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一、世界卫星导航发展概况

目前,世界卫星导航领域建成并提供服务的卫星导航系统,主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和我国的北斗卫星导航系统。美国GPS、俄罗斯GLONASS、我国北斗和欧洲Galileo四大卫星导航系统已提供全球服务,印度Navlc(印度导航星座)和日本QZSS(准天顶系统)两个区域系统也向用户提供区域服务,世界卫星导航新格局基本形成。

美国GPS是世界上最早开发、综合性能最优的导航系统,该系统从 20世纪 70年代开始研制,历时 20年,耗资约 300 亿美元,于 1994年全面建成。当前,GPS系统共有 35 颗卫星在轨,30 颗正常运行,全球覆盖率高达 98%。该系统具备多重优点,能提供全球性、全天时、全天候的高精度服务,系统操作性强,可以提供两个等级的服务以实现军民两用。根据《GPS World》杂志统计,GPS的相关应用已经超过 500 种,预计今后数年市场仍将以超过 25%的年平均增长率发展。该系统在全世界范围内具有较大的影响力和市场占有率,是北斗系统进一步发展的强劲对手。

俄罗斯GLONASS系统于 1976年启动,1995年实现完整星座部署。该系统总计由 30 颗卫星组成,其中 3 颗备用,其余 27 颗均匀分布在 3 个轨道平面。此外,与北斗系统和GPS有所不同的是,GLONASS系统采用军民合用的方式,以不同信号编码区别军用与民用,用户不需要发射电磁信号即可实现定位,隐蔽性好。此外,该系统多采用频分多址(FDMA)方式,区别于GPS每颗卫星频率都不相同的方式,具有较强的抗干扰和生存能力。就目前来说,GLONASS系统的综合性能与应用开发都保持在较高水平,具有明显的竞争优势和潜力。

欧洲伽利略卫星导航系统(Galileo)是世界上第一个基于民用的全球卫星导航系统。为打破欧洲对美国GPS的依赖,欧盟于 1999年首次公布该计划,总投入超过 34 亿欧元。该系统共采用 30 颗同高度卫星,分 3 条轨道,每条轨道有 9 颗卫星正式使用,1 颗备用。因经济因素及成员国之间的分歧,伽利略计划几经推迟,但仍于 2008年开始运营,为欧盟的工业和商业上带来了可观的经济效益,在提升欧盟国际地位的同时,也为将来建设欧洲防务创造了条件。

北斗卫星导航系统(以下简称“北斗系统”)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统。经过多年发展,北斗系统已成为面向全球用户提供全天候、全天时的高精度定位、导航与授时服务的重要新型基础设施。

20 世纪后期,中国开始探索适合中国国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:1994年,中国开始研发独立自主的卫星导航系统,至 2000年年底建成北斗一号系统,采用有源定位体制服务中国,成为世界上第三个拥有卫星导航系统的国家;2012年,建成北斗二号系统,面向亚太地区提供无源定位服务;2020年,北斗三号系统正式建成开通,面向全球提供卫星导航服务,标志着北斗系统“三步走”发展战略圆满完成。

2012年12月,北斗二号系统建成并提供服务,这是北斗系统发展的新起点。2015年3月,首颗北斗三号系统试验卫星发射。2017年11月,完成北斗三号系统首批 2 颗中圆地球轨道卫星在轨部署,北斗系统全球组网按下快进键。2018年12月,完成 19 颗卫星基本星座部署。2020年6月,由 24 颗中圆地球轨道卫星、3 颗地球静止轨道卫星和 3 颗倾斜地球同步轨道卫星组成的完整星座完成部署。2020年7月,北斗三号系统正式开通全球服务,“中国的北斗”真正成为“世界的北斗”。

北斗系统具有以下特点:一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区性能优势更为明显。二是北斗系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是北斗系统创新融合了导航与通信能力,具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。 r6tQPfeYU2ap7D9rHaBNelNb0BCAsGOut9VWyoRMR+Lm6/k1/JUZ7Sp0Xi4JIp+r

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