GNSS氣象探測

全球衛星導航系統，（the Global Navigation Satellite System）,也稱為全球導航衛星系統，是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的3維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統。

常見系統有GPS、BDS、GLONASS和GALILEO四大衛星導航系統。最早出現的是美國的GPS（Global Positioning System），現階段技術最完善的也是GPS系統。隨著近年來BDS、GLONASS系統在亞太地區的全面服務開啟，尤其是BDS系統在民用領域發展越來越快。衛星導航系統已經在航空、航海、通信、人員跟蹤、消費娛樂、測繪、授時、車輛監控管理和汽車導航與信息服務等方面廣泛使用，而且總的發展趨勢是為實時套用提供高精度服務。

基本介紹

• 中文名：GNSS氣象探測
• 外文名：GNSS weather detection
• 常見系統：GPS、BDS、GLONASS、GALILEO
• 我國的系統：北斗系統-BDS
• 領域：航空、航海、通信、人員跟蹤等
• 趨勢：為實時套用提供高精度服務

簡介

全球衛星導航系統，（the Global Navigation Satellite System）,也稱為全球導航衛星系統，是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的3維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統。

分類

常見系統有GPS、BDS、GLONASS和GALILEO四大衛星導航系統。最早出現的是美國的GPS（Global Positioning System），現階段技術最完善的也是GPS系統。隨著近年來BDS、GLONASS系統在亞太地區的全面服務開啟，尤其是BDS系統在民用領域發展越來越快。衛星導航系統已經在航空、航海、通信、人員跟蹤、消費娛樂、測繪、授時、車輛監控管理和汽車導航與信息服務等方面廣泛使用，而且總的發展趨勢是為實時套用提供高精度服務。

GPS系統

GPS系統是美國從上世紀70年代開始研製，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衛星星座己布設完成。

GPS利用導航衛星進行測時和測距，具有在海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力。它是繼阿波羅登月計畫、太空梭後的美國第三大航天工程。如今，GPS已經成為當今世界上最實用，也是套用最廣泛的全球精密導航、指揮和調度系統。

GPS全球定位系統由空間系統、地面控制系統和用戶系統三大部分組成。其空間系統由21顆工作衛星和3顆備份衛星組成，分布在20200千米高的6個軌道平面上，運行周期12小時。地球上任何地方任一時刻都能同時觀測到4顆以上的衛星。地面控制系統負責衛星的測軌和運行控制。用戶系統為各種用途的GPS 接收機，通過接收衛星廣播信號來獲取位置信息，該系統用戶數量可以是無限的。

GPS全球定位系統是美國為軍事目的而建立的。1983年一架民用飛機在空中因被誤以為是敵軍飛機而遭擊落後，美國承諾GPS免費開放供民間使用。美國為軍用和民用安排了不同的頻段，並分別廣播了P碼和C/A碼兩種不同精度的位置信息。美國軍用GPS精度可達1米，而民用GPS理論精度只有10米左右。 特別地，美國在90代中期為了自身的安全考慮，在民用衛星信號上加入了SA (Selective Availability)，進行人為擾碼，這使得一般民用GPS接收機的精度只有100米左右。2000年5月2日，SA干擾被取消，全球的民用GPS接收機的定位精度在一夜之間提高了許多，大部分的情況下可以獲得10米左右的定位精度。美國之所以停止執行SA政策，是由於美國軍方現已開發出新技術，可以隨時降低對美國存在威脅地區的民用GPS精度，所以這種高精度的GPS技術才得以向全球免費開放使用。

受套用需求的刺激，民用GPS技術蓬勃發展，出現了DGPS（差分GPS）、WAAS（地面廣播站型態的修正技術）等技術，進一步提高民用GPS的套用精度。2005年，美國開始發射新一代GPS衛星，開始提供第二個民用波段。未來還將提供第三，第四民用波段。隨著可用波段的增加，新衛星陸續使用，GPS定位系統的精度和穩定性都比過去更理想，這必將大大拓展GPS套用與消費需求。此外新衛星也提供更優秀的軍用支持能力，當然這隻對美國軍方及其盟友有益。

北斗系統

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,是繼美國GPS全球定位;系統和俄國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,並具有短報文通信能力,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IOOns。

中國這個要逐步擴展為全球衛星導航系統的北斗導航系統(COMPASS)，將主要用於國家經濟建設，為中國的交通運輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災害預報、通信、公安以及其他特殊行業提供高效的導航定位服務。建設中的中國北斗導航系統(COMPASS)空間段計畫由五顆靜止軌道衛星和三十顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。北斗衛星將逐步擴展為全球衛星導航系。中國將陸續發射系列北斗導航衛星，逐步擴展為全球衛星導航系統。

2003年5月25日，我國成功地將第三顆“北斗一號”導航定位衛星送入太空。前兩顆“北斗一號”衛星分別於2000年10月31日和12月21日發射升空，第三顆發射的是導航定位系統的備份星，它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛星導航定位系統，確保全天候、全天時提供衛星導航信息。這標誌著我國成為繼美國全球衛星定位系統(GPS)和前蘇聯的全球導航衛星系統(GLONASS)後，在世界上第三個建立了完善的衛星導航系統的國家，

我國的“北斗一號”衛星導航系統是一種“雙星快速定位系統”。突出特點是構成系統的空間衛星數目少、用戶終端設備簡單、一切複雜性均集中於地面中心處理站。“北斗一號”衛星定位系統是利用地球同步衛星為用戶提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務的一種全天候、區域性的衛星定位系統。

GLONASS

“格洛納斯”GLONASS是前蘇聯從80年代初開始建設的與美國GPS系統相類似的衛星定位系統，覆蓋範圍包括全部地球表面和近地空間，也由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成。雖然“格洛納斯”系統的第一顆衛星早在1982年就已發射成功，但受蘇聯解體影響，整個系統發展緩慢。直到1995年，俄羅斯耗資30多億美元，才完成了GLONASS導航衛星星座的組網工作。此衛星網路由俄羅斯國防部控制。

GLONASS系統由24顆衛星組成，原理和方案都與GPS類似，不過，其24顆衛星分布在3個軌道平面上，這3個軌道平面兩兩相隔120°，同平面內的衛星之間相隔45°。每顆衛星都在19100千米高、64.8°傾角的軌道上運行，軌道周期為11小時15分鐘。地面控制部分全部都在俄羅斯領土境內。俄羅斯自稱，多功能的GLONASS系統定位精度可達1米，速度誤差僅為15厘米/秒。如果需要，該系統還可用來為精確打擊武器制導。

俄羅斯對GLONASS系統採用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優於加SA的GPS。不過，GLONASS套用普及情況則遠不及GPS，這主要是俄羅斯並沒有開發民用市場。另外，GLONASS衛星平均在軌壽命較短，由於俄羅斯航天局經費困難，無力補網，導致軌道衛星不能獨立組網，只能與GPS聯合使用。致使實用精度大大下降。

2003年的伊拉克戰爭對俄羅斯產生了相當大的震動，迫使俄羅斯領導層再次對太空的軍事用途重視起來。普京總統曾強調，出於國家安全戰略的考慮，俄羅斯應該使用本國的“格魯納斯”系統，而非美國的GPS或者是歐洲的“伽利略”導航系統。俄羅斯正在著手GLONASS系統的現代化改進工作，新一代“GLONASS-M”型導航衛星已陸續投入發射，開始使用。

日前俄羅斯官方宣布，從2007年起，俄全球衛星導航系統“格洛納斯”將全面啟動民用商業服務計畫，“格洛納斯”系統為俄羅斯公民提供不限制精度的導航定位服務，將有助於促進民用衛星導航市場的發展。為“格洛納斯”帶來新的生機，軍轉民計畫有望使GLONASS獲得新的生機。

2015年，“格洛納斯”系統實際在軌衛星達17顆，到2007年底，“格洛納斯”系統將覆蓋整個俄羅斯，屆時該系統衛星總數將增加到18顆；而到2009年末，該系統衛星總數將增加到24顆，真正實現全球定位導航。屆時，GLONASS系統將具備與美國GPS系統相抗衡的實力。

Galileo系統總投資達35億歐元的伽利略計畫是歐洲自主的、獨立的民用全球衛星導航系統，提供高精度，高可靠性的定位服務，實現完全非軍方控制、管理，可以進行覆蓋全球的導航和定位功能。

歐盟發展“伽利略”衛星定位系統可以減少歐洲對美國軍事和技術的依賴，打破美國對衛星導航市場的壟斷。法國總統席哈克曾表示，沒有“伽利略”計畫，歐洲“將不可避免地成為附庸，首先是科學和技術，其次是工業和經濟”。

Galileo系統

多層次、多方位的導航定位服務特點,使得它的性能比GPS系統更為先進、高效和可靠;它保障了全球完整性的監控、航空和航海的安全以及服務的不間斷,特別是提供了公開、生命安全、商業、官方控制和搜救服務,極大地滿足了全球各類用戶的需求。預計其套用市場和效益十分巨大。

“伽利略”計畫是一種中高度圓軌道衛星定位方案。“伽利略”衛星導航定位系統的建立將於2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發射30顆衛星，其中27顆衛星為工作衛星，3顆為候補衛星。衛星高度為24126公里，位於3個傾角為56度的軌道平面內。該系統除了30顆中高度圓軌道衛星外，還有2個地面控制中心。

歐盟伽利略計畫的首顆衛星在2005年12月28日升空，第二顆衛星預計在2015年發射。由於伽利略計畫採用歐盟公共機構和聯盟內私營企業合營的方式，而各國私營企業遲遲未就權利和利益分配達成妥協。歐盟相關發言人承認，由於上述問題的存在，伽利略系統實現商業運行的時間已經被推遲到了2011年甚至更晚。

作為一個大型戰略性國際合作項目，伽利略計畫的實施進展關乎多方利益。到目前為止，歐盟已經與中國、以色列、美國、烏克蘭、印度、摩洛哥和韓國分別簽署了合作開發協定，並正在與阿根廷、巴西、墨西哥、挪威、智利、馬來西亞、加拿大以及澳大利亞等國進行合作談判。中國是最早與歐盟簽訂伽利略計畫合作協定的非歐盟國家，承諾的投資總額達2億歐元。可以說，作為歐盟日益重要的全球合作夥伴之一，中國參與伽利略計畫是中歐雙方共同的經濟和戰略利益需要。

與美國的“全球定位系統”(GPS)相比，建成後的伽利略系統將具備至少3方面優勢：首先，其覆蓋面積將是GPS系統的兩倍，可為更廣泛的人群提供服務；其次，其地面定位誤差不超過1米，精確度要比GPS高5倍以上，用專家的話說，“GPS只能找到街道，而伽利略系統則能找到車庫門”；第三，伽利略系統使用多種頻段工作，在民用領域比GPS更經濟、更透明、更開放。伽利略計畫一旦實現，不僅可以極大地方便歐洲人的生活，還將為歐洲的工業和商業帶來可觀的經濟效益。更重要的是，歐洲將從此擁有自己的全球衛星定位系統，這不僅有助於打破美國GPS系統的壟斷地位，在全球高科技競爭浪潮中奪取有利位置，更可以為建設夢想已久的歐洲獨立防務創造條件。