1 概述

GNSS是全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System）的缩写，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的３维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统[1]。目前，GNSS主要包括：

1.     美国的GPS（全球定位系统）

2.     俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯）

3.     中国的BDS（北斗卫星导航系统）

4.     欧洲的Galileo（伽利略卫星导航系统）

GNSS在实际使用中也泛指所有的卫星导航系统，包括全球系统、区域系统和星基增强系统。图 1展示了已经建成和正在建设的全球卫星系统、区域系统和星基增强系统。

图 1 已经建成和正在建设的全球卫星导航系统、区域系统和星基增强系统[2]

2 GPS

GPS系统的前身为美军研制的子午卫星定位系统。1973年12月美国国防部批准海陆空三军联合研制新的卫星导航系统——NAVSTART/GPS，简称GPS。第一颗可运行的原型卫星于1978年发射。

现今，GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和授时功能，能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。GPS的空间端由向用户端发射无线电信号的卫星星座构成，一开始计划发射24颗GPS卫星，由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，目前逐步增加到31颗。在利用GPS信号进行导航定位时,为了解算测站的三维坐标至少需要同时观测4颗GPS卫星。GPS目前共有在轨工作卫星31颗。根据GPS现代化计划，最新的GPS III/IIIF将进一步提供更高的定位精度。GPS III/IIIF 的第一颗卫星与2018年发射，目前该系列有5颗在轨正常运行。

图 2 GPS 目前在轨卫星简介[3]

3 GLONASS

GLONASS是由原苏联国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统，该系统是继GPS后的第二个具备完全运营能力的全球卫星导航系统。项目起步晚于GPS，第一颗GLONASS卫星于1982年10月由苏联发射进入轨道，到1996年正式运行，13年间遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接替部署。

GLONASS的出现打破了美国对于卫星导航定位的垄断地位，不过其民用和商业用户仍然较少。在俄罗斯的不懈努力下，2019年GLONASS－K系列卫星的研发已基本完成。目前GLONASS在轨正常运行的卫星23颗[4]，大部分为GLONASS M型号卫星。由于GLONASS的轨道倾角大于GPS的轨道倾角，所以在高纬度（50°以上）地区的可视性较好。

图 3 GLONASS卫星迭代计划

4 BDS

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，英文简写为BDS）由中国政府建造，免费为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、测速和授时服务。

北斗一号系统（第一代北斗系统）由三颗卫星提供区域定位服务。从2000年开始，该系统主要在中国境内提供导航服务。2012年12月，北斗一号的最后一颗卫星寿命到期，北斗卫星导航试验系统停止运作。2012年11月，第二代北斗系统开始在亚太地区为用户提供区域定位服务。

北斗三号系统空间段由若干地球同步轨道卫星（GEO）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和中圆地球轨道卫星（MEO）三种轨道卫星组成混合导航星座。北斗三号采取3GEO+3IGSO+24MEO的星座构成，卫星与卫星之间具备通信能力，可以在没有地面站支持的情况下自主运行。北斗三号系统由三种不同轨道的卫星组成，包括24颗地球中圆轨道卫星（覆盖全球），3颗倾斜地球同步轨道卫星（覆盖亚太大部分地区）和3颗地球静止轨道卫星（覆盖中国）。北斗三号系统于2020年7月31日开通。

未来，北斗系统将持续提升服务性能，扩展服务功能，保障连续稳定运行，进一步提升全球定位导航授时和区域短报文通信服务能力，并提供星基增强、 地基增强、精密单点定位、全球短报文通信和国际搜救等服务[5]。

图 4 北斗GEO、MEO、IGSO卫星示意图[6]

5 Galileo

伽利略卫星导航系统是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布，并和欧空局共同负责。伽利略计划是欧洲关于最先进的全球卫星导航系统的倡议，在民用控制下提供高度准确、有保障的全球定位服务。目前Galileo共有22颗在轨可用卫星，计划的星座由24颗卫星（Walker 24/3/1）组成，其中包括6颗备用卫星，可移动以替换同一平面内的任何故障卫星，从而减少故障对服务质量的影响。此外，Galileo设计为可与GPS和GLONASS互操作。从这个意义上说，伽利略可增强当前可用GNSS的覆盖范围，并为全球多星座用户提供更加无缝和准确的体验。

参考文献