一、GNSS的相關概念

全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)簡稱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite Systems）。依據(jù)ITU-R的《無線電規(guī)則》，該系統(tǒng)提供的無線電通信業(yè)務稱為衛(wèi)星無線電定位業(yè)務和衛(wèi)星無線電導航業(yè)務，它們是利用通信衛(wèi)星提供的無線電定位業(yè)務和無線電導航業(yè)務，而無線電導航業(yè)務是基于無線定位電業(yè)務；無線電定位業(yè)務時基于無線電測定業(yè)務。因此，在《無線電規(guī)則》中給出了上述所提到的業(yè)務術(shù)語的具體定義，詳見下表1-1-1。

表 1-1-1：相關無線電定位業(yè)務和無線電導航業(yè)務的定義

在了解了上述相關無線電業(yè)務之后，我們需要進一步了解“測定”（determination）、“定位”（location）和“導航（Navigation）”的漢語詞義。根據(jù)我國的相關詞典及辭典，這三個詞語的漢語詞義詳見下表1-1-2，這有助于我們理解無線電測定業(yè)務、無線電定位業(yè)務和無線電導航業(yè)務的概念。由上述相關術(shù)語和詞語的含義可知，導航功能的實現(xiàn)是應首先完成定位功能的。

表1-1-2：“測定”、“定位”和“導航”的漢語詞義

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）是導航衛(wèi)星系統(tǒng)（NSS）的一種類型，即根據(jù)提供的衛(wèi)星無線電定位和導航業(yè)務的地理范圍，將導航衛(wèi)星系統(tǒng)分為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（RNSS，Regional Navigation Satellite System）。目前，在網(wǎng)運行的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）主要有：美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）、歐洲的伽俐落系統(tǒng)（GALILEO）和中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）。在我國國家標準GB/T 19391-2003《全球定位系統(tǒng)（GPS）術(shù)語及定義》中給出這些系統(tǒng)的定義（不包括BDS），詳見下表1-1-3。相關區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（RNSS）有：日本的QZSS系統(tǒng)、印度的IRNSS系統(tǒng)等。

表 1-1-3：GB/T 19391-2003給出的相關全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的定義

事實上，在2020年我國發(fā)布的國家標準GB/T 39267《北斗衛(wèi)星導航術(shù)語》中對相關術(shù)語有其專門的定義，包括術(shù)語“定位”和“導航”作為一種技術(shù)的定義；以及相關衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特定定義，特匯總與下表1-1-4中。

表1-1-4：GB/T 39267-2020給出的相關導航衛(wèi)星系統(tǒng)（NSS）的定義

二、GNSS的系統(tǒng)構(gòu)成

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的系統(tǒng)架構(gòu)，通常是由：空間段（指導航衛(wèi)星星座）、地面段（指系統(tǒng)運行管理的地面設施）和用戶段（指用戶設備）三部分所構(gòu)成。

1、空間段

空間段是指：衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，空間所用衛(wèi)星及其組成星座的總稱。所謂星座是指按一定空間位置分布和排列，為實現(xiàn)定位、導航、授時等目標而協(xié)調(diào)工作的一組導航衛(wèi)星的總稱。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）要實現(xiàn)全球?qū)Ш剑瑔晤w或幾顆衛(wèi)星是難以實現(xiàn)的，必須有數(shù)十顆或更多顆衛(wèi)星構(gòu)成星座，在地球空間不同的平面、不同的軌道進行有計劃的分布組合，以實現(xiàn)地球表面的覆蓋。空間段星座的設置與GNSS要呈現(xiàn)的定位精度、提供的服務種類和性能有極大的關系。事實上，上述提到的目前國際上在用的GNSS系統(tǒng)采用了不同的星座，下表2-1匯總了不同的GNSS系統(tǒng)采用的星座情況。由表可知，我國的BDS系統(tǒng)分別采用了GEO、IGSO、MEO三種衛(wèi)星軌道；而GPS、GALILEO和GALILEO系統(tǒng)只是采用了MEO一種軌道。因而我國的BDS系統(tǒng)的定位精度及提供的服務種類等明顯呈優(yōu)。

表 2-1：國際上不同的GNSS系統(tǒng)采用的星座情況

2、地面段

地面段是指：維持衛(wèi)星導航系統(tǒng)正常運行的地面系統(tǒng)的總稱。一個龐大的GNSS系統(tǒng)是需要地面設施及人員進行操控、維護及管理的，包括相關信息數(shù)據(jù)的采集、計算、傳輸、注入等，類型包括主控站、監(jiān)測站、注入站等若干。下表2-2匯總了不同的GNSS系統(tǒng)地面段的設置情況。

表 2-2：不同的GNSS系統(tǒng)地面段的設置情況

3、用戶段

用戶段是指：用于接收、處理導航衛(wèi)星信號并實現(xiàn)定位、測速、和授時等功能的設備的總稱。亦即用戶用來享受導航系統(tǒng)所提供的各類服務的終端設施。

三、GNSS系統(tǒng)提供的服務

1、服務種類

GNSS系統(tǒng)提供的服務主要是定位服務、導航服務（包括測速）和授時服務（向用戶傳遞標準時間）及搜救服務等。但是，不同的GNSS系統(tǒng)又增加了其各種特色服務，具體匯總于下表3-1中。由表可知，尤其是我國的BDS系統(tǒng)，具有精密單點定位服務、區(qū)域短報文通信服務、國際搜救服務、地基增強服務等獨有的特色服務。

表 3-1：不同GNSS系統(tǒng)提供的服務種類

2、關于增強服務

所謂GNSS系統(tǒng)增強，是指用于改進GNSS提供的導航服務性能（精度、完好性、、連續(xù)性、可用性等）的技術(shù)。也就是說，增強服務是對上述服務種類的在服務性能上的改進與改善。那么GNSS系統(tǒng)增強技術(shù)可分為星基增強技術(shù)和地基增強技術(shù)，具體含義詳見下表3-2。如BDS目前提供的地基增強服務，是用戶可通過本服務實現(xiàn)實時米級、分米級、厘米級和事后毫米級的高精度定位，其主要性能指標包括定位精度和收斂時間等。

表 3-2：星基增強技術(shù)和地基增強技術(shù)的含義

3、關于公開服務與授權(quán)服務

對于GNSS系統(tǒng)所提供的服務，相對于服務對象，又可分為公開服務和授權(quán)服務。公開服務是指向普通用戶提供的服務；授權(quán)服務是指向特定用戶提供的服務。公開服務一經(jīng)申請就可使用；授權(quán)服務是需要經(jīng)GNSS系統(tǒng)的管理者的特許方可使用。有時也直接稱為民用和軍用等。

四、國際在用GNSS介紹

衛(wèi)星無線電定位業(yè)務是地面物體通過無線電和衛(wèi)星溝通進行測距或測速，計算出自己在地球上的位置，根據(jù)位置坐標及其它變化的信息，判斷自己的航向。衛(wèi)星定位系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了地球上乃至天空中大范圍、全球性、高精度和快速定位的問題。目前，國際上在用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）主要有下述的四套系統(tǒng)：

1、美國的GPS系統(tǒng)

美國的GPS系統(tǒng)是國際上第一套GNSS系統(tǒng)。它始于1960年，美國為海軍建立的子午儀（Transit）導航系統(tǒng)，利用單星多普勒頻率測量定位原理，定位一次需要的測量為2分鐘以上，且定位精度較差，無法滿足軍用需求。于是在1978年，美國開始實施全球定位系統(tǒng)（GPS，Globe Positioning System），當初也稱為導航星系統(tǒng)。它是第一個以人造衛(wèi)星為基礎的全球無線電導航系統(tǒng)，當初主要是軍用系統(tǒng)。1984年，美國對GPS采取降低C/A碼定位精度的選擇可用性（SA，Selective Availability）技術(shù)，故意降低GPS的定位精度開放予民用，以防止未經(jīng)許可的用戶把GPS用于軍事目的。2000年5月開始停止使用SA政策，民用GPS的定位精度達到平均6.2米的實用化水平，從而掀起GPS產(chǎn)業(yè)和應用熱潮。當初GPS系統(tǒng)在我國也得到了大量的普及與應用。

事實上，GPS系統(tǒng)在1993年12月達到初始運行能力，提供全星座標準服務定位服務（SPS），到1994年全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座部署完成提供服務。其空間段和地面段的設置詳見表2-1和表2-2。

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2、俄羅斯的格林納斯導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）

俄羅斯是在1982年2月正式向國際電信聯(lián)盟（ITU）提交通知書，宣稱將于同年5月開始部署格林納斯導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）。它是在前蘇聯(lián)的低軌衛(wèi)星導航系統(tǒng)“蟬”的基礎上開發(fā)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，其宗旨是為全世界范圍內(nèi)的飛機提供無線電導航，也可供國內(nèi)的船只導航。由于眾所周知的俄羅斯國情的原因，GLONASS系統(tǒng)研制、部署建設經(jīng)歷比較坎坷，直到2014年年底開始全功能運作，其空間段和地面段的設置情況詳見表2-1和表2-2。雖然也是24顆星的星座，但與GPS在星座構(gòu)成、信號體制、衛(wèi)星設計等方面有很大的不同。

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3、歐洲的伽俐落系統(tǒng)（GALILEO）

由歐盟（UE）和歐洲空間局（ESA）一起創(chuàng)建并開發(fā)的導全球航衛(wèi)星系統(tǒng)稱為伽俐落系統(tǒng)（GALILEO）。GALILEO系統(tǒng)于2002年3月正式啟動，于2016年12月宣布具備全球初始服務能力，系統(tǒng)的空間段、地面段及提供的服務在上述已有了介紹。

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4、中國的北斗系統(tǒng)（BDS）

我國著眼于國家安全、經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，在上個世紀后期，開始探索適合我國國情的導航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展道路，決定自主開發(fā)建設、獨立運行的導航衛(wèi)星系統(tǒng)，并起了一個很有意義的名字，稱為北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS，BeiDou Satellite）。該系統(tǒng)定位為為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時等服務的國家級空間基礎設施。為了穩(wěn)妥的發(fā)展建設，我國決定采用北斗一號（試驗系統(tǒng)）、北斗二號（RNSS）、北斗三號系統(tǒng)（GNSS）的三步走的發(fā)展戰(zhàn)略。目前提供全球服務的北斗三號系統(tǒng)已于2020年7月31日被國家宣布正式開通，為用戶提供具有中國特色的導航衛(wèi)星服務，其系統(tǒng)的空間段、地面段及提供的服務在上述已有了介紹。

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