现代卫星导航系统的技术特点与发展趋势

现代卫星导航系统的技术特点与发展趋势

高伟王慧聪

天津航天中为数据系统科技有限公司天津300301

摘要：随着卫星导航系统的发展壮大，卫星导航系统进入了与定位、导航、授时、移动通信和因特网等多源信息载体融合的新时期，卫星导航系统成了国民经济发展的重要基础设施。一直以来，我国探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统，随着北斗卫星导航系统的成功建设，使我国成为了拥有自主建设、独立运行卫星导航系统的国家，填补了我国卫星导航领域的空白。该系统可为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，能与其他卫星导航系统兼容，是我国重要空间基础设施。为此，对北斗卫星导航系统的现状及发展前景进行分析具有重要意义。

关键词：现代卫星导航系统；技术特点；发展趋势

1卫星导航系统构成

北斗卫星导航系统是我国独立自主研发的全球卫星导航系统，是继美国全球卫星定位系统、欧洲伽利略卫星导航系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后的第4个卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段构成。空间段包括27颗地球轨道卫星、5颗静止轨道卫星以及3颗倾斜同步轨道卫星。地面段主要由主控站、监测站以及注入站构成，通过采集复杂信息，实现导航定位功能，并监测各个工作站的数据信息。用户段指用户端，用户通过移动设备接收空间站和地面站的数据信息，从而实现定位导航功能，主要用于航天航空、车载导航等领域。北斗卫星导航系统可以在全球范围内提供全天候的定位、导航、授时服务，并具备短报文通信功能，定位精度可以达到10m，测速精度达到0.2m/s，授时精度达到10ns。2012年，我国北斗卫星导航系统制定了覆盖亚太地区的定位、通信、授时服务功能规划。2017年11月5日，中国第三代导航系统升空。2018年8月25日，我国西昌卫星发射中心发射第35颗卫星和第36颗北斗导航卫星，是北斗三号全球系统第12颗和第13颗组网卫星。2018年12月27日，北斗卫星导航系统将服务范围扩展到全球，预示着北斗卫星导航系统正式进入全球时代。

2现代卫星导航系统的技术特点

2.1第一代北斗卫星导航系统的技术特点

（1）快速定位。在第一代北斗卫星导航系统的运转过程中，一旦地面空间站接收到来自用户的响应，即可通过自动化的自动系统及时查询计算用户的坐标，并将反馈信息直接发送到用户响应的来源设备，可以实现信息的“无缝对接”，定位效率极强。（2）实时导航。在用户设备移动的过程中，地面中心站可以获得用户的实时移动速度及方向，结合自带的地图数据库，能实现精准地导航，并向用户提供更加具体的路况信息，为用户寻找路线、确定方向提供便利。（3）简短通信。在第一代北斗卫星导航系统中，每一位用户都拥有一个专属识别码，这些识别码是相互独立的，基于双向闭合回路的设计可以以实现用户的简短通信，基本能满足用户的交流需求。

2.2第二代北斗卫星导航系统的技术特点

与第一代北斗卫星导航系统相比，第二代北斗卫星导航系统在技术特点上沿袭了多项优势，基于第一代的基础，逐步逐渐扩展成为5颗静轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，其具体的轨道倾角35°，高度21500km，周期12h，55min。在充分发挥第一代北斗卫星导航系统优势的基础上，实现了技术的优化与升级，可以达到三维定位、测速和高精度全球定位、短报文通信功能等，功能结构大大拓展，已经超越了美国的GPS系统。同时，第二代北斗卫星导航系统的应用领域也得到了极大的延伸，可应用于交通运输、灾难救治、灾害播报等，实现了对各类社会生活的积极覆盖，对于稳定社会经济生活、为人民群众提供便利具有重要的意义。

3北斗卫星导航系统建设原则

（一）开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。（二）自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。（三）兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。（四）渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。

4卫星导航系统的应用

4.1航空

因为导航系统能够更好的提供较为精准的时间信息，同时也能反映出精准的位置，所以可以适当的发挥出引导作用，让飞机依照既定的路线飞行，合理的降低油耗，及时的将飞机飞行的高度、位置等加以反馈，由航空管制部门接收，实现全程自动化的监视，确保飞机的飞行更加的安全，改善空中线路拥堵局面。

4.2航海

卫星导航接收机被合理的运用在海上船只的定位上，当卫星导航和无线通信系统实现了有效的结合之后，这种系统便成为了紧急报告系统和救援系统。很多的船只通过将雷达与导航适当的结合起来，收获了较大的经济效益。通过将卫星导航系统运用至海上测绘工作，可以促使工作效率稳步的提升，同时也能收获良好的效益。

4.3汽车导航及位置信息服务

卫星导航系统在车辆中的实际应用受到了关注，并且属于前景十分广阔的系统，在近些年百度地图和高德地图等实现飞速发展的过程中，位置服务和导航成功受到人们的青睐，也是当代人们生活中不可或缺的部分。在智能交通系统中，车辆导航系统和车辆信息系统实现了有效的结合，由此发挥出对应的服务功能。

4.4军事应用

在军事领域的运用角度分析，卫星导航就是现阶段军事装备的重要支撑，其能够在不同的情况下发挥出积极的作用。定位、通信等服务就是军事运用中不能缺少的组成，其还能为战争的胜利加以争取。

5现代卫星导航系统发展前景分析

一是北斗卫星导航系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显；二是北斗卫星导航系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；三是北斗卫星导航系统创新融合了导航与通信能力，具备基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多种服务能力。北斗卫星导航系统的建设实践，实现了在区域内快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式，但与国外成熟的卫星导航系统相比，起步晚的北斗卫星导航系统还存在以下问题：一是北斗卫星导航系统及终端建设还处于发展过程中，整个产业链还不是很成熟；二是北斗卫星导航系统的技术尚处于发展和研究阶段，缺乏较为强势的技术力量；三是受GPS导航设备广泛使用和国内GPS成熟应用技术的影响，北斗卫星导航系统的快速发展存在一定的难度。

未来世界各地的星际导航服务将呈现出全时空、全区域、无盲区、高精度的特点，北斗卫星导航系统需进一步提高定位精度，消除定位盲区，增强抗干扰能力，多系统融合发展，更好满足各种类型的导航和定位需求，有效提高应用效率，才能在未来的星际导航服务上发挥越来越重要的作用。

6结语

现阶段，世界范围内的现代卫星导航系统占据着重要位置，这在新时期，时空信息与人类生活的联系将更加紧密，现代卫星导航系统也必将不断实现创新进展。

参考文献：

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[2]蔡先续.现代卫星导航系统技术特点与发展趋势探究[J].智库时代，2017（05）：146-147.

[3]陈忠贵，帅平，曲广吉.现代卫星导航系统技术特点与发展趋势分析[J].中国科学（E辑：技术科学），2009，39（04）：686-695.