【摘要】从全球定位系统诞生之时起，随着全球经济文化的进步，GPS系统在当代人们的生活中起到的作用变得越来越重要。不管是在汽车导航、航空导航、科学研究还是现代军事作战中，GPS其广泛而深入的可应用能力越来越受到各国政府的高度重视。随着美国GPS系统的完成，欧盟、俄罗斯、中国等GPS导航系统的建立，全球开始进入全球卫星定位系统高速发展的时代。本文从中国GPS导航与外国GPS导航的优势对比入手，简明阐述分析了中国与各国在GPS导航上各自的特点及差异。
【关键词】中国；外国；GPS；全球定位系统；优势；差异
一、全球定位系统的发展及基本工作原理
（一）、全球定位系统的诞生和发展
最早期的卫星定位系统是美国和前苏联两国以多普勒原理建成了两个类似的初级卫星导航系统。1964年，美军正式投入使用了第一代的卫星定位导航系统——子午仪卫星定位系统，这种系统为后来美国GPS的研制提供了宝贵的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性。
而前苏联于1979年建成自己的第一代卫星定位导航系统——圣卡达。之后，美国和前苏联两国以RNSS原理相继建成了第二代卫星无线电导航系统。
1973年，美国国防部正式提出了GPS全球卫星导航系统，宣告了全球定位系统的诞生。经过之后的20余年的研究实验，美国在1994年实现了全球24颗GPS卫星星座的布设。美国的全球定位系统终于在1995年正式投入运行。
前苏联于20世纪70年代提出并开始建设“格洛纳斯”卫星导航系统。在1990年苏联解体后，俄罗斯继承并继续了“格洛纳斯”的建设工作。1995年12月，“格洛纳斯”星座布设完毕。
在此之后，各国开始竞相提出自己的全球卫星导航定位系统，全球卫星导航定位系统开始蓬勃发展。
（二）、全球定位系统的基本工作原理
通过测量已确定位置的GPS卫星到用户接收机之间的距离，再进行多颗GPS卫星数据的综合分析，就可在一定精度范围内确定用户接收机的位置。通过查询星载时钟所记录的时间，便可在卫星星历中查出GPS卫星的位置。而通过记录卫星信号传播到用户所经历的时
间，乘以光速，便可得到卫星到用户之间的距离。GPS卫星会不断地发射由伪随机码组成的导航电文。当用户接收机接受到导航电文时，通过提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
二、各国GPS导航简介及发展
（一）、中国“北斗”卫星定位导航系统简介及发展
“北斗一号”卫星导航系统的设计方案于1983年提出，1994年国家批准立项。2003年中国完成“北斗一号”导航系统的基本建设，成为世界上第三个拥有完整区域性卫星导航定位系统的国家。2004年“北斗一号”正式开放使用。2004年国家批准“北斗二号”计划。“北斗二号”采用无源定位导航、通信和授时，覆盖亚太区域，将克服“北斗一号”系统的缺点和不足。2009年至2011年中国成功发射了12颗卫星，基本组成亚太地区上空的区域定位系统。中国计划在“北斗二号”的基础上，再用近5年时间，发射18颗卫星，争取在在2015年完成全部发射布设任务，从而完成由5颗地球同步轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的“北斗”全球导航定位系统的卫星星座，形成覆盖全球的卫星导航定位系统。
（二）、美国GPS导航系统简介及发展
美国在1994年实现了全球24颗GPS卫星星座的布设，1995年正式投入运行。为应对GPS导航在民用上显示出的巨大的商业前景并保持GPS系统在国际民用卫星导航服务市场的主导地位，1999年1月，美国政府提出了GPS民用服务现代化的计划，并与2000年正式取消了SA政策，使得民用GPS实时定位和导航的精度在全球范围内由100米提高到10米，从此确立了美国在全球定位系统上的领先地位。2005年至2008年美国又发射了8颗M卫星，基本完成了GPS现代化的第二步计划。2008年，美国又计划于2016年前发射约18颗F卫星，从而实现GPS第三步现代化战略。GPS现代化的第四步将在2021年前后完成。
（三）、欧盟“伽利略”卫星定位导航系统简介及发展
为摆脱对美国GPS导航的依赖，1998年，欧盟提出了“伽利略”全球卫星导航系统计划。2002年3月欧洲开始“伽利略”计划。2004年10月，中国与欧盟在北京正式签署合作协议，成为“伽利略”计划的第一个非欧盟成员国。之后陆续有10多个国家与欧盟签署了合作项目协议。2005年12月28日和2008年4月25日，欧盟分别成功发射了两颗“伽利略”实验卫星。2010年11月至2011年初，欧盟继续发射了4颗“伽利略”在轨验证卫星。2010年1月26日，总
部设在法国戛纳的泰雷兹阿莱尼亚宇航公司在欧洲空间中心签下了一份2010至2016年为伽利略系统提供支持服务的合同，整个伽利略计划可望在2014年的前期完成。
（四）、俄罗斯“格洛纳斯”卫星定位导航系统简介及发展
1993年俄罗斯开始独自建立本国的“格洛纳斯”卫星导航定位系统。1995年12月，“格洛纳斯”卫星导航定位系统正式建成。然而“格洛纳斯”计划由于资金和技术上的支持不足，导致多数卫星提前失效。2001年时，整个“格洛纳斯”系统只剩下8颗在轨卫星。为应对全球卫星导航定位系统的发展与国际竞争，2003年俄罗斯开始了“格洛纳斯”系统的现代化进程。2011年11月4日，俄罗斯将首批3颗“格洛纳斯”新型M卫星发射升空。整个“格洛纳斯”现代化计划预计将于2015年完全建成。目前，俄罗斯正在研制第三代导航卫星——K卫星。
三、各国GPS导航系统的对比
（一）、各国GPS导航系统的特点及各自的优势
美国GPS导航定位系统研究试验时间长，经验丰富，经费充足，科技先进，且经过这么多年的运行和改善，其技术已越来越成熟，其它国家难以在短时间内将其真正超越。目前美
国的GPS星座采用了一种混合星座构形，保证了GPS卫星信号的全球多重覆盖，使得其导航精度大大提高。GPS BLOCK II R卫星还具有星座站位保持及自主导航技术，大大提高了GPS导航系统的整体工作效率。
“格洛纳斯”系统目前在卫星利用效率上以及民用开发上还远远不及美国的GPS系统。然而“格洛纳斯”系统却采用与GPS系统完全不同的参考时间系统、参考坐标系统、广播星历内同以及区分卫星方式。由于这种设计上的特点，使得俄罗斯军方在导航作战中可以完全实现自主独立导航，其信号的保密程度也较高。
“伽利略”系统采用过去GPS系统采用的Walker星座构形，能保证较好的导航定位精度。但是这样的星座构形却对卫星故障十分敏感，致使系统的可用性和完整性得不到保证。“伽利略”系统采用了新型的二进补偿载波调制技术，这种调制技术使“伽利略”卫星系统具有较好的抗多路径效应，能降低码噪声，并且还易于信号的跟踪。“伽利略”系统在民用上的程度要更加广泛和深入，其根据用户需求和市场分析，能为用户提供5中基本的服务方式：开放服务；商业服务；生命安全服务；公共管理服务；搜救服务。就定位精度而言，建成后的“伽利略”系统将拥有世界上最高的导航定位精度。
中国目前已完成建设的第一代卫星导航定位系统——“北斗一号”，具有与现行卫星导航不同的卫星导航体制。“北斗”卫星导航定位系统采用卫星对用户进行双向测距的主动式导航系统，可以进行区域性的导航定位与授时服务，能对静止用户和中、低态用户进行导航定位服务。“北斗一号”系统主要由2颗工作卫星、1颗备用卫星以及地面控制中心和用户终端3个部分组成，投资少，见效快，用户接收机设计简单，比较适合欠发达地区的建设和使用。
（二）、中国与其它国家GPS导航系统上的差异与不足
目前中国正在使用的“北斗一号”卫星导航定位系统与国际上先进的卫星导航定位相比还存在许多缺点和不足。“北斗”系统的工作卫星基本都位于赤道面上，星座构形过于简陋，导航定位精度得不到保证，最大时可达数百米的误差。“北斗”系统的用户接收机设计也不够精简，不具备便携的特点，且价格昂贵，目前民用市场前景不宽阔。而且“北斗一号”系统目前仅能覆盖中国东南沿海及周边区域，应用范围太过狭窄。“北斗一号”系统的工作卫星只有两颗，因此不存在冗余信息，使得导航定位误差不能有效消除。“北斗一号”系统也无法对高动态用户进行服务，所以目前其还无法投入军事应用。而且由于“北斗一号”是对用户进行双向测距的主动式导航系统，所以在使用“北斗一号”系统导航时会存在时间延迟、系统安全性差、用户隐蔽性差、用户容量有限以及使用不便等问题。
结论
目前卫星导航定位系统在全球范围内都备受重视，随着欧盟、中国、俄罗斯以及美国等国家对全球卫星导航定位系统相关计划的推出，全球导航定位系统已经进入了蓬勃发展全面竞争的时代。为顺应时代要求，更好的实现我国的现代化，在中国“北斗”卫星导航定位系统的建设中，中国需要加大投资研究力度，积极开展同该领域内先进国家组织的合作，从而使“北斗”系统完成质的飞跃，彻底摆脱对国外全球卫星导航定位系统的依赖。
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