基本介紹
- 中文名：衛星導航
- 外文名：Satellite navigation
- 種類：GPS導航，北斗星導航
- 領域：信息科學
簡介,組成部分,主要原理,導航定位,導航分類,北斗導航,GPS導航,區別,發展趨勢,
簡介
採用導航衛星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。利用太陽、月球和其他自然天體導航已有數千年歷史，由人造天體導航的構想雖然早在19世紀後半期就有人提出，但直到20世紀60年代才開始實現。1964年美國建成“子午儀”衛星導航系統，並交付海軍使用，1967年開始民用。1973年又開始研製“導航星”全球定位系統。蘇聯也建立了類似的衛星導航系統。法國、日本、中國也開展了衛星導航的研究和試驗工作。衛星導航綜合了傳統導航系統的優點，真正實現了各種天氣條件下全球高精度被動式導航定位。特別是時間測距衛星導航系統，不但能提供全球和近地空間連續立體覆蓋、高精度三維定位和測速，而且抗干擾能力強。
組成部分
衛星導航系統由導航衛星、地面台站和用戶定位設備三個部分組成。
①導航衛星：衛星導航系統的空間部分，由多顆導航衛星構成空間導航網。
②地面台站：跟蹤、測量和預報衛星軌道並對衛星上設備工作進行控制管理，通常包括跟蹤站、遙測站、計算中心、注入站及時間統一系統等部分。跟蹤站用於跟蹤和測量衛星的位置坐標。遙測站接收衛星發來的遙測數據，以供地面監視和分析衛星上設備的工作情況。計算中心根據這些信息計算衛星的軌道，預報下一段時間內的軌道參數，確定需要傳輸給衛星的導航信息，並由注入站向衛星傳送。
導航衛星
導航衛星③用戶定位設備：通常由接收機、定時器、數據預處理器、計算機和顯示器等組成。它接收衛星發來的微弱信號,從中解調並譯出衛星軌道參數和定時信息等,同時測出導航參數（距離、距離差和距離變化率等），再由計算機算出用戶的位置坐標（二維坐標或三維坐標）和速度矢量分量。用戶定位設備分為船載、機載、車載和單人背負等多種型式。
主要原理
衛星導航按測量導航參數的幾何定位原理分為測角、時間測距、都卜勒測速和組合法等系統，其中測角法和組合法因精度較低等原因沒有實際套用。①都卜勒測速定位:“子午儀”衛星導航系統採取這種方法。用戶定位設備根據從導航衛星上接收到的信號頻率與衛星上傳送的信號頻率之間的都卜勒頻移測得都卜勒頻移曲線，根據這個曲線和衛星軌道參數即可算出用戶的位置
導航衛星
導航衛星②時間測距導航定位：“導航星”全球定位系統採用這種體制。用戶接收設備精確測量由系統中 不在同一平面的4顆衛星(為保證結果獨一，4顆衛星不能在同一平面)發來信號的傳播時間，然後完成一組包括 4個方程式的模型數學運算，就可算出用戶位置的三維坐標以及用戶鐘與系統時間的誤差。
用戶利用導航衛星所測得的自身地理位置坐標與其真實的地理位置坐標之差稱定位誤差，它是衛星導航系統最重要的性能指標。定位精度主要決定於軌道預報精度、導航參數測量精度及其幾何放大係數和用戶動態特性測量精度。軌道預報精度主要受地球引力場模型影響和其他軌道攝動力影響；導航參數測量精度主要受衛星和用戶設備性能、信號在電離層、對流層折射和多路徑等誤差因素影響，它的幾何放大係數由定位期間衛星與用戶位置之間的幾何關係圖形決定；用戶的動態特性測量精度是指用戶在定位期間的航向、航速和天線高度測量精度。
導航定位
導航定位分二維和三維。二維定位只能確定用戶在當地水平面內的經、緯度坐標；三維定位還能給出高度坐標。都卜勒導航衛星的均方定位精度在靜態時為20～50米（雙頻）及80～400米（單頻）。在動態時,受航速等誤差影響較大，定位精度會降低。時間測距導航衛星的三維定位精度可達十幾米（軍用）,粗定位精度100米左右（民用），測速精度優於0.1米/秒，授時精度優於1微秒。
導航分類
北斗導航
北斗車載智慧型導航北斗衛星導航系統想像圖北斗衛星導航系統是中國自行研製的全球衛星定位與通信系統（BDS），是繼美全球定位系統（GPS）和俄GLONASS之後第三個成熟的衛星導航系統。系統由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球範圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，並具短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度優於20m，授時精度優於100ns。2012年12月27日，北斗系統空間信號接口控制檔案正式版正式公布，北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航、授時服務。
GPS導航
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱。GPS起始於1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研製了新一代衛星定位系統GPS 。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，經過20餘年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星己布設完成。在機械領域GPS則有另外一種含義：產品幾何技術規範(Geometrical Product Specifications)-簡稱GPS。另外一種解釋為G/s（GB per s）
區別
1、北斗系統與 GPS 定位系統原理是大體一致的，用的是無源定位，但是細節上有差異。GPS是全球定位，北斗是區域定位；GPS是接收端根據接收到的信號計算位置。
2、坐標系不同， GPS 為 WGS84，北斗系統為 2000 中國大地坐標系。這兩個坐標系是可以轉換的，只是標準不同。
3、北斗系統還具有簡訊通訊功能一次可傳送多達120個漢字的訊息。在沒有電信地面基站的地方，通過它就可以實現發簡訊。
4、規劃的北斗衛星導航系統衛星數為 32 顆，比 GPS 多，因此未來定位導航精度有保障。
5、北斗系統擁有更多的地球同步軌道衛星。
發展趨勢
是實現全球連續、實時、高精度導航，降低用戶設備價格，建立導航與通信、海空交通管制、授時、搜尋營救、大地測量及氣象服務等多用途的綜合衛星系統。
12月12日，在2012中國經濟年度人物頒獎典禮上，北斗衛星導航系統任務團隊摘得“創新獎”。《每日經濟新聞》記者注意到，在頒獎詞中有這樣一句話，“2012年11月，北斗16顆衛星成功發射，隨著北斗即將投入商用，中國不僅擺脫對GPS的依賴，北斗也將衍生出驚人的衛星定位產業。”這句話透露出北斗衛星導航即將商用這塊“大蛋糕”所蘊含的巨大的投資機會。
政策催動千億產值
資料顯示，北斗衛星導航系統是中國自行研製的全球衛星定位與通信系統（CNSS），是繼美全球定位系統（GPS）和俄羅斯GLONASS之後第三個成熟的衛星導航系統。
該導航系統由空間端、地面端和用戶端組成，現已初步具備區域導航、定位和授時能力。
作為國家戰略性新興產業，科技部印發的《導航與位置服務科技發展“十二五”專項規劃》（以下簡稱《規劃》）明確指出：“十二五”末，導航與位置服務產業要形成1000億元以上的規模，初步建立5個技術產業化基地，培育30家創新型企業，形成10個左右的示範和試驗套用。
《規劃》中還提到，要面向培育導航與位置服務產業和構建國家定位導航授時體系的重大需求，與北斗衛星導航系統建設協同攻關；加快科技成果轉化，拓寬導航與位置服務套用領域；促進北斗衛星導航系統套用與產業化，完善自主的導航與位置服務產業鏈；形成自主可控的導航與位置服務能力，全面提升我國導航與位置服務產業的核心競爭力。
此外，北斗衛星導航系統也已被列為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》16項重大科技專項之一。
據中國衛星[2.50%資金研報]導航定位協會做出的預測，到2015年，中國衛星導航與位置服務產業的產值將超過2250億元；至2020年，中國將建成北斗全球衛星導航定位系統，屆時中國衛星導航與位置產業的用戶規模將成為世界第一，產業年產值將超過4000億元，其中20%的貢獻來自出口收入。
將在國內打破GPS的壟斷
長期以來，我國在導航領域的關鍵技術與產量上均落後，使GPS在我國幾乎處於壟斷地位。數據顯示，GPS國內市場份額超過95%，在電力傳輸、通信、金融等領域，嚴重依賴GPS提供的精準時間。
據中國衛星導航定位協會諮詢中心統計，截至2011年年底，我國“北斗一號”終端社會持有量為10萬餘套，參與北斗終端研發或銷售的企業數量僅為為50~60家，年產值為3億~4億元左右；而GPS導航終端2011年的總銷售量突破4500萬台，產值接近700億元，參與企業超過6800家。
“雖然GPS仍占據國內導航市場的壟斷地位，但今後，北斗導航有著巨大的替代需求和市場空間”，一位不願透露姓名的通信行業分析師向記者表示，由於北斗衛星導航系我國自行研發，一定會得到政府的強力支持。
“首先是安全性考慮，政府或央企將會優先採購北斗產品；此外，政府也會通過稅收優惠、財政補貼、相關政策等大力支持北斗產業的發展。”他指出，北斗一定將成為與全球定位系統（GPS）相抗衡的衛星導航系統。
中科院院士楊元喜則更樂觀。2012年5月，他在廣州市科普大講壇公開表示，未來北斗的目標是實現80%的中國市場占有率，並力爭20%的全球市場。
楊元喜還指出，北斗衛星導航系統對全世界導航的精度、穩定性、可靠性的貢獻率可達到23.6%。與GPS相比，北斗的首次定位速度和授時精度都表現出比GPS更好的優越性。北斗衛星導航系統結網完成後，系統用戶定位，電文通信和位置報告只需要幾秒鐘，而GPS首次定位卻需要1~3分鐘。
上述通信行業分析師向記者表示，在北斗衛星導航產業投資標的的選擇上，可遵循兩條投資思路：一是產業鏈上游的衛星導航系統建設，即北斗衛星製造、衛星晶片及衛星運營與系統集成；二是產業鏈的下游，即北斗衛星導航面向大眾消費者的導航設備，包括手持、車載導航儀以及相關的套用軟體。
北斗衛星導航系統官方網站顯示，根據系統建設總體規劃，到2020年左右，其將建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。屆時，空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。
按照計畫，未來還將有19顆北斗衛星發射，以及若干地面基站及相應設備的建設，這對於服務北斗的零件、設備供應商以及運營商而言是一個絕佳的機會。
《每日經濟新聞》記者注意到，在A股市場上，與北斗衛星導航上游產業鏈密切相關的公司包括國騰電子[7.31%資金研報]（300101）、北斗星通[1.63%資金研報]（002151）、中國衛星（600118）等。
其中，國騰電子主要從事北斗衛星導航關鍵元器件的生產、北斗系統運營以及部分軍用導航設備終端的生產。而北斗星通、中國衛星主要涉及北斗導航的系統集成以及運營服務。
北斗的下游產業則是車載及手持導航定位設備，其中尤以車載導航設備消費者最為熟知。數據現實，截止到2012年6月底，我國汽車保有量已達1.14億輛，預計到2020年將超過2億輛。汽車的普及和未來持續穩步增長的趨勢，給車載定位市場帶來無限商機。
中新社西昌4月10日電 (記者 陶社蘭)中國第八顆北斗導航衛星10日4時47分發射成功。這次發射標誌著北斗區域衛星導航系統的基本系統建成，在中國自主衛星導航系統發展史上具有重要意義，標誌著北斗系統建設和套用步入新的發展階段，對中國衛星導航事業發展影響深遠。
據知，中國正在積極實施北斗衛星導航系統建設工作，其目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統，促進衛星導航產業鏈形成，形成完善的國家衛星導航套用產業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經濟和社會各行業的廣泛套用。中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其接受中新社訪問時介紹說，第八顆北斗導航衛星是一顆傾斜地球同步軌道衛星，是北斗導航系統組網衛星的第一次發射，也是中國“十二五”期間的首次航天發射。這顆衛星將與此前發射的北斗導航系統多顆衛星構成基本系統(由GEO和IGSO衛星組成)，經過一段時間的在軌驗證和系統聯調後，將具備向中國大部分地區提供初始服務條件。
冉承其說，北斗衛星導航系統正按照“質量、安全、套用、效益”的總要求，堅持“自主、開放、兼容、漸進”的發展原則，按照“三步走”發展戰略，穩步推進。
第一步，2003年建成北斗導航試驗系統，該系統由3顆地球同步靜止軌道衛星和地面系統組成，投資少、見效快，具有開機定位快速、支持位置報告和信息交換等特點，可為中國及周邊地區的中、低動態用戶提供定位、短報文通信和授時服務，已套用於水利、漁業、交通、救援等國民經濟領域，經濟和社會效益顯著。
第二步，2012年左右，將建成由十餘顆衛星組成的北斗區域衛星導航系統，具備覆蓋亞太地區的服務能力，採用無源定位體制，具有定位、導航、授時以及短報文通信功能。
第三步，2020年左右，建成由30餘顆衛星組成，覆蓋全球的北斗全球衛星導航系統，系統性能達到同期國際先進水平。
他並稱，北斗衛星導航系統將提供高質量的衛星導航服務，包括開放和授權兩種服務類型。開放服務將面向大眾用戶免費提供高可靠性的定位、測速和授時服務，定位精度10米，測速精度0.2米/ 秒，授時精度10納秒；授權服務面向專業用戶提供更高精度的定位、測速、授時、短報文通信、差分服務以及系統完好性信息服務。
“根據系統建設計畫，今明兩年中國將陸續發射多顆北斗導航衛星，完成北斗區域衛星導航系統建設。同時，將推廣衛星導航在各行業的廣泛套用，特別是建立和完善中國衛星導航產業支撐、保障與推廣體系，促進衛星導航產業的發展，促進衛星導航在國民經濟和社會各領域的廣泛套用。”冉承其說。
冉承其強調，為使北斗衛星導航系統更好地為全球服務，推動世界衛星導航系統的發展，中國願與世界各衛星導航系統開展合作與交流，積極探討在導航標準制定、科學研究、套用發展、兼容與互操作和系統完好性等方面的合作。
