衛(wèi)星定位系統(tǒng)對比： GPS、GLONASS和伽利略

全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)主要有兩大系統(tǒng)：一是美國的GPS系統(tǒng)，二是俄羅斯的“GLONASS”系統(tǒng)。近年來，歐洲也提出了有自己特色的“伽利略”全球衛(wèi)星定位計劃。因而，未來密布在太空的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將形成美、俄、歐操縱的GPS、“GLONASS”、“伽利略”三大系統(tǒng)“競風流”的局面。

    GPS獨占鰲頭
    全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，通常簡稱GPS）是一個中距離圓型軌道衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。系統(tǒng)由美國國防部研制和維護，可滿足位于全球任何地方或近地空間的**用戶連續(xù)**的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星；地面上的1個主控站、3個數(shù)據(jù)注入站和5個監(jiān)測站及作為用戶端的GPS接收機。*少只需其中4顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能收聯(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越**。

    GPS用戶數(shù)量不受限制。其所發(fā)射的信號編碼有精碼與粗碼。精碼保密，主要提供給本國和盟國的**用戶使用；粗碼提供給本國民用和全世界使用。精碼給出的定位信息比粗碼的精度高。GPS系統(tǒng)能夠連續(xù)、適時、隱蔽地定位，一次定位時間僅幾秒到十幾秒，用戶不發(fā)射任何電磁信號，只要接受衛(wèi)星導航信號即可定位，所以可全天候晝夜作業(yè)，隱蔽性好，見圖。

 
    位于軌道中的GPS衛(wèi)星，圖片來自NASA

    GLONASS不甘落后
    俄羅斯GLONASS系統(tǒng)GLONASS系統(tǒng)由衛(wèi)星、地面測控站和用戶設備三部分組成，系統(tǒng)由21顆工作星和3 顆備份星組成，分布于3 個軌道平面上，每個軌道面有8 顆衛(wèi)星，軌道高度1萬9000公里，運行周期11小時15分。

    在技術方面，GLONASS與GPS有許多不同之處。一是衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。GPS的衛(wèi)星信號采用碼分多址體制，每顆衛(wèi)星的信號頻率和調(diào)制方式相同，不同衛(wèi)星的信號靠不同的偽碼區(qū)分。而GLONASS采用頻分多址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機碼相同。由于衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率不同，GLONASS可以防止整個衛(wèi)星導航系統(tǒng)同時被敵方干擾，因而，具有更強的抗干擾能力。二是坐標系不同。GPS使用世界大地坐標系（WGS-84），而GLONASS使用前蘇聯(lián)地心坐標系（PE-90）。三是時間標準不同。GPS系統(tǒng)時與世界協(xié)調(diào)時相關聯(lián)，而GLONASS則與莫斯科標準時相關聯(lián)。

    GLONASS系統(tǒng)于20世紀70年代開始研制，1982年發(fā)射首顆衛(wèi)星入軌。但由于航天撥款不足，該系統(tǒng)部分衛(wèi)星一度老化，*嚴重曾只剩6顆衛(wèi)星運行， 2003年12月，由俄國應用力學科研生產(chǎn)聯(lián)合公司研制的新一代衛(wèi)星交付聯(lián)邦航天局和國防部試用，為2008年**更新Glonass系統(tǒng)作準備。2004年，印度和俄羅斯簽署了《關于和平利用俄全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的長期合作協(xié)議》，正式加入了GLONASS系統(tǒng)，計劃聯(lián)合發(fā)射18顆導航衛(wèi)星。2006年12月25日，俄羅斯用質(zhì)子-K運載火箭發(fā)射了3顆格洛納斯-M衛(wèi)星，使格洛納斯系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量達到17顆。

    預計到2012年GLONASS全球導航系統(tǒng)衛(wèi)星的數(shù)量將增加到30顆，實現(xiàn)全球定位導航，屆時其衛(wèi)星導航范圍可覆蓋整個地球表面和近地空間，定位精度將達到1米左右。部署完備的系統(tǒng)將在國防建設、航空航天、交通運輸、地質(zhì)勘探、災害救援等領域得到廣泛應用。

    “伽利略”后來居上
    伽利略計劃是歐盟2002年正式批準的一項戰(zhàn)略科研項目，目標是建成一個覆蓋全球的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以打破美國擁有的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的壟斷地位。根據(jù)伽利略計劃，歐盟將在2013年年底前發(fā)射30顆衛(wèi)星，提供誤差不到1米的**全球定位服務。

    按照規(guī)劃，“伽利略”計劃將耗資約27億美元，星座由30顆衛(wèi)星組成。衛(wèi)星采用中等地球軌道，均勻地分布在高度約為2.3萬公里的3個軌道面上，星座包括27顆工作星，另加3顆備份衛(wèi)星。系統(tǒng)的典型功能是信號中繼，即向用戶接收機的數(shù)據(jù)傳輸可以通過一種特殊的聯(lián)系方式或其他系統(tǒng)的中繼來實現(xiàn)，例如通過移動通信網(wǎng)來實現(xiàn)。“伽利略”接收機不僅可以接受本系統(tǒng)信號，而且可以接受GPS、GLONASS這兩大系統(tǒng)的信號，并且具有導航功能與移動電話功能相結合、與其他導航系統(tǒng)相結合的優(yōu)越性能。

   “伽利略”系統(tǒng)確定地面位置或近地空間位置要比GPS**10倍。其水平定位精度優(yōu)于10米，時間信號精度達到100納秒。必要時，免費使用的信號**度可達6米，如與GPS合作甚至能**至4米。