1.引言
李宝健
卫星导航是借助在预定空间轨道上运行的人造卫星而进行的一种导航技术。在卫星导航中，用户通过测定其相对于卫星的位置可以确定自己在地球上的位置。 卫星导航的空间部分是导航卫星，它装有专用无线电导航设备。有数颗导航卫星构成导航卫星网（也称导航星座），具有全球和金地空间的立体覆盖能力。因此导航卫星能实现全球无线电导航，导航卫星在空间作有规律的运动，它的轨道位置每时每刻都可精确预报。用户接收卫星播发的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星播发的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理坐标和速度矢量。 GNSS(Global Navigation Satellite System)泛指全球导航卫星系统，它包括利用GPS、GLONASS和GALILEO全球卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时提供卫星的完备性检验信息(Integrity Checking)和足够的导航安全性告警信息。全球导航卫星 系统是20世纪60年代中期发展起来的一种新型导航系统，到90年代，进入全运行和盛行时期，应用已扩展至经济和军事的各个领域。由于卫星导航系统在国防建设、国民经济建设上起着重要的作用，为打破美国一国垄断全球卫星导航定位的局面，许多国家都在努力建设自己的卫星导航系统。目前除了美国GPS卫星定位系统外，还有俄罗斯的GLONASS系统，欧盟正在建设的GALILEO系统。中国建成了北斗一代，这些系统在建设及发展过程中，相互学习，又不断竞争，促进了卫星导航定位系统的发展。
什么是辩证法
2.全球卫星导航系统
1)GPS系统
GPS全球定位系统的空间星座由24颗工作卫星构成（Block II，其中3颗为备用卫星）。24颗工作卫星部署在6个轨道平面中，每个轨道平面升交点的赤经相隔60°，轨道平面相对地球赤道面的倾角为55°，每根轨道上均匀分布4颗卫星，相邻轨道之间的卫星要彼此叉开30°，以保证全球均匀覆盖的要求。GPS卫星轨道平均高度约为20200km，运行周期为11h58min。卫星采用码分多址（CDMA）技术在两个频率上播发测距码和导航数据，即L1（1557.42 MHz）和L2（1227.6 MHz）。卫星使用的测距码有两种，即C/A码和P码，C/A
码用于分址、搜捕卫星信号和粗测距，是具有一定抗干扰能力的明码，提供给民用；而P码用做精测距、抗干扰及保密，是专为军方使用的。
近年来，美国对于GPS推行现代化建设。为满足军事要求，将增加新的军用M码，M码有更好的抗破译功能。并有直捕功能，可快速初始化。另外增加L2上发射功率，以增强抗干扰能力。在民用上，2000年5月停止SA的播发，在L2上增加CA码，可用于电离层改正，增加L5民用频率(1176.45 MHz) ，以提高民用导航定位精度和安全。GPS现代化将通过三个阶段完成：
第一阶段：发射12颗改进型的GPS Block II R型卫星，其新增加功能是在L2上加载CA码；在L1和L2上播发P(Y)码，同时在这两个频率上还试验性的同时加载新的M军码； 增大Block II R卫星的发射功率，增强可靠性。
钨精矿第二阶段：将发射6颗GPS Block II F星。除Block II R型卫星的功能外，进一步强化M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。第一颗卫星发射于2005年。2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗II F型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以IIF卫星运行，共计24+3颗。
第三阶段：发射GPS Block III型星。2006年前完成设计工作。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPS III型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险；计划在2008年发射GPS III的第一颗实验卫星。用近20年的时间完成GPS III计划，取代目前的GPS II。GPS III布设后，在天空运行的卫星多达30颗。
2)GLONASS系统
GLONASS卫星导航定位系统是在七十年代美苏两霸冷战竞争时代开始研制的，经过20多年努力，于1995年建成。GLONASS系统空中有24颗卫星，分布在3个轨道平面上，卫星钟寿命3～5年，采用频分多址技术，也是军民两用系统，受俄罗斯国防部控制。由于苏联解体，俄罗斯经济困难，致使GLONASS系统维护受到影响，一度空中只有5、6颗卫星，目前也只有12颗，不能满足全天候、全球定位要求。2001年8月，俄罗斯沈阳市装备制造工程学校经济有所恢复，联邦政府批准俄罗斯航空航天局局长柯普捷夫提交的2002-2011年俄罗斯联邦专项计划，全面恢复GLONASS系统并使之现代化和进一步发展长远规划。该计划分二步：
第一步：用4年时间实现现代化计划，现代化的内容有：在2002～2004年发射GLONASS-M卫星。新型卫星设计寿命为7～8年，将具有更好的讯号特性。改进一些地面测控站设施，
民用频率将由1个增加到2个，使得位置精度提高到10～15m，定时精度提高到20～30ns，速度精度达到0.01m/s。
第二步：将要研制第三代GLONASS-K卫星，确保卫星工作寿命在12年以上，进一步提高系统的精度和可靠性，系统指标要达到：定位误差5m，差分修正后达0.3～1．0m，速度确定误差1cm/s，时间误差10ns。
3)GALILEO系统
GALILEO计划是由欧盟发起，欧盟和欧空局(ESA)共同负责的民用卫星导航服务计划，旨在建立一个民用全球卫星导航服务系统。该系统可提供高精度、高可靠性的定位服务，并且能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现兼容。1998年欧共体提出要建立GALILEO导航定位系统直到2002年3月26日欧盟理事会正式通过，计划2005年发射试验卫星，2010年建成，计划耗资34．5亿欧元，GALIEO卫星共有30颗分布在3个轨道平面上，卫星寿命15年(采用铷钟和氢钟)，该系统是纯民用系统，受欧盟和欧洲空间局控制。
GALILEO导航建设背景是由于GPS受美国国防部控制，对民用用户没有完好性承诺，为提
高卫星定完好性、可用性和精度，保证民用用户使用的可靠性，欧盟要建立纯民用系统。另加，卫星定位有广阔民用市场，为促进欧洲经济发展，提高欧洲在航空工业的国际地位，欧盟决定要建GALILEO系统。其特点为全天候、全球无缝覆盖，独立于美国，受欧洲控制的民用卫星导航定位系统，定位精度高于其它导航星座，导航定位服务多样性，具有地面与卫星通信能力，提供救援和搜索服务，系统开放性，系统管理民间性。南京建设工程信息网
1999年欧洲委员会的报告对伽利略系统提出了两种星座选择方案，其一是21+6方案：即21颗中高轨道(MEO)卫星加6颗地球同步轨道(GEO)卫星。这种方案能基本满足欧洲的需求，但还要与美国GPS系统和本地的差分增强系统相结合。其二是36+9方案：即36颗中高轨道卫星和9颗地球同步轨道卫星或只采用36颗MEO卫星。这一方案可在不依赖GPS系统的条件下满足欧洲的全部需求。该系统的地面部分将由正在实施的欧洲监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。为了降低全系统的投资，上述两个方案最终都没有采用，最终方案是：系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。每次发射将会把5或6颗卫星同时送入轨道。
4)北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美国GPS和GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗的发展过程如下：
1994年至2002年是我国自主的北斗一号卫星导航系统的攻关研制时期，2000年发射两颗试验卫星，整个系统于2002年进入试运行阶段，2003年正式开通运行，之后又发射了两颗备份卫星，目前在轨卫星总数4颗。北斗一号卫星导航系统具有三个主要特点：
lc滤波器区域覆盖。采用静止轨道卫星，覆盖区域包括我国领土及周边地区；
采用有源定位导航体制。用户终端需要发射入站(返程)信号，具有定位、授时功能，但不具备测速功能；
具有短信报文通信功能。
北斗一号为演示示范阶段。计划2010年完成区域导航系统建设(北斗二号一期)，由约12颗卫星组成，覆盖亚太地区，目前已发射两颗卫星。2015～2020年完成全球导航系统建设(北斗二号二期)，由约35颗卫星组成。北斗二号卫星导航系统将具有以下特点：
由区域覆盖(亚太地区)逐渐转向全球覆盖；
采用类似于GPS、GALILEO系统的无源定位导航体制。将发射4个频点的导航信号；
系统GEO卫星发射北斗二号、GPS、GALILEO广域差分信息和完好性信息，差分定位精度可达lm；
继承北斗一代系统的短信报文通信功能，并将扩充通信容量。
北斗二号导航系统建成后，将可以提供与GPS、GALILEO系统相当的导航定位、测速和授时功能，一期系统定位精度10m，授时精度20ns，并仍保持短信报文通信的独特优势。系统建设遵循开放性、独立性、兼容性、渐进性的原则。北斗二号导航系统是一个军民两用系统，对民用开放，国家将在适当时机公布民用信号ICD文件。系统设计充分考虑了与国外GPS、GLONASS、GALILEO系统的兼容性和互操作性，鼓励国际合作与全球推广应用。
兼容互操作包括系统体制、信号频率兼容性与互干扰特性等方面考虑，北斗二号系统导航电文还将包含与GPS、GLONASS、GALILEO等系统的坐标系统、时间系统转换参数。
3.卫星导航系统发展趋势：
卫星导航技术就是一种天基的无线电导航定位与时间传递的技术。卫星导航技术日趋成熟化，已成为现代高技术战争中不可缺少的及时获取高精度导航信息的空间基础设施，可实现全球、全天候、高精度导航。
1)国外卫星导航技术的发展趋势
从卫星导航技术出现到现在已有40多年，技术发展迅速，功能日趋强大，应用范围逐渐扩展，从最初的陆、海、空军事高技术应用领域走向了现在生活中的每一个角落；从最初的“单星、低轨(900～2 700km)、低频测速”到现在的“多星、中高轨(10 000～36 000 km)、多轨、高频测速”；从最初的“不连续实时”导航到现在的“连续实时”导航等。从现在发展趋势看，卫星导航技术主要发展方向如下：
微型化
美国于1995年就提出了纳米卫星的概念。其他国家也相继开始研制。微型化的导航卫星比麻雀略大，质量不足10 kg，各种部件全部用先进而优质的材料制造(纳米材料)，采用最先进的微机电一体化集成技术整合，具有可重组性和再生性，成本低，质量好，可靠性强。
抗干扰、反欺骗、高精度
由于电子战、电磁战、干扰信号的出现，卫星导航技术在未来的应用中将会受到很大的限制，在军用中尤为明显。如在2003年伊拉克战争中，美军在对伊拉克的打击中使用的大部分是精确制导武器，主要有舰射“战斧”Block—III、空射“风暴前兆”和“AGM一8B/C”、“宝石路”制导、联合直接攻击武器(JDAM)和联合防区外武器(JSOW)，这些武器在伊军的有限干扰下，部分GPS制导武器就偏离了预定目标。所以，现代高技术战争的重要特点就是强电子干扰和精确打击，这对卫星导航系统的抗干扰技术和精度提出了更高的要求。
复合性
复合性也就是几种导航系统的组合、组网等，这也是提高卫星导航精度的有效途径之一，
同时可以大大扩展其使用范围，延长使用时间等。如果成功组网，可用于导航定位的卫星总数将增加1倍。在地平线以上的可见卫星数纯GPS时，一般为7—11颗；GPS+GLONASS系统则可达到14—20颗。在山区或城市中，有时因障碍物遮挡，纯GPS可能无法工作，GPS+GLONASS则可以工作。所以说GPS+GLONASS增加了同步可视卫星数，实现系统完整性监测，提高导航定位的精度和可靠性。
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