域，对信号质量的要求会更高。

公共特许服务（prs）由于发射频率争端问题尚未解决，目前还不清楚伽利略可否为军警机构提供加密信号发射服务。

名词解释egnos（european geostationary navigation overlay service）欧洲地球同步导航覆盖服务），目前正在使用gps的数据，2014年后，将与伽利略的数据对接。

esa（european space agency，欧洲空间局）是欧洲的空间探测和开发组织。

glonass俄罗斯的全球导航卫星系统的缩写。

gnss（global navigation satellite system）全球导航卫星系统的缩写。

gps（global positioning system，全球定位系统）通常是指美国的全球导航卫星系统。

gsa（european gnss supervisory authority，欧洲gnss监督管理局）负责监管伽利略欧洲卫星导航项目。

iov（in-orbit validation，在轨验证）卫星在轨道上测试的阶段。

sbas（satellite-based augmentation system，星基增强系统）星基增强系统可以很大程度上提升gnss计算精度。

伽利略卫星导航系统建设概况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。

截止2016年12月，已经发射了18颗工作卫星，具备了早期操作能力（EOC），并计划在2019年具备完全操作能力（FOC）。

全部30颗卫星（调整为24颗工作卫星，6颗备份卫星）计划于2020年发射完毕。

图1 伽利略卫星伽利略系统的地面段主要由2个位于欧洲的伽利略控制中心（GCC）和16~20个分布于全球的伽利略传感器站（GSS）组成，还有分布于全球的5个任务上行站和5个遥测跟踪与控制站，另外还有2个发射与早期操作中心和1个在轨测试中心。

控制中心与传感器站之间通过冗余通信网络相连。

全球地面部分还提供与服务中心的接口、增值商业服务以及与“科斯帕斯－萨尔萨特”（COSPAS－SARSAT）的地面部分一起提供搜救服务。

伽利略系统的2个控制中心部署在德国的奥博珀法芬霍芬和意大利福奇诺，由轨道同步与处理设施、精确授时设施、完好性处理设施、任务控制设施、卫星控制设施和服务与产品设施组成。

主要功能是：控制卫星星座，保证星上原子钟的同步，完好性信号处理，监控卫星及其卫星提供的服务，同时还进行内部与外部信息的处理。

区域设施由监测台提供区域完好性数据，由完好性上行数据链直接或经全球设施地面部分，连同搜救服务商提供的数据，上行传送到卫星。

全球最多可设8个区域性地面设施。

有些用户对局部地区的定位精度、完好性报警时间、信号捕获/重捕等性能有更高的要求，如机场、港口、铁路、公路及市区等。

局域设施采用增强措施可以满足这些要求。

除了提供差分校正量与完好性报警外（≤1s），局域设施还能提供下列各项服务：(1)商业数据（差分校正量、地图和数据库）；(2)附加导航信息（伪卫星）；(3)在接收GSM和UMTS基站计算位置信号不良的地区（如地下停车场和车库），增强定位数据信号；(4)移动通信信道。

【最新】伽利略卫星导航系统____年3月，欧盟不顾美国政府的阻挠，决定启动伽利略(Galileo)系统的组建计划，以便使欧洲拥有自己的卫星导航定位系统。

这是一项具有战略意义的计划，不仅能使欧洲在安全防务和军事方面保持主动，在航天领域内继续充当重要角色，而且可获得很好的社会效益和经济效益。

研究结果表明，伽利略计划能为欧洲创造14万个就业岗位，年创经济效益90亿欧元。

伽利略计划预计投资为36亿欧元。

整个卫星星座将由30颗卫星组成（27颗工作卫星加3颗在轨的备用卫星）。

这些卫星将均匀地分布在三个倾角为56度的轨道面上，每个轨道面上均分布有9颗工作卫星和1颗备用卫星。

卫星轨道半径为29600km，运行周期为14h7min，地面跟踪的重复时间为10天，10天中卫星运行17圈。

卫星的设计寿命为____年，质量为680kg，功耗为1.6kHzE5b:1207.14MHz(1196.91—1207.14MHz，待定)Eb：1278.75MHzE2-Ll-El：1575.42MHz伽利略系统除具有全球导航定位功能外，还具有全球搜索救援等功能，并向用户提供公开服务、安全服务、商业服务、政府服务等不同模式的服务。

其中公开服务和安全服务是供全体用户自由使用的，而其他服务模式则需经过特许，有控制地使用。

伽利略系统具有下列特点：（1）系统在研制和组建过程中，军方未直接参与。

该系统是一个具有商业性质的民用卫星导航定位系统，非军方用户在使用该系统时受到政治因素影响较少。

(2)鉴于GPS在可靠性方面存在的缺陷（用户在无任何先兆和预警的情况下，可能面临系统失效、出错的情况），伽利略系统从系统的结构设计方面进行了改造，以最大限度地保证系统的可靠性，及时向指定用户提供系统的完备性信息。

(3)采取措施进一步提高精度，如在卫星上采用了性能更好的原子钟；地面监测站的数量达30个左右，数量更多，分布更好；在接收机中采用了噪声抑制技术等，因而用户能获得更好的导航定位精度，系统的服务面及应用领域也更为宽广。

伽利略、GLONASS和GPS有何区别目前，世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国的GPS系统，二是俄罗斯的“格鲁纳斯”系统。

近年来，欧洲也提出了有自己特色的“伽利略”全球卫星定位计划。

因而，未来密布在太空的全球卫星定位系统将形成美、俄、欧操纵的GPS、“格鲁纳斯”、“伽利略”三大系统“竞风流”的局面。

GPS独占鳌头GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。

它们分布在6个等间距的轨道平面上，轨道面相对赤道的夹角为55度，每个轨道面上有4颗工作卫星，卫星的轨道接近圆形，轨道高度为2.01836万公里，周期约12小时。

GPS能覆盖全球，用户数量不受限制。

其所发射的信号编码有精码与粗码。

精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用户使用；粗码提供给本国民用和全世界使用。

精码给出的定位信息比粗码的精度高。

GPS系统能够连续、适时、隐蔽地定位，一次定位时间仅几秒到十几秒，用户不发射任何电磁信号，只要接受卫星导航信号即可定位，所以可全天候昼夜作业，隐蔽性好。

GLONASS不甘落后俄罗斯GLONASS卫星定位系统拥有工作卫星21颗，分布在3个轨道平面上，同时有3颗备份星。

每颗卫星都在1.91万公里高的轨道上运行，周期为11小时15分。

因GLONASS 卫星星座一直处于降效运行状态，现只有8颗卫星能够正常工作。

GLONASS的精度要比GPS 系统的精度低。

为此，俄罗斯正在着手对GLONASS进行现代化改造，12月就发射了3颗新型“旋风”卫星。

该卫星的设计寿命将为7～8年（现行卫星寿命为3年），具有更好的讯号特性。

GLONASS与GPS有许多不同之处：一是卫星发射频率不同。

GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。

而GLONASS采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。

由于卫星发射的载波频率不同，GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。

全球四大卫星定位系统导航卫星系统：GPS 北斗 GLONASS GALILEO系统构成： 1.空间部分2.用户接收处理部分3.地面监控部分 1.空间部分2.地面中心控制系统3.用户终端1.空间部分2.地面支持系统3.用户设备卫星星座： 美国的GPS系统，由24颗(3颗为备用卫星)在轨卫星组成。

“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。

21颗卫星，3颗备用卫星欧盟主导的伽利略系统的目标是，耗资30亿欧元，共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。

轨道倾角： 55度 64.8度 56度 56度系统信号： L1，L2，P L1，L2，S，P E（1590MHz）、E（1561MHz）、E6（1269MHz）E5（1207MHz）E5a~E5b,E6,E2-L1-E1定位精度： 2.93m（民用）0.293m（军用）10m（民用） 10m 优于10m定位原理： 测边交会定位 测边交会定位 测边交会定位 测边交会定位一、 美国的全球卫星定位系统GPS：1、简介：GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系统)的缩写，而其中文简称为“球位系”。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。

GPS系统由28颗地球同步卫星组成(4颗为备用星)，均匀地分布在距离地球20000公里高空的6个轨道面上。

这些卫星与地面支撑系统组成网络，每隔1—3秒向全球用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息，能使地球上任何地方的用户在任何时候都能利用GPS接收机同时收到至少4颗卫星的位置信息，应用差分定位原理计算确定自己的位置，精度约为10米。

2、特点：⑴全球、全天候工作。

⑵定位精度高。

单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

⑶功能多，应用广。

⑷高效率、操作简便、应用广泛。

四大全球卫星导航系统简介目前有四大全球卫星导航系统，其中包括: 美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯GLONASS卫星导航系统、中国的北斗卫星导航系统、欧洲“伽利略”卫星导航系统。

一、美国的全球卫星定位系统GPS1、简介：GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。

GPS系统由28颗地球同步卫星组成（4颗为备用星），均匀地分布在距离地球20000公里高空的6个轨道面上。

这些卫星与地面支撑系统组成网络，每隔1－3秒向全球用户播报一次其位置（经纬度）、速度、高度和时间信息，能使地球上任何地方的用户在任何时候都能利用GPS接收机同时收到至少4颗卫星的位置信息，应用差分定位原理计算确定自己的位置，精度约为10米。

2、特点：（1）全球、全天候工作。

（2）定位精度高。

单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

（3）功能多，应用广。

（4）高效率、操作简便、应用广泛。

二、俄罗斯GLONASS卫星导航系统1、简介：“格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。

GLONASS的正式组网比GPS还早，这也是美国加快GPS建设的重要原因之一。

不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务，更不要说和GPS竞争。

到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气。

GLONASS的工作卫星有21颗，分布在3个轨道平面上，同时有三颗备份星。

这三个轨道平面两两相隔120度，同平面内的卫星之间相隔45度。

每颗卫星都在19100千米高、64.8度倾角的轨道上运行。

每颗卫星需要11小时15分钟完成一个轨道周期，精度约为10米。

2、特点：（1）抗干扰能力强（2）GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策（3）GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星（GPS是码分多址（CDMA），根据调制码来区分卫星）三、中国的北斗卫星导航系统1、简介：北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞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。

全球卫星定位系统名词解释全球卫星定位系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是一种通过卫星来确定地理位置和导航的技术。

它通过使用一组卫星以及地面接收器来提供高精度的地理定位服务。

全球卫星定位系统通常包括全球定位系统（GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、北斗卫星导航系统（BeiDou）和欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo）四个主要系统。

GPS（全球定位系统）是目前世界上最广泛使用的全球卫星定位系统。

它由美国国防部开发，由一组24颗人造卫星组成。

GPS系统通过卫星发射的无线信号进行测距，接收器通过接收来自多个卫星的信号来确定自身的位置。

GPS可以提供高精度的地理定位信息，一般在在户外环境下的日常导航和定位使用。

GLONASS（格洛纳斯卫星导航系统）是由俄罗斯开发的全球卫星定位系统。

它由一组24颗卫星组成，其中21颗是工作卫星，其余的几颗是备份卫星。

GLONASS系统与GPS类似，通过接收来自多个卫星发射的信号来确定地理位置。

GLONASS系统在俄罗斯及其周边国家得到了广泛的应用。

北斗卫星导航系统是由中国自主开发的全球卫星定位系统。

它由一组35颗卫星组成，包括5颗地球同步轨道卫星和30颗倾斜轨道卫星。

北斗系统在全球范围内提供导航、定位和时间服务。

北斗系统的导航性能逐步提高，已经广泛应用于交通运输、精准农业、海洋监测等领域。

欧洲伽利略卫星导航系统是由欧洲空间局和欧盟共同开发的全球卫星定位系统。

它由一组30颗卫星组成（之后计划将增加到54颗）。

伽利略系统是一种全球性的民用卫星导航系统，旨在提供高精度的定位和导航服务。

伽利略系统不仅可以提供与其他卫星导航系统相似的定位精度，还具备更高的灵活性和可靠性。

在全球卫星定位系统中，卫星向地面传输的信号被地面接收器接收后进行处理，从而确定位置和导航。

卫星信号的传播速度非常快，地面接收器可以通过测量信号传播的时间来计算出位置。

欧洲伽利略卫星导航系统进展（中）□徐菁2%伽利略系统进展2.1空间段2.1.1伽利略卫星星座伽利略卫星星座由30颗卫星组成（见图3）。

这些卫星均匀分布在3个中高度地球轨道上，其星座构形为Walker27/3/1，并有3颗在轨备份星。

卫星轨道高度为23616km，轨道倾角为56°，设计寿命20年。

伽利略卫星（见图4）的尺寸为2.7m×1.2m×1.1m，太阳电池翼展开跨度13m，发射质量700kg，功率1.6kW，主要有效载荷包括质量为130kg、功率为900W的导航载荷和质量为15kg、功率为50W的搜救转发器。

伽利略卫星发送连续的测距码和导航数据，即使在恶劣情况下，时钟坐标和导航数据每100min上行注入一次，完好性数据每秒钟上行注入一次。

伽利略卫星提供10个右圆极化的导航信号和1个搜救信号。

依据国际电联的规定：导航信号分别在分配的无线电导航卫星系统频段1164～1215MHz、1260～1300MHz和1559～1591MHz内发射；搜救信号将在一个紧急服务预留频段（1544～1545MHz）内广播。

系统采用码分多址（CDMA）扩频技术，各卫星以相同的频率发射信号。

伽利略卫星射频信号的调制除了采用传统的BPSK调制技术外，还采用一种新的调制技术———二元补偿载波BOC调制。

与BPSK相比，这种调制方式具有较好的抗多路径效应、降低码噪声和易于信号跟踪等优点，将成为未来卫星导航与通信系统信号的有效调制手段。

2.1.2伽利略卫星有效载荷（1）导航有效载荷导航有效载荷主要包括：①图3伽利略卫星星座示意图图4伽利略卫星授时系统；②信号产生子系统，对载波频率进行格式化、编码和调制；③无线电频率子系统，放大调制载波；④天线子系统，向用户发送导航信号；⑤C频段数据接收系统，负责接收导航电文和完好性数据。

其中，授时系统由星载原子钟以及相对应的功分器、功率合成器、频率分配网络、二次电源模块和锁相环（PLL）电路等部件构成。