一文读懂全球卫星导航系统

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全球卫星导航系统（GNSS）是一种利用卫星技术为全球用户提供定位、导航和定时服务的系统。GNSS系统通过在地球轨道上部署一组卫星，为全球范围内的用户提供定位、导航、定时和通信等服务。目前最为广为人知的全球卫星导航系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统和中国的北斗系统。此外还有两个区域覆盖的卫星导航系统，分别是由印度开发的区域导航卫星（NAVIC）系统和日本国家空间开发局（JAXA）和其他相关机构开发的准天顶卫星（QZSS）系统。这些系统在不同频段上提供定位和导航服务，每个系统都有其独特的频率和功能。

1、GPS系统：

频率范围：GPS系统主要工作在L1、L2和L5频段。

功能分析：GPS系统由24颗工作卫星与4颗备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道高度约为20200Km左右，运行周期11h58min。主要在L1、L2和L5频段提供服务，其中L1频段用于民用和商业应用，L2频段用于精密定位和军事应用，L5频段用于增强信号和抵抗干扰。1994年全面建成。

优势：美国GPS系统是最早建立的卫星导航系统之一，具有成熟的技术和广泛的应用范围。其定位精度高，技术成熟、性能稳定，军用精度最强，信号覆盖范围广，适用于各种领域的导航需求。

劣势：在某些高纬度地区或高楼大厦密集区域，GPS系统可能存在多径效应或信号遮蔽的问题，导致定位精度下降。

2、格洛纳斯（GLONASS）系统：
频率范围：GLONASS系统在L1和L2频段提供导航服务，与GPS系统相似，但频率略有不同。

功能分析：GLONASS系统与GPS类似，系统共有24颗卫星，分布在3个轨道，每个轨道上有8颗卫星，轨道高度约19100Km。该系统也可用于民用、商业和军事领域，提供全球覆盖的导航服务。2011年1月1日正式运行。
优势：GLONASS系统在俄罗斯及周边地区具有较强的覆盖能力，能够提供优质的导航服务。其与GPS系统互补，抗干扰能力强，定位精度高，高纬度地区使用更佳。
劣势：GLONASS系统在全球范围内的覆盖相对较弱，可能在某些地区出现信号弱或不稳定的情况。

3、伽利略（Galileo）系统：
频率范围：Galileo系统在E1、E5和E6频段提供导航服务，设计更为精细，旨在提供更高精度和可靠性的导航信息。

功能分析：Galileo系统总共包含30颗卫星，均匀发布在3个轨道上，轨道高度约23000Km，运行周期14h4min。致力于提供更高精度的位置信息，适用于交通、农业、航空等领域，具有更好的民用导航性能,可与GPS系统兼容，主要特点是多载频、多用户、多服务。2019年具备完全工作能力。
优势：Galileo系统具有更优越的精度和稳定性，适用于精密导航和科研应用。多国参与建设，非军方控制，民用精度最强，其独立的民用系统地位使其在市场上具有竞争优势。
劣势：由于Galileo系统相对较新，用户基础可能不如GPS系统广泛，可能会影响其在一些领域的推广和应用。

4、中国北斗卫星导航系统：

频率范围：北斗系统在B1、B2和B3频段提供导航服务，覆盖范围广，功能丰富。

功能分析：北斗导航系统由32颗中圆地球轨道卫星、12颗地球静止轨道卫星和12颗倾斜地球同步轨道卫星，共56颗卫星组成，拥有地球静止轨道（GEO），中轨道（MEO）和地球倾斜轨道（IGSO）三个轨道。轨道高度约为21528Km左右。北斗系统在提供定位导航服务的同时，还具备通信、监测和紧急救援等功能，适用于多种领域的应用需求。2020年北斗系统组网完成。
优势：北斗系统结合了民用、商业和军事需求。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，抗干扰能力强，并且具备短报文通信能力，
劣势：北斗系统在全球范围内的影响力相对较弱，与其他全球导航系统相比，覆盖范围有限。

还有两个区域覆盖的卫星导航系统，分别是由印度开发的（NAVIC）系统和日本开发的准天顶卫星（QZSS）系统。

1、NAVIC系统：
频率范围：NAVIC系统在S和 L频段提供导航服务。

功能分析：印度区域导航卫星（NAVIC）系统由7颗位于地球静止轨道和地球同步轨道的卫星、地面控制段和用户段组成，覆盖范围主要涵盖印度及周边地区，具有一定的区域覆盖优势，适合在印度国内各种领域的应用需求。
优势：NAVIC系统旨在为印度及周边地区提供更好的导航服务，具有一定的区域覆盖优势。它在农业、渔业、航行等领域有着广泛的应用。
劣势：NAVIC系统在全球导航系统中的影响力相对较弱，由于其覆盖范围有限，导航精度有限，无法与全球性导航系统相媲美。

2、QZSS系统：
频率范围：GLONASS系统在L1和L2频段提供导航服务，与GPS系统相似，但频率略有不同。

功能分析：日本准天顶卫星（QZSS）系统截止2022年4月在地面上可用的QZSS卫星是4颗，未来计划整个系统的卫星数量是7颗，能做到独立工作。
优势：QZSS的一大特点是集众家之所长，频率覆盖广泛左右逢源。前有和GPS L1 L2 L5极高的互操作性，深度兼容重合，后又与Galileo E6 保持兼容性和互操作性，所有优质GNSS频率先占个座。可提供在特定地区（主要是日本和周边地区）更高精度和更可靠的导航服务。它与GPS系统互补，能够提供更加稳定和精准的导航信息。
劣势：在全球范围内的覆盖相对有限，未摆脱依靠GPS导航系统。主要面向亚太地区用户，因此在全球范围内的影响力相对较弱。

编后语

随着SpaceX公司的星链项目如异军突起，特别是在乌克兰和加沙地区的战场上，通过星链通讯所展现的独立姿态，人们开始深刻认识到定位系统和通讯系统的关键性。这一现象促使我们重新审视现有的定位系统格局，思考第五股力量的崛起将如何颠覆并重塑这一领域的生态。尽管星链项目与传统四大全球卫星导航系统在运行轨道上有着本质的区别——低公里轨对比高公里轨（340公里低轨VS2万公里高轨），但其出现无疑为整个行业注入了新的活力，预示着未来可能发生的深远变革。