基本信息
簡介
全球四大衛星定位系統全球導航衛星系統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。 GPS套用:精細農業、科學研究(野外生物學、氣象學、地球科學)、環境監測、突發事件和災害評估、安全保障、天體與建築工程和自然資源分析的定位。衛星導航系統為人類帶來了巨大的社會和經濟效益，迄今，比較完善的衛星導航系統已經有美國GPS和俄羅斯GLONASS系統,歐洲計畫推出自己的衛星導航系統Galileo。
估計到2020年前美國GPS、俄 羅 斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國北斗衛星導航系統4大GNSS系統將建成或完成現代化改造 。
主要套用
全球衛星導航系統衛星導航的套用是建立導航衛星系統的根本出發點，也是其最終的歸宿。通常衛星導航的套用市場可以分為三大方面，是專業市場、批量市場和安防市場。全球衛星導航系統,從套用的角度可分成以下10類加以簡述，這就是：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，以及其它類:
1. 航空 歐盟的Galileo便是新建的全球導航星座，它與GPS配合起來，可以大大提高導航衛星的可用性，使單一的GPS市區可用性從55%提高到GPS/Galileo共用時的95%。GPS技術建立廣域增強系統(WAAS)逐步代替原先的微波著陸/儀表著陸系統，美國的WAAS系統計畫在2003年下半年運營，地面改正數據可以通過靜地衛星轉發給飛機。
2. 航海 衛星導航接收機廣泛地用於海上行駛的各類船隻，DGPS則廣泛地用於沿岸與進港，以及內河行駛的船隻，精度可達到2-3m。在衛星導航接收機與無線通信手段集成後，該系統便成為一個位置報告系統和緊急救援系統。許多漁船將GPS與雷達和魚探器結合在一起，產生明顯的經濟效益。
3. 通信與導航的融合 衛星導航接收機與無線電通信機的結合是自然發生的，這種融合產生的意義是非常深遠的。實際上，這是移動計算機(PDA)、蜂窩電話和GPS接收機的系統集成和完美整合。
4. 人員跟蹤 個人跟蹤的套用需求與E911這類導航手機或稱定位手機思路相似，但其產品類型和主要功能定位則與它們大相逕庭。首先要求其體積和功耗要小，便於隱藏或佩帶，如手錶之類。其套用功能可以由中心加以激活或啟動，以利於獲取佩帶者所在位置。
5. 消費娛樂 徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶外活動者常套用袋式GPS定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉間、山野或無人區內找到自己的目的地。
6. 測繪 GPS測繪還可用於繪圖、地藉測量、地球板塊測量、火山活動監測、GIS領域、大橋監測、水壩監測、滑坡監測、大型建築物監測等。這種測量技術的實時動態化(RTK)可以用於海洋河道公路測量，以及礦山、大型工程建設工地等作為自動化管理和機械控制。
7. 授時 GPS設備還用於作為時間同步裝置，特別是作為交易處理定時(如在ATM機中)和通信網路中套用。
8. 車輛監控管理
9. 汽車導航與信息服務 10. 其它
全球四大衛星定位系統
GPS系統（美國）
1.GPS系統（美國）
2. 北斗系統（中國）
3.GLONASS系統（俄羅斯）
4.伽利略衛星導航系統（歐盟）
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。
GPS系統的開發背景 20世紀70年代，隨著美蘇軍備競賽的升級。美國國防部不惜斥資120億美元研製軍用定位系統。
1.GPS系統的開發背景 20世紀70年代，隨著美蘇軍備競賽的升級。美國國防部不惜斥資120億美元研製軍用定位系統。
2.GPS系統概述 GPS系統由空間部分、地面測控部分和用戶設備三部分組成。
（1）空間部分
GPS的空間部分是由24顆衛星組成其中21顆工作衛星,3顆備用衛星。它位於距地表ZOZOOkm的上空,運行周期為12h。衛星均勻分布在6個軌道面上,軌澎頃角為55°。衛星的分布使得在全球任何地東任何時間都可觀測到4顆以上的衛星,並能在衛星中預存導航信息,GPS的衛星因為大氣摩擦等問題,隨著時間的推移,導航精度會逐漸降低。
（2）控制部分
地面控制系統由監測站、主控制站、地面天線所組成,主控制站位於美國科羅拉多州春田市。地面控制站負責收集由衛星傳回的訊息,並計算衛星星曆、相對距離,大氣校正等數據。
（3）用戶部分 GPS用戶部分包括GPS接收機和用戶團體。
2．GPS定位服務 聯邦無線電導航計畫中規定的GPS定位服務包括精密定位服務（PPS）和標準定位服務（SPS）。
（1）PPS 授權的精密定位系統用戶需要密碼設備和特殊的接收機，包括美國軍隊、某些政府機構以及批准的民用用戶。
（2）SPS 對於普通民用用戶，美國政府對於定位精度實施控制，僅提供SPS服務。SPS服務可供全世界用戶免費、無限制地使用。
3．GPS設備成本 GPS接收機的價格差異很大，一般取決於接收機的功能。小型民用SPS接收機的價格不足200美元。
GPS發展歷程
GPS的發展大約經歷了幾個階段：
全球衛星導航系統第一階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年，共發射了4顆試驗衛星。研製了地面接收機及建立地面跟蹤網。
第二階段為全面研製和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續發射了7顆試驗衛星，研製了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。
第三階段為實用組網階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，表明GPS系統進入工程建設階段。1993年底實用的GPS網即(21+3)GPS星座已經建成，今後將根據計畫更換失效的衛星。
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。
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。
北斗衛星導航系統的建設與發展,以套用推廣和產業發展為根本目標,建設過程中主要遵循以下原則:
1、開放性：北斗衛星導航系統的建設、發展和套用將對全世界開放,為全球用戶提供高質量的免費服務,積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作,促進各衛星導航系統間的兼容與互操作,推動衛星導航技術與產業的發展。
2、自主性：中國將自主建設和運行北斗衛星導航系統,北斗衛星導航系統可獨立為全球用戶提供服務。
3、兼容性：在全球衛星導航系統國際委員會和國際電聯框架下,使北斗衛星導航系統與世界各巨星導航系統實現兼容與互操作,使所有用戶都能享受到衛星導航發展的成就。
4、漸進性：中國將積極穩妥地推進北斗衛星導航系統的建設與發展,不斷完善服務質量,並實現各階段的無縫銜接。
系統的主要功能是：
北斗系統1、快速定位：快速確定用戶所在地的地理位置，向用戶及主管部門提供導航信息。
2、簡短通訊：用戶與用戶、用戶與中心控制系統間均可實現雙向短數字報文通信。
3、精密授時：中心控制系統定時播發授時信息，為定時用戶提供時延修正值。
“北斗一號”的覆蓋範圍是北緯5°一55°，東經70°一140°之間的心臟地區，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米，設立標校站之後為20米(類似差分狀態)。工作頻率：2491.75MHz。系統能容納的用戶數為每小時540000戶。
2007年2月3日零時28分，我國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將北斗導航試驗衛星送入太空。這是我國發射的第四顆北斗導航試驗衛星，從而拉開了建設“北斗二號”衛星導航系統的序幕。2007年4月14日，我國又將成功將第五顆“北斗”導航衛星送入太空。
“北斗”導航衛星系統是世界上第一個區域性衛星導航系統，可全天候、全天時提供衛星導航信息。與其它全球性的導航系統相比，它能夠在很快的時間內建成，用較少的經費建成並集中服務於核心區域，是十分符合我國國情的一個衛星導航系統。 “北斗”導航定位衛星工程投資少，周期短；將導航定位、雙向數據通信、精密授時結合在一起，因而有獨特的優越性。
“北斗”衛星導航系統除了在我國國家安全領域發揮重大作用外，還將服務於國家經濟建設，提供監控救援、信息採集、精確授時和導航通訊等服務。可廣泛套用於船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業、漁業生產、水文測報、森林防火、環境監測等眾多行業。
北斗衛星導航系統是中國自主建設、獨立運行，並與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統，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的定位、導航、授時服務，併兼短報文通信能力。
北斗衛星導航系統正按照“三步走”的發展戰略穩步推進。第一步，2000年建成北斗衛星導航試驗系統，使中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。第二步，建設北斗衛星導航系統，2012年左右形成覆蓋亞太大部分地區的服務能力。第三步，2020年左右，北斗衛星導航系統將形成全球覆蓋能力。
GLONASS系統（“格洛納斯”系統）
“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。
系統簡介
1．GLONASS系統概述 1982年，俄羅斯衛星導航系統GLONASS的第一顆衛星升空，從此開始套用於測量與導航領域。
2．GLONASS定位技術 GLONASS的定位技術與GPS相同，即以精確的定時和衛星量程計算為基準來進行。
3．GPS與GLONASS系統比較 GPS和GLONASS系統有很多相似之處，但很明顯GLONASS努力採用較少的衛星數量。
Galileo系統（“伽利略”系統）
Galileo系統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”。它是第一個民用的全球衛星導航定位系統,其配置、頻率分布、信號設計、安全保障及其
“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。
Galileo系統的提出 1999年6月召開的歐洲交通運輸部長會議通過了撥款3700萬歐元完成被稱為Galileo的新一代衛星導航系統。2008年投入運營。
1.Galileo系統的提出 1999年6月召開的歐洲交通運輸部長會議通過了撥款3700萬歐元完成被稱為Galileo的新一代衛星導航系統。2008年投入運營。
2.Galileo系統的選擇與挑戰 如何開發Galileo系統最終將在2000年下半年的歐洲交通運輸部長會議上作出決定。
3.Galileo系統的性能 Galileo系統提供3種等級的性能： ·全球·地區·局域。
4.Gaiaieo系統的業務類型 系統還定義了3種類型的業務： ·開放接入業務（OAS）。·一類控制接入業務（CAS1）·二類控制接入業務（CAS 2）。
5．Galileo系統的體系結構 Galileo系統的星座可由9顆靜止衛星與21顆中軌道（MEO）衛星或者完全由30顆MEO 衛星組成。
6.Galileo系統與GPS和GLONASS的兼容性 射頻兼容性對於實現三個系統的互操作至關重要：系統不能相互干擾或降低接收機的性能。
作為全球衛星導航定位系統,Gialleo的套用範圍非常廣泛,涉及到大地測量和地球動力學服務,以及運輸、鐵路、航空、農業、海事、工程建設、能源等領域。
其它系統
除了上述4大全球系統 外，還包括區域系統和增強系統，其中區域系統有日本的QZSS和印度的IRNSS，增強系統有美國的WASS、日本的MSAS、歐盟的EGNOS、印度的GAGAN以及尼日尼亞的NIG-COMSAT-1等。
