GNSS 是 Global Navigation Satellite System 的缩写,中文叫 全球卫星导航系统。
| 名称 | 国家 | 运行时间 | 运行高度 | 卫星数量 | 精度(民用) |
|---|---|---|---|---|---|
| GPS | 美国 | 1994 | ≈ 20,200 km | ≈ 31 | 3–5 m |
| GLONASS | 俄罗斯 | 1995 | ≈ 19,100 km | ≈ 24 | 3–7 m |
| BDS | 中国 | 2020 | ≈ 21,500 / 35,800 km | ≈ 50 | 2.5–5 m |
| Galileo | 欧盟 | 2021 | ≈ 23,200 km | ≈ 28 | 1–2 m |
- “运行时间”是指正式全球运行的年份。
- “精度”是指民用精度,军用级别信息均未公开。
网络资料显示,Galileo 配合 High Accuracy Service(HAS) 技术,在满足条件时可以做到约 20 厘米级精度。
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GPS(美国)
GPS(全球定位系统)由美国国防部建设和运营,20世纪70年代启动,1995年具备全球运行能力,是全球应用最广泛的卫星导航系统。
GPS主要由空间段、控制段和用户段组成,目前在轨卫星数量超过30颗,覆盖全球。民用开放信号免费使用,广泛应用于手机定位、汽车导航、航空航海、测绘、授时以及金融和通信网络同步等领域。
GPS长期占据全球卫星导航市场主导地位,大量终端芯片同时支持GPS与其他GNSS,以提高定位精度和可靠性。 -
北斗卫星导航系统(中国)
北斗卫星导航系统(BDS)由中国自主建设和运营。北斗经历北斗一号、北斗二号和北斗三号三个阶段,2020年完成全球组网并正式提供全球服务。
北斗三号采用中高轨道卫星与地球静止轨道卫星等多种轨道组合,目前全球服务能力覆盖定位、导航和授时。
除基本定位功能外,北斗还提供短报文通信、精密单点定位、星基增强等特色服务,在交通运输、农业、测绘、应急救援、电力通信和大众消费电子等领域得到广泛应用。
其中短报文通信功能是一个特色,可以实现2003年,中国与欧盟签署伽利略合作协议,承诺出资约2亿欧元,并参与相关研发和产业合作。
2004年,中国正式成为伽利略联合体成员。但此后随着项目安全与技术合作限制加强,中国获得的实质性技术参与有限。
中国最终转向自主建设全球卫星导航系统,北斗由此加快发展,并于2020年完成全球组网。北斗不是单一轨道类型的卫星导航系统,而是采用了 GEO + IGSO + MEO 三种轨道混合组网,作用是既可以全球覆盖,又重点强化中国及亚太地区的服务能力。
GPS、GLONASS、Galileo 均是 MEO 轨道。轨道类型 北斗典型高度 主要作用 MEO 中圆地球轨道 ≈ 21,500 km 全球覆盖,承担全球导航的主体 IGSO 倾斜地球同步轨道 ≈ 35,800 km 重点加强亚太地区覆盖 GEO 地球静止轨道 ≈ 35,800 km 长期覆盖固定区域,并提供增强、短报文等服务 -
GLONASS(俄罗斯)
GLONASS(格洛纳斯)是俄罗斯建设和运营的全球卫星导航系统,最初由苏联于20世纪70年代启动。系统采用中地球轨道卫星组成星座,设计目标是实现全球连续导航服务。
GLONASS在1990年代后期开始提供全球覆盖,俄罗斯随后持续进行卫星更新和现代化建设。其开放信号可用于民用定位导航,目前许多智能手机、汽车导航设备和GNSS接收机同时支持GLONASS。
与GPS、北斗和Galileo联合使用,可以增加可见卫星数量,改善复杂环境下的定位连续性和可靠性。GLONASS 的轨道倾角是 64.8°,明显高于 GPS 的 55°。轨道倾角越大,卫星轨迹越接近高纬地区,因此在俄罗斯、北欧、加拿大等高纬度区域,GLONASS 能提供更好的卫星几何分布和可见性。
GLONASS 传统信号采用 FDMA(频分多址),而 GPS、Galileo 等主要采用 CDMA(码分多址)。GLONASS 给不同卫星分配不同载波频率,因此相邻卫星信号在频域上具有较好的隔离。
现代 GLONASS 正在从传统 FDMA 向 CDMA + FDMA 演进,新一代 GLONASS-K/K2 引入 CDMA 信号,目的之一就是改善精度、抗多径能力和与其他 GNSS 的兼容性。 -
Galileo(欧盟)
Galileo 是欧盟建设的全球卫星导航系统,由欧盟负责政策和总体建设,欧洲空间局等机构参与技术实施。Galileo 开放服务于 2016 年正式启动,是欧洲建立自主全球卫星导航能力的重要基础。
系统主要采用中地球轨道卫星组网,提供开放服务、高精度服务和公共监管服务等多层次服务,并支持与 GPS、北斗、GLONASS 等系统联合使用。目前全球大量智能手机、汽车和专业 GNSS 接收机均支持 Galileo。Galileo 还有一些具有代表性的特色服务:
1. OSNMA(开放服务导航消息认证):通过对导航电文进行认证,使接收机能够验证导航数据是否来自 Galileo 系统,从而降低 GNSS 欺骗(spoofing)攻击带来的风险。它主要针对“伪造信号”,并不能直接解决无线电干扰(jamming)问题。
2. SAR(搜索与救援):Galileo 参与国际 Cospas-Sarsat 搜索救援体系,支持对遇险信标的定位与搜救,并提供 Return Link(返向链路)服务,使遇险人员能够收到“求救信号已被接收”的确认信息。 -
QZSS(日本)
QZSS(准天顶卫星系统)是日本建设的区域卫星导航系统,主要服务日本及亚太部分地区。
它并不是完全独立的全球导航系统,而是通过特殊的准天顶轨道,让部分卫星长期处于日本上空附近,从而改善城市峡谷、山区等环境下的卫星可见性。
QZSS能够提供定位、导航、授时及增强服务,并与GPS等系统协同工作。其核心价值并非取代GPS,而是针对日本复杂地形和高层建筑密集地区提高定位覆盖和精度。 -
NavIC(印度)
NavIC是印度自主建设的区域卫星导航系统,原名IRNSS,主要覆盖印度及印度周边区域。系统采用地球静止轨道和地球同步轨道卫星,为印度及周边地区提供定位、导航和授时服务。
NavIC最初主要面向军事、交通、灾害管理、测绘和资源管理等领域,随后逐步扩大民用应用。
与GPS、北斗、Galileo等全球系统相比,NavIC覆盖范围较小,但能够增强印度对卫星导航基础设施的自主控制能力,并逐渐进入智能手机、汽车和专业导航设备等终端。