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浅谈全球卫星导航定位系统的历史发展与未来
我们的日常生活总与时空信息息息相关。据统计，我们85%以上的信息都与时空相关联，由此可知时空信息的重要性。要想获得时空信息，就要确立时空基准，要有提供实时、连续、准确的时空信息的技术手段和服务系统。从古至今人类一直在孜孜追求，直到近几十年，随着科学技术的进步，尤其是航天技术的发展，人们才获得相对理想的卫星导航技术和系统。
卫星定位导航监测，资料图
美国第一代导航卫星系统子午仪号。资料图
新一代的GPS Block III卫星在微波暗室接受测试。资料图
GPS卫星导航系统的组成，资料图
四大全球导航卫星系统，资料图
卫星定位导航监测，资料图
定位、导航与授时
所谓时空，主要包括三个方面的内涵：定位、导航与授时。定位，就是指能够提供精确的二维或三维位置和方位的能力。导航，是指通过确定当前位置和目的地位置，并参考地理和环境信息，修正航线、方向和速度，以抵达目的地的能力。授时，就是得到并保持准确和精密时间的能力。
美国第一代导航卫星系统子午仪号。资料图
第一代导航卫星系统的诞生
1957年，美国开始研制战略导弹核潜艇，同年苏联向太空发射了第一颗人造地球卫星。这两个国家研制的不同装备，看似没有关联，但却有着惊人的耦合。
美国的核潜艇要在全球巡逻和作战，怎么样能够实现全球、全天候、连续、准确的定位和导航呢？陆基无线电导航的覆盖范围有限，已经不能满足要求。苏联的卫星发射，给了美国人很好的启示。在观测这颗卫星信号的过程中，人们发现：在位置精确已知的观测站，利用测量得到的卫星信号多普勒频移可以确定卫星轨道；反之，如果卫星轨道已知，通过测量卫星信号的多普勒频移，就可以确定地球上接收机的位置。
基于上述发现和推论，1964年，诞生了第一代导航卫星系统。由于卫星轨道与地球子午圈重叠，又称为“子午仪”系统。该系统将导航台放置在卫星上，在地球表面任何地方、任何气候条件下，一小时内均能测定位置，精度与观测次数有关，精度在1至500米之间。
新一代的GPS Block III卫星在微波暗室接受测试。资料图
美国GPS系统的建立
子午仪系统的成功应用，在美国海、陆、空三军中掀起了卫星导航热，为后续的全球定位系统（GPS）的建设奠定了基础。经过详细论证，1973年，美国启动GPS计划，1995年达到完全运行能力，标志着一个革命性的全新导航时代的到来。
GPS系统的特点鲜明，它用24颗卫星实现了全球性覆盖和全天候服务，可实时动态地提供十米级至厘米级的定位、导航和授时一体化服务，充分体现了航天技术的魅力和其他导航方式难以比拟的优越性。
GPS卫星导航系统的组成，资料图
卫星导航系统的组成、原理与功能
卫星导航系统包括三个基本组成部分：空间段、地面段和用户段。空间段就是导航卫星星座，向地面连续地广播无线电导航信号。地面段包括监测站、主控站和注入站，负责监控导航卫星，计算卫星轨道参数和钟差，并注入到卫星中。地面段就是用户接收设备，就是我们经常说的接收机，比如手机、专用终端等。
卫星导航的基本原理是：以导航卫星为参照物，通过测量接收机与卫星之间的距离，运用三球交汇原理，解算用户的三维位置。
卫星导航系统的主要功能是定位、导航、授时、短报文，其中短报文是目前中国北斗的独有功能。卫星导航系统的特点是高精度、高动态、实时性、连续性、全天候、全球性，单机实时定位精度可以达到十米左右，差分后可以达到分米级、厘米级甚至毫米级，定位频率可从每秒一次到几十次，可以满足我们绝大一部分的应用需求，比如，车辆导航、板块监测、城市测绘、武器制导、精确授时等等。
正是因为卫星导航有这些显著的优点，使得大家都想拥有这种服务。
四大全球导航卫星系统，资料图
四大全球导航卫星系统的发展与未来
目前，世界卫星导航的格局，已从美国GPS一枝独秀，演变为美国GPS、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）、中国北斗（BDS）和欧洲伽利略（Galileo）四大全球导航卫星系统竞相发展的局面。这四大系统现在或建成后覆盖全球，因此称为全球卫星导航系统（GNSS）。区域系统还有日本的准天顶系统（QZSS）和印度的区域卫星导航系统（IRNSS）。
目前，1995年后，美国GPS系统维持全运行能力，是当前技术最为成熟、用户最多的系统，目前正在开展现代化工作。苏联（现在的俄罗斯）的GLONASS紧随其后建设，欧洲在2000年启动Galileo系统建设。我国的北斗系统，从2000年以来一直保持很好的发展态势。四大系统，既有竞争，也有合作，相互促进，共同为人们提供更好的导航服务。
未来的2020年，将是一个很重要的时间节点。GPS完成了现代化，GLONASS完全复苏了，北斗也建成了全球系统，Galileo按计划完成建设，到那个时候，将是一个群星璀璨的导航时代，围绕地球，将有140多颗导航卫星，在任何一个户外地点，观测到几十颗卫星将是家常便饭。我们定位、导航的精度、可用性、连续性、完好性将得到很大的提升。
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