全球目前四大先进卫星导航定位系统及三部分构成
思瀚产业研究院    2024-10-23

据信息安全与通信保密杂志社，因为卫星导航系统技术壁垒高，投入成本大，导致只有少数大国才能建立完整的系统。

全球定位系统由三部分构成：地面控制部分、空间卫星星座和地面用户设备。

1、地面控制部分

由主控站、监测站、地面天线和通讯辅助系统(数据传输)组成。

主控站负责收集各个监测站的跟踪数据并计算卫星轨道和时钟参数，将计算结果通过地面天线发送给卫星。同时，主控站还负责管理、协调整个地面控制系统的工作。每个全球系统都设有数量不等的监测站，各监测站配备有精密的原子时间标准和可连续测定到所有可见卫星伪距的接收机，采用电离层和气象参数对测得的伪距进行改正后，生成具有一定时间间隔的数据并发送到主控站。在监测站的同址上安置有专用的地面天线。地面天线配置了将命令和数据发送到卫星并接收卫星的遥测数据和测距数据的设备。地面天线的所有操作都在主控站的控制下进行。

2、空间卫星星座

全球定位卫星系统的空间卫星一般运行在距离地面 20000 千米左右的太空，24~30颗卫星组成星座，依据其结构设计分布在 3个或 6个轨道平面上，相邻轨道间的夹角相同。为保证系统的连续运行，一般在每个轨道上还部署一颗备份卫星，一旦有卫星发生故障，则可以立即替代。

3、地面用户设备

用户设备部分即导航信号接收机。其主要功能是能够捕获到卫星,并跟踪这些卫星的运行。卫星信号接收机有各种类型，有用于航天、航空、航海的机载导航型接收机，也有用于测定定位的测量型接收机，也有普通大众使用的车载、手持型接收机。接收设备也可嵌入到其他设备中构成组合型导航定位设备，如导航手机、导航相机等。

目前，全球卫星导航系统国际委员会认定的四大卫星导航服务供应商是美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、中国的北斗系统（BDS）和欧洲的伽利略系统（Galileo）。

1、GPS

GPS 系统的前身为美军研制的子午卫星定位系统。1973 年 12 月美国国防部批准海陆空三军联合研制新的卫星导航系统——NAVSTART/GPS，简称 GPS。第一颗可运行的原型卫星于 1978 年发射。现今，GPS 具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和授时功能，能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。

2、GLONASS

GLONASS 是由原苏联国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统，该系统是继 GPS 后的第二个具备完全运营能力的全球卫星导航系统。目前 GLONASS在轨正常运行的卫星 23颗，大部分为 GLONASS M型号卫星。由于 GLONASS 的轨道倾角大于 GPS 的轨道倾角，所以在高纬度（50°以上）地区的可视性较好。

3、BDS

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，英文简写为BDS）由中国政府建造，免费为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、测速和授时服务。北斗三号系统空间段由若干地球同步轨道卫星（GEO）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和中圆地球轨道卫星（MEO）三种轨道卫星组成混合导航星座。

北斗三号采取 3GEO+3IGSO+24MEO 的星座构成，卫星与卫星之间具备通信能力，可以在没有地面站支持的情况下自主运行。北斗三号系统由三种不同轨道的卫星组成，包括 24 颗地球中圆轨道卫星（覆盖全球），3 颗倾斜地球同步轨道卫星（覆盖亚太大部分地区）和 3 颗地球静止轨道卫星（覆盖中国）。北斗三号系统于 2020 年 7 月 31 日开通。

4、Galileo

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，并和欧空局共同负责。伽利略计划是欧洲关于最先进的全球卫星导航系统的倡议，在民用控制下提供高度准确、有保障的全球定位服务。目前 Galileo 共有 22 颗在轨可用卫星，计划的星座由 24 颗卫星（Walker 24/3/1）组成，其中包括 6 颗备用卫星，可移动以替换同一平面内的任何故障卫星，从而减少故障对服务质量的影响。