我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:ds视讯 > 导航设备 >

全球四大导航系统

归档日期:07-07       文本归类:导航设备      文章编辑:爱尚语录

  全球四大导航系统_天文/地理_自然科学_专业资料。全球四大卫星定位系统 目前, 世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。 当前全球有四大卫星 定位系统,分别是美国的全球卫星导航定位系统 GPS、俄罗斯的格罗纳斯 GLONASS 系统、 欧

  全球四大卫星定位系统 目前, 世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。 当前全球有四大卫星 定位系统,分别是美国的全球卫星导航定位系统 GPS、俄罗斯的格罗纳斯 GLONASS 系统、 欧洲在建的伽利略系统、和中国的北斗卫星导航系统。 一、美国 GPS 长期垄断 美国国防部从 1973 年开始实施的 GPS 系统,这是世界上第一个全球卫星导航系统,在 相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。GPS 全球定位系统计划自 1973 年至今,先后共发射了 41 颗卫星,总共耗资 190 亿美元。GPS 原来是专门用于为洲际导弹 导航的秘密军事系统,在 1991 年的海湾战争中首次得到实战应用。随后,在科索沃战争、 阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起,该系统开始应用在了民用方面。现 运行的 GPS 系统由 24 颗工作卫星和 4 颗备用卫星组成。美国利用 GPS 获得了巨大的经济利 益,多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以 1986 年为例,当时一台一般精度 的 GPS 定位仪价格 5 万美元,高精度的则达到 10 万美元。现在价格虽然有所下降,但也可 推算出 20 年来 GPS收获颇丰。以 GPS 为代表的卫星导航定位应用产业,已成为八大无线 产业之一。据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明,GPS 的全球销售额将以每年 38%的速度增长,2005 年全球 GPS 市场已达到 310 亿美元。长期以来,美国对本国军方提 供的是精确定位信号,对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号--也就是说,地球上任 何一个目标的准确位置,只有美国人掌握,其他国家只知道个大概。在海湾战争时,美国 还曾置欧盟各国利益不顾,一度关闭对欧洲 GPS 服务。 2003 年 3 月 20 日,伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达, 用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁,行动代号:斩首行动;4 月,一架 B-1B枪骑兵轰炸 机临时接到任务,用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人:萨达姆 侯赛因,他 们所使用的炸弹都是一种:联合攻击炸弹(JDAM),这些炸弹之所以都能够精确的打击目标, 是因为他们都是通过卫星定位来实现定位,提供这种定位服务的正是由 24 颗美国卫星组成 的全球定位系统--GPS。 由于 GPS 技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新 的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展,美国政府宣布,在保证美国国家安全不受威胁 的前提下,取消 SA 政策,GPS 民用信号精度在全球范围内得到改善,利用 C/A 码进行单点 定位的精度由 100 米提高到 10 米,这将进一步推动 GPS 技术的应用,提高生产力、作业效 率、科学水平以及人们的生活质量,刺激 GPS 市场的增长。 二、俄罗斯 GLONASS(格洛纳斯)系统 格洛纳斯 GLONASS是俄语中全球卫星导航系统 GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE 的缩写。作用类似于美国的 GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。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。1995 年俄罗斯 耗资 30 多亿美元,完成了 GLONASS 导航卫星星座的组网工作。它也由 24 颗卫星组成,原 理和方案都与 GPS 类似,不过,其 24 颗卫星分布在 3 个轨道平面上,这 3 个轨道平面两两 相隔 120°,同平面内的卫星之间相隔 45°。每颗卫星都在 19100 千米高、64.8°倾角的轨 道上运行,轨道周期为 11 小时 15 分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自 称,多功能的 GLONASS 系统定位精度可达 1 米,速度误差仅为 15 厘米/秒。如果必要,该 系统还可用来为精确打击武器制导。GLONASS 卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨, 卫星采用三轴稳定体制,整量质量 1400KG,设计轨道寿命 5 年。所有 GLONASS 卫星均使用 精密铯钟作为其频率基准。第一颗 GLONASS 卫星于 1982 年 10 月 12 日发射升空。到目前为 止,共发射了 80 余颗 GLONASS 卫星。 恐怕很少有人知道, 格洛纳斯的正式组网比 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,推出了格洛纳斯-M 和更现代化的格洛纳斯-K 卫星更 新星座。 该系统由苏联在 1976 年组建,现在由俄罗斯政府负责运营。1991 年组建成具备覆盖全 球的卫星导航系统,从 1982 年 12 月 12 日开始,该系统的导航卫星不断得到补充,至 1995 年,该系统卫星在数目上基本上得到完善,但随着俄罗斯经济不断走低,该系统也因此因失 修等原因陷入崩溃的边缘。但 2001 年到 2010 年 10 月俄罗斯政府已经补齐了该系统需要的 24 颗卫星。预计到 2012 年 GLONASS 全球导航系统卫星的数量将增加到 30 颗,实现全球定 位导航,届时其卫星导航范围可覆盖整个地球表面和近地空间,定位精度将达到 1 米左右。 在技术方面,GLONASS 与 GPS 有以下几点不同之处[: 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。基于这个原因,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。每颗格洛纳斯卫星广播两种信号,L1 和 L2 信号。具体地说,频率分别为 L1=1602+0.5625*k(MHz)和 L2=1246+0.4375*k(MHz),其 中 k 为 1~24 为每颗卫星的频率编号,同一颗卫星满足 L1/L2=9/7。格洛纳斯系统设计定位 精度为在 95%的概率条件下,水平向为 100 米,垂直向为 150 米。 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 (PZ-90) 。 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。 此外,由于 GLONASS 没有施加 S.A.干扰 (Selective Availability),所以它的民用精度优于 施加 S.A.干扰的 GPS 系统 (注: 2000 年 5 月 1 日起, GPS 的 S.A.的干扰已被解除])。但是, GLONASS 的应用普及度还远不及 GPS, 这主要是由于俄罗斯长期以来不够重视开发民用市场。 不过,目前已有包括苹果 iPhone 4S、索尼 Xperia S 在内的数款智能手机搭载了 GLONASS 和 GPS 双定位系统,诺基亚也表示将在其即将推出的手机中使用 GLONASS[6]。2012 年 7 月 23 日三星推出支援美国 GPS 与俄罗斯 GLONASS 系统,共拥有 48 颗双卫星定位的 Android 操作 系统 GALAXY-Ace-2 手机。 技术难点 1.目前 GLONASS 工作不稳定,卫星工作寿命短,在轨卫星只 12 颗; 2.GLONASS 用户设备发展缓慢,生产厂家少,设备体积大而笨重; 3.由于 GLONASS 采用的是 FDMA,所以用户接收机中频率综合器复杂; 4.对 GPS/GLONASS 兼容接收机,需解决两系统的时间和坐标系统问题。 差分增强系统 为了进一步提高 GLONASS 的精度, 以满足三个类别的飞机精密进场/着陆的要求, 俄 罗 斯正计划开发以下三种差分增强系统。 (1)广域差分系统(WADS) 。它包括在俄罗斯境内建立 3-5 个 WADS 地面站,可为离 站 1500~2000km 内的用户提供 5-15m 的位置精度。 (2)区域差分系统(RADS) 。在一个很大的区域上设置多个差分站和用于控制、通信 和发射的设备。它可在离台站 400~600km 的范围内,为空中、海上、地面以及铁路和测量 用户提供 3-10m 的位置精度。 (3)局域差分系统(LADS) 。它采用载波相位测量校正伪距,可为离台站 40km 以内的 用户提供 10cm 量级的位置精度。 LADS 台站可以是移动系统,还可能用地面小功率发射机 --伪卫星来辅助。 另外,还制订了一个更大范围的包括独联体各国的统一的联合国家分系统(UDS) 。该 系统预计在 1998-2000 年建成,届时将为独联体的所有国家提供精密导航定位服务。 三、伽利略卫星导航系统 伽利略定位系统(Galileo) ,是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统,有欧洲版 GPS 之称,也是继美国现有的全球定位系统 (GPS) 、俄罗斯的 GLONASS 系统及中国的北斗卫 星导航系统外, 第四个可供民用的定位系统, 预计会于 2014 年开始运作并在 2019 年完工。 建造此系统的目的有以下几点: * 为用户提供更准确的数据 * 加强对高纬度地区的覆盖,包括挪威、瑞典等地区。 * 减低对现有 GPS 系统的依赖,尤其是在发生战争时。 在上世纪 90 年代的局部战争中,美国的 GPS 出尽风头。利用 GPS 系统提供定位的导弹 或战斗机可以对地面目标进行精确打击, 这给欧洲国家留下了深刻印象。 为减少欧洲对美国 军事和技术的依赖, 经过长达 3 年的论证, 2002 年 3 月, 欧盟 15 国交通部长会议一致决定, 启动伽利略导航卫星计划。伽利略计划的总投资预计为 36 亿欧元,由分布在 3 个轨道 上的 30 颗卫星组成。该系统与 GPS 类似,可以向全球任何地点提供精确定位信号。与美国 的 GPS 相比, 伽利略系统可以为民用客户提供更为精确的定位, 其定位精度可以达到 1 米, 而 GPS 只能达到 10 米。 2000 年,伽利略计划提出不久,欧盟委员会副主席德帕拉西奥在与当时的中国国务 院总理会晤时就表示希望中国参与伽利略计划,得到了中国的积极回应。随后,中 国同欧盟签署协议,在北京成立了中欧卫星导航技术培训合作中心,中国向 伽利略计划 投资 2.3 亿欧元,根据比例获取相应收益。 然而,进入 2005 年,欧洲政治开始转向,亲美政治人物纷纷上台,欧洲航天局与美国 修好。欧盟开始排挤中国。投入巨额资金,却得不到与之相称的对待,中国不但进不到 伽利略计划的决策机构,甚至在技术合作开发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡, 中方十分不满。在此背景下,中国开始把注意力转移到北斗系统上。 卫星 * 数量: 30 颗 * 离地面高度: 23,222 公里 (MEO) * 三条轨道,56°倾角 (每条轨道将有九颗卫星运作,最后一颗作后备) * 卫星寿命: 12 年以上 * 卫星重量: 每颗 675 公斤 * 卫星长阔高: 2.7m x 1.2m x 1.1m * 太阳能集光板阔度: 18.7m * 太阳能集光板功率: 1500W 服务 伽利略系统将提供以下四种导航服务: * 开放服务 (Open Service) :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4 米, 垂直误差8 米, 如果只接收单一频带仍然有 15 米的水平误差 及 35 米的垂直误差与 GPS 的 C/A 码相当。 * 商业服务 (Commercial Service) * 公共规范服务 (Public Regulated Service) * 生命安全服务 (Safety of Life Service) 四、中国的北斗导航系统 北斗导航系统是中国自行研制的全球卫星定位于通信系统,是继美国 GPS 和俄罗斯的 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。截止 2012 年五月在轨卫星 13 颗,已经初步具 备区域导航、定位和授时能力。计划在 2020 年由 35 颗卫星提供覆盖全球的导航能力。 北斗一号 北斗一号导航系统是在地球赤道平面上设置 2 颗地球同步卫星, 卫星的赤道角距约 60°。 是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约 70°-140°,北纬 5°-55°。 北斗一号卫星导航系统的工作过程是: 首先由中心控制系统向卫星 I 和卫星 II 同时发送 询问信号,经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同 时向两颗卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。 中心控制系统接收并解调用户发来的信号, 然后根据用户的申请服务内容进行相应的数 据处理。 对定位申请, 中心控制系统测出两个时间延迟: 即从中心控制系统发出询问信号, 经某一颗卫星转发到达用户, 用户发出定位响应信号, 经同一颗卫星转发回中心控制系统的 延迟;和从中心控制发出询问信号,经上述同一卫星到达用户,用户发出响应信号,经另一 颗卫星转发回中心控制系统的延迟。 由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的, 因此 由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离, 以及用户到两颗卫星距离之和, 从而 知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面, 和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交 线上。 另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值, 又可知道用 户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。 从而中心控制系统可最终计算出用户所在点 的三维坐标,这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 短报文通信:一次可传送多达 120 个汉字的讯息。 精密授时:精度达 10 纳秒。 定位精度:水平精度 100 米(1σ ) ,设立标校站之后为 20 米(类似差分状态) 。 工作频率:2491.75MHz。 系统容量:每小时 540000 户。 北斗二号 北斗二号是中国开发的独立的全球卫星地位系统, 不是北斗一号的简单延伸, 更类似于 GPS(全球定位系统)和伽利略。 北斗二号卫星导航系统空间段由 5 颗静止轨道卫星和 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,定位精度为厘米级,授时精度为 50 纳秒,测速精度 0.2 米/秒。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。 北斗二号卫星导航系统将克服北斗一号系统存在的缺点,同时具备通信功能,其建 设目标是为我国及周边地区的我军民用户提供陆、海、空导航定位服务,促进卫星定位、导 航、授时服务功能的应用,为航天用户提供定位和轨道测定手段,满足武器制导的需要,满 足导航定位信息交换的需要。 北斗二号全球卫星定位系统无论是导航方式, 还是覆盖范围上都和美国的 GPS 非常类 似, 而且有着 GPS 和格洛纳斯系统无法比拟的独特优势。 北斗二号系统主要有三大功能: 快速定位,为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务,定位精度与 GPS 民用定位精 度相当;短报文通信,一次可传送多达 120 个汉字的信息;精密授时,精度达 20 纳秒。 四大系统各有特色 从技术和应用前景上看,四大系统各有优劣,如果说 GPS 胜在成熟,伽利略胜在精准, 那么格洛纳斯的最大价值就在于抗干扰能力强, 而中国的北斗卫星导航系统的优势则在于互 动性和开放性。 与 GPS 相比, 伽利略系统在许多方面具有优势, 例如其卫星数量多达 30 颗, 其卫星轨道位置比 GPS 高。伽利略可为地面用户提供 3 种类型的信号供选择,其中包括免 费信号、加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。 此外,伽利略卫星定位系统信号的最高精度比 GPS 高 10 倍,确定物体的误差范围在 1 米之内。正如有关专家所说:如今的 GPS 只能找到街道,而伽利略却能找到车库的门。 而俄国的格洛纳斯由 24 颗卫星组成,也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星 系统。尽管其定位精度比 GPS、伽利略略低,但其抗干扰能力却是最强的。中国自行研制生 产的北斗卫星导航系统不仅具备在任何时间、 任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海 拔高度的能力,而且在定位性能上有所创新。北斗系统与其他系统最大的不同,在于它不仅 能使用户知道自己的所在位置, 还可以告诉别人自己的位置, 特别适用于需要导航与移动数 据通信场所。 此外, 中国还致力于提高北斗卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼容性, 促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。

本文链接:http://dbhsalumni.com/daohangshebei/204.html