GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述之令狐文艳创作

GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述

一、

令狐文艳

二、基本介绍

➢GPS

数量：由２４颗卫星组成。

轨道：高度约２０２００公里，分布在６条交点互隔６０度的轨道面上。

精度：约为１０米。

用途：军民两用。

进展：１９９３年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射２０颗。

➢GLONASS

数量：２４颗卫星组成；

精度：１０米左右；

用途：军民两用；

进展：目前已有１７颗卫星在轨运行，计划２００８年全部部署到位。

➢GALILEO

数量：３０颗中高度圆轨道卫星组成，２７颗为工作卫星，３颗为候补；

轨道：高度为２４１２６公里，位于３个倾角为５６度的轨道平面内；

精度：最高精度小于１米；

用途：主要为民用；

进展：２００５年１２月２８日首颗实验卫星已成功发射，预计２００８年前可开通定位服务。

➢BDS

数量：３颗卫星组成，２颗为工作卫星，１颗为备用卫星；

用途：军民两用；

进展：前两颗分别于２０００年和２００３年发射成功。

二、系统组成

❖空间部分

➢GPS：GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；

3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低➢GLONASS：GLONASS系统采用中高轨道的24颗卫星星座，有21颗工作星和3颗备份星，均匀分布在3个圆形轨道平面上，每轨道面有8颗，轨道高度H=19000km，运行周期T=11h15min，倾角i=64.8°。

➢GALILEO：如下图所示，30颗中轨道卫星（MEO）组成

Galileo的空间卫星星座。卫星均匀地分布在高度约为23616km的3个轨道面上，每个轨道上有10颗，其中包括一颗备用卫星，轨道倾角为56°，卫星绕地球一周约14h22min，这样的布设可以满足全球无缝隙导航定位。卫星的设计寿命为20年，每颗卫星都将搭载导航载荷和一台搜救转发器。卫星发射采用一箭多星的发射方式，每次发射可以把5颗或6颗卫星同时送入轨道。可以满足发射任务的运载火箭有Ariane-5、Soyue等。

➢BDS：由3颗地球静止轨道卫星组成，两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空，另有一颗位于东经110.5°的备份卫星，可在某工作卫星失效时予以接替。

❖地面部分

➢GPS：地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入采取每颗GPS 卫星每天一次的方式,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

➢GLONASS：GLONASS星座的运行通过地面基站控制体系（GCS）完成，该体系包括：一个系统控制中心（Golitsyno-2, 莫斯科地区）和几个分布于俄罗斯大部地区的指挥跟踪台站（CTS）。这些台站主要用来跟踪GLONASS卫星，接收卫星信号和遥测数据。然后由SCC处理这些信息以确定卫星时钟和轨道姿态，并及时更新每个卫星的导航信息，这些更新信息再通过跟踪台站CTS传到各个卫星。

➢GALILEO：地面控制部分的两大功能包括导航控制与星座维护以及完好性监控。地面控制部分的构成如下：

（1）两个控制中心（GCC）。两个控制中心是地面控制部分的核心，分别位于法国和意大利。GCC的功能是：控制星座，保证卫星原子钟的同步，完好性信号的处理，监控卫星及由它们提供的服务，还有内部及外部数据的处理。GCC由轨道同步与处理设施（OSPF），精确授时设施（PTF），完好性处理设施（IPF），任务控制设施（MCF），卫星控制设施（SCF），服务产品设施（SPF）设施组成。

（2）GALILEO上行链路站（GUS）。往返于卫星的数据将通过GALILEO上行链路站的全球网络来传输，其中每个GUS都综合了一个TT&C站和一个任务上行站（MUS）。TT&C站上行链路通过S波段发射，MUS通过C波段发射。

（3）GALILEO监测站（GSS）网络。分布在全球范围的GSS网络接收卫星导航信息（SIS），并且检测卫星导航信号

的质量，以及气象和其他所要求的环境信息。这些站收到的信息将通过GALILEO通信网（GCN）中继传输至两个GCC。完好性信息是GALILEO与其他GNSS系统的主要区别。

（4）GALILEO全球通信网络。利用地面和VSAT卫星链路，把所有地面站和地面设施连接起来。

➢BDS：由中心控制系统和标校系统组成。中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等。标校系统可提供距离观测量和校正参数。

❖用户部分

➢GPS：用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积