全球六大GNSS介绍
北斗卫星导航系统
覆盖范围:全球
功能:北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量定位、导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种形式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
管理机构:中国卫星导航系统管理办公室。
空间段:北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成。空间星座部分由5颗地球静止轨道(GEO)卫星和30颗非地球静止轨道(Non-GEO)卫星组成。GEO 卫星分别定点于东经58.75度、80度、110.5度、140度和160度。Non-GEO卫星由27颗中圆地球轨道(MEO)卫星和三颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星组成。其中,MEO卫星轨道高度21500千米,轨道倾斜角55度,均匀分布在3个轨道面上;IGSO卫星轨道高度36000千米,均匀分布在3个倾斜同步轨道面上,轨道倾斜角55度,3颗IGSO卫星星下点轨迹重合,交叉点经度为东经118度,相位差120度。地面控制部分由若干主控站、注入站和监测站组成。主控站主要任务是收集各个监测站的观测数据,进行数据处理,生成卫星导航电文、广域差分信息和完好信息,完成任务规划与调度,实现系统运行控制与管理等;注入站主要任务是在主控站的统一调度下,
完成卫星导航电文、广域差分信息和完好信息注入,有效载荷的控制管理;监测站对导航卫星进行连续跟踪监测,接收导航信号,发送给主控站,为卫星轨道确定和时间同步提供观测数据。
用户段:有各类北斗用户终端,以及与其卫星导航系统兼容的终端组成,能够满足不同领域和行业的应用需求。
服务区:东经84度到160度,南纬55度到北纬55度之间的大部分区域。
服务方式:包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。目前北斗卫星导航区域系统已发射11颗卫星,建成了基本系统。系统在保留北斗卫星导航实验系统的有源定位和短报文通信等服务基础上,自2011年12月27日起,开始向中国及部分周边地区提供连续无源定位、导航和授时等试运服务。
定位精度:平面25米,高程30米,测速精度0.4米/秒,授时精度50纳秒
GPS系统
覆盖范围:全球
功能:定位、导航、授时
管理机构:美国国家天基定位、导航和授时执行委员会(PNT)
运营机构:由美国空军GPS联合计划办公室(GPS-JPO)负责,包括民用部门在内的多个部门派代表参与;美国空军航天司令部(HQAFSPC)所辖的第14空军联队(14AF)负责星座运行。美国运输部负责民用GPS服务运行和管理。美国海岸警备队导航中心和民间GPS 服务联络委员会负责支持使用标准定位服务的民用用户。
初始运行时间:1993年12月8日提供初始运行(IOC)服务
正式服务时间:1995年7月17日提供全面运行服务(FOC)
空间段:21颗工作卫星,3颗备用卫星组成的Walker24/6/2星座,分布在6个近圆形轨道面上,卫星轨道高度20200千米,轨道周期11小时58分,轨道倾斜角度55度提供全球、安天侯、全天时连续的导航信号。
地面控制段:又称运控系统OCS,由一个位于美国科罗拉多州斯普林市范登堡空军基地的主控站(MCS),五个监控站位于夏威夷、范登堡空军基地、大西洋上阿森松岛、印度洋的迭戈加西亚基地以及太平洋的夸贾林岛,以及三个用于给在轨卫星上传信息的三个大型地面天线站组成。
用户段:所有军用和民用GPS全球定位系统接收机(又称导航仪),捕获导航卫星播发的信号,经过检
测、解码以及处理GPS信号三个主要流程来解算导航信息,实时的计算出测站的三维位置,位置甚至三维速度和时间。
导航系统结构坐标系:世界大地坐标系(WGS-84)
时间标准:GPS时
服务方式:精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)
定位精度:精密定位为给授权用户服务,定位精度在水平方向分量为1米,数据的概率为95%。标准定位免费为世界范围内民用用户服务,标准定位服务的定位精度在水平方向分量为10米,数据的概率为95%。
GLONASS系统
覆盖范围:全球
功能:定位、导航、授时
管理机构:俄罗斯联邦航天局、国防部工业与能源部和运输部组成的GLONASS项目部协调委员会。俄罗斯航天局负责GLONASS系统及增强系统的开发和系统的性能监测与控制。
运营机构:国防部负责GLONASS系统的开发、GLONASS系统的运行、供政府部门使用的GLONASS用户设备开发。俄罗斯工业与能源部和运输部主要负责GLONASS民用部分的管理,参与GLONASS系统政策的定制及部分GLONASS用户设备的开发。
正式服务时间:1995年提供服务运行(FOC)服务
空间段:由21颗工作星和3颗备份星组成星座,24颗星均匀的分布在3个近圆形的轨道平面上,轨道平面相隔120度,每个轨道面有8颗星,同平面内的卫星之间相隔45度,轨道高度1.91万千米,运行周期11小时15分,轨道倾斜角64.8度。
地面控制段:由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站(含激光跟踪站)和外场导航控制设备组成。前苏联解体后,GLONASS系统由俄罗斯航天局管理,系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科,遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼謝斯克和共青城。
用户段:能接收GLONASS卫星发射的导航信号,并测量其伪距和伪距变化率,同时从卫星信号中提取并处理导航电文的接收机,计算出用户所在位置、速度和时间信息。
导航信号结构频分多址坐标系:前苏联地心坐标系(PE-90)
时间标准:莫斯科标准时。
服务:GLONASS系统提供军用和民用两种服务。
定准精度:水平方向16米,高成方向为25米。
Galileo卫星导航系统
覆盖范围:全球
功能:定位、导航、授时、搜索搜救
管理机构:欧洲委员会。
运营机构:欧洲委员会。
部署时间:2011年10月19日,欧洲委员会计划2014年投入运行。
空间段:由30颗GALIEO导航卫星组成(其中27颗工作卫星+3颗备份星),采用Waiker27/3/1星座,卫星位于3个圆形的MEO轨道上,轨道高度为29600千米,轨道倾斜角为56度,轨道周期14小时4分42秒。
地面控制段:在欧洲建立两个GALIEO控制中心,提供卫星控制和导航任务管理。20个GALIEO传感器站组成的全球的网络,提供的数据通过一个冗余的通信网络送到伽利略控制中心,控制中心用传感器站
的数据计算完整信息,并同步所有卫星和地面站时钟的时间信号,控制中心和卫星间的数据交换通过所谓的注入站执行。为了这个目的,5个S波段的注入站和10个C波段的注入站将在世界范围内建立。
用户段:能接收GALIEO卫星发射的导航信号,并测量起伪距和伪距变化率,同事从卫星信号中提取并处理导航电文的接收机,计算出用户所在位置、速度和时间信息。
导航信号结构:频多分址。
坐标系:ITRF-96大地坐标系。
时间标准:伽利略系统时间(GST)时。
服务方式:
(1)公开服务:免费提供;
(2)商业服务:对公开服务的一种增值服务,如加密的数据和航空通信等。
(3)生命安全服务:类似“垂直制导方法”,一般用于交通管控,港口、铁路、航空等。(4)公共特许服务:这钟服务只提供给欧盟成员。
(5)地域性组织提供的导航定位服务:根据用户的特殊要求通过区域性增强的系统向用户提供。提供更精确的定位和授时。
(6)搜索与救援服务。
定位精准:水平方向4米,高程方向8米。
日本准天顶卫星导航系统
覆盖范围:日本国本土及周边海域
功能:是一个兼具导航定位、移动通信和广播功能的卫星系统,旨在为在日本上空运行的美国GPS卫星提供“辅助增强”功能,包括两方面:一时可用性增强,即提高GPS的信号可用性;二是性能增强,即提高GPS信号强度和可靠性。
管理机构:日本宇宙航空研究开发机构。
运营机构:日本卫星定位研究和应用中心简称SPRAC(satellite Positioning Research and Application Center)全球三大检测机构
空间段:三颗IGSO卫星组成,卫星采用大椭圆轨道HEO(highly Elliptical Orbit),3个轨道平面半长轴a=42.164km,偏心率e=0.099,倾角i=45度,升焦点赤经Ω相差120度。
地面控制段:由GPS主监测站。QZSS和GPS联合主监测站、遥测遥控及导航电文上行注入站组成。
用户段:用户接收机。
坐标系:即日本卫星导航地理系统JGS,与GPS所采用的WGS84地理坐标参考系统之间的误差小于0.02m。
时间标准:QZSS卫星导航系统的时间系统QZSST一秒钟的长度与国际原子时(Inetrnational Atomic Time –TAL)相同;同GPS时一样,相对于国际原子时偏置滞后19秒;与GPS时的接口:QZSS卫星星载原子钟一样,均受控于GPS时(GPS time scale-GPRS).
服务:QZSS系统主要为移动用户提供基于通信(音频、视频和数据)和定位服务,对于定位服务,可以认为是GPS系统的增强服务,类似于美国联邦航空管理局的广域增强系统WASS(Wide Area Augmentation System)。简而言之,“准天顶”系统的主要特点如下:GPS系统的补充,“准天顶”卫星与GPS系统BLOCK系列卫星所广播的导航信号能够兼容互操作,以提高GPS系统的精确度和可用性;GPS系统的增强,“准天顶”卫星广播GPS 差分修正数据(D-GPS);广播和通信,为移动用户提供广播和通信服务。
部署时间:2010年9月11日20:17(JST),日本在其鹿儿岛县种子岛空间中心(Tanegashima space center),用一枚H-IIA(Launch Vehicle NO.18)火箭成功发射将其首颗定位卫星MICHBIKI(编号QZS-1,QZSS系统导航实验卫星),如图8所示,MICHIBIKI 日本语的意思是“导航-guiding”或者“带路-showing the way”,《参考消息》等中文主流媒体将MICHIBIKI卫星译为“引路”号卫星。2010年9月27日,“引路”号卫星成功到达“准天顶”预定设计轨道,计划到2015年完成总共3颗的发射部署。
定位精度:通过播发差分修正数据以及实验导航信号等辅助导航定位信号,QZSS系统可使覆盖区内的GPS接收机到达亚米级定位精度。

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