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现代卫星导航系统的技术特点与发展趋

势

摘要：卫星导航系统是一种全球性的高精度时空基准提供系统，它为人类的

生产生活带来了极大的便利，也为人类的安全、军事、经济等提供了重要保障。

卫星导航系统具有很强的技术应用性，随着北斗系统组网完成，其应用将会更加

广泛。20世纪90年代以来，随着第三代移动通信技术（3G）、数字程控交换技

术、宽带无线局域网技术（WLAN）等不断发展和完善，以及航天技术的进步，卫

星导航已经进入到与互联网、云计算等新兴信息技术融合发展的新阶段。本文在

回顾了卫星导航系统发展历史并对国内外卫星导航系统技术发展进行了分析、研

究和展望的基础上，重点探讨了北斗卫星导航系统、全球导航卫星系统（GNSS）、

智能星基增强系统（ISES）等技术特点与未来发展趋势。

关键词：GPS；北斗；技术特点；发展趋势

一、引言

卫星导航是现代信息技术发展的一个重要方向，在人类社会的诸多领域起到

了无可替代的作用。由于卫星导航具有不受电磁干扰、全天候运行、环境适应性

强等优点，使得其在军事、民用、农业、交通运输、地理测绘以及大众消费等方

面都有着广泛的应用。随着科技的进步，卫星导航技术也在不断发展和完善，除

传统的卫星定位方式外，还出现了一些新型卫星导航系统。全球导航卫星系统

（GlobalNavigationSatelliteSystem），简称GPS，是美国20世纪70年代

中期开始建设的一个全球性卫星导航定位系统。

二、卫星导航系统发展历史

目前，全球公认的卫星导航系统有GPS、GLONASS、Galileo和GALILEO

四大系统，其中GPS系统分别被称为美国的“三大卫星导航系统”，也称GPS

全球卫星导航系统。目前，我国的北斗卫星导航系统已经完成了组网，即将正式

提供服务。GPS-21与GPS-22也将在2017年完成组网。目前，我国已经建立起了

自主可控的卫星导航定位服务体系。

（一）第一代：伽利略系统

伽利略系统（Galileo）是欧盟研制的一种卫星导航系统，由30颗静止轨道

和地球同步轨道卫星组成，为欧洲用户提供定位、时间和速度等基本服务，并能

与其他国家的GPS系统兼容共用。伽利略系统由三颗地球同步轨道卫星和两颗

静止轨道卫星组成，星座结构与美国的GPS相似，但设计寿命仅为6年，仅在

2008年为欧洲提供了首次定位服务。目前伽利略系统仍在建设中，预计未来10

年内将可提供全球服务。

（二）第二代：格洛纳斯系统

格洛纳斯导航系统（GLONASS）由俄罗斯负责建设，于1985年开始运行，提

供全球服务。是继美国全球定位系统（GPS）和欧洲伽利略导航系统（GALILEO）

之后建立的第三个卫星导航系统，也是目前俄罗斯最大的卫星导航系统，目前已

成为俄罗斯国民经济和国防建设的重要组成部分。

（三）第三代：北斗系统

中国第三代卫星导航系统（即北斗卫星导航系统）计划于2013年12月31

日开始，在3年内完成由11颗地球静止轨道卫星、4颗倾斜地球同步轨道卫星和

2颗中圆地球轨道卫星组成的北斗全球卫星导航系统星座部署，以覆盖全球。北

斗系统将为亚太地区提供服务，可提供厘米级的高精度导航定位服务，并具备短

报文通信功能。北斗系统建成后将服务于中国及周边地区，并向亚太地区和国际

用户提供全天候、全天时服务。

（四）第四代：高精度北斗系统

2013年12月北斗二号系统完成全球组网，标志着中国已基本形成以北斗为

核心的卫星导航系统，从“区域导航”迈向“全球导航”。2014年7月31日，

北斗三号首颗卫星发射成功。到2014年年底，已经发射了20颗北斗二号卫星

（5颗地球静止轨道卫星，10颗倾斜地球同步轨道卫星），组网建设工作取得重

大进展。在地面部分建设了超过200座地面站，初步建成覆盖全国的北斗定位服

务网络，为全球用户提供基本的定位、导航和授时服务。从2013年12月开始，

中国在世界上首次实现了对固定和移动目标的实时位置、速度、方向和姿态信息

的获取，为交通运输、海洋渔业等领域提供了应用示范。

三、北斗系统的技术特点

北斗卫星导航系统是我国第一个自主建设和运行的全球卫星导航系统，也是

继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后全球第三个成熟的卫星导航系