卫星导航系统哪家强？一文带你读懂全球卫星导航系统的现状与特点
导读：我国自主研发的北斗卫星导航系统是继美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS）与俄罗斯全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GLONASS）之后世界上第三套成熟的卫星导航系统，再加上欧洲伽利略导航系统，目前世界上共有四大成熟的卫星导航系统。本文将简要介绍北斗系统（北斗卫星导航系统简称）基本情况，并与世界上其他三大卫星导航系统的性能特点进行比较分析，在此基础上对推动我国卫星导航系统的进一步发展提出自己的几点思考。
图1. 北斗系统卫星资料图
一、北斗卫星导航系统基本情况
北斗系统是中国独立研发、自主运营的空间基础设施，在多个科研单位与部门的合作下，推动了北斗系统从设计到建设、从运营到维护、从实用到推广的全面建设。自20世纪80年代起，我国开始探索适合中国国情的卫星导航系统发展建设道路，创造性提出“三步走”发展战略：2000 年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012 年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；计划 2020年前后，建成北斗三号系统，向全球提供服务。2035 年前，将以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系。
截至2020年1月，北斗系统共发射卫星53颗。目前北斗三号系统在轨运行33颗，总建成后将有30颗静止卫星和5颗备用卫星。就在2019年12月15日，随着第52、53颗卫星的成功发射后，预计今年再发射2颗卫星即可全部建设，彼时北斗卫星系统的重心将从卫星发射与框架构建转型到基础应用开发与扩展、系统维护与升级等阶段。
图2. 北斗系统卫星分布
中国卫星导航系统管理办公室发布报告《201812 北斗卫星导航系统应用案例》称，我国正积极培育北斗系统的应用开发，打造由基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的产业链，具有广阔的运用前景和竞争优势。事实上，自北斗一号建成以来，北斗系统就面向社会大众提供基本服务，产生了良好的社会与经济效益。就目前来说，北斗系统在气象水文、抗震救灾、交通运输、信息通信、农林渔业、公共安全、电子商务、智能手机应用与智能穿戴等领域发挥了广泛而又有效地运用，为提高人民福祉和安全指数做出了突出贡献，为国家基础设施建设与民生建设提供了坚实的保障力量。
二、四大卫星导航系统的性能对比
我国北斗系统从提出设计至今，已经取得了长足的进展，在世界卫星导航领域发挥着越来越重要的作用，但不能仅限于眼前的成功，正所谓“知己知彼、百战不殆”，学习了解其它导航系统，着眼于现实利弊，才能为北斗系统自身定位和未来发展方向提供更加清晰明确的判断与思路。下文将简要介绍全球其他三大卫星导航系统，然后从卫星数量、精度、造价等多方面对个导航系统进行对比分析。
美国全球定位系统（GPS）：
GPS是世界上最早、综合性能最优的导航系统，该系统从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资约300亿美元，于1994年全面建成，总计27（24颗运行、3颗备用）颗卫星，全球覆盖率高达98%。该系统具备多重优点，全球性、全天时、全天候并且精度高，系统操作性强，可以提供两个等级的服务以实现军民两用。根据GPS World杂志统计，GPS的应用已经超过500种，预计今后数年市场仍将以超过25%的年平均增长率发展，该系统在全世界范围内具有较大的影响力和市场占有率，是北斗系统进一步发展的强劲对手。
图3. GPS卫星分布
俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）：
格洛纳斯全球导航卫星系统由苏联从20世纪80年代开始建设，现归俄罗斯空间局管理。该系统总计由30颗卫星组成，其中3颗备用，其余27颗均匀分布在3个轨道平面。此外，与北斗系统和GPS有所不同的是，GLONASS采用军民合用的方式，以信号编码不同区别军用与民用，用户不需要发射电磁信号即可实现定位，隐蔽性好。此外该系统多采用频分多址（FDMA）方式，区别于GPS每颗卫星频率都不相同，具有较强的抗干扰和生存能力。就目前来说，GLONASS的综合性能与应用开发都保持在较高水平，具有明显的竞争优势和潜力。
图4. GLONASS卫星分布
欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo）：
伽利略卫星导航系统是世界上第一次基于民用的全球卫星导航系统，为打破欧洲对美国GPS的依赖，欧盟于1999年首次公布该计划，目前总投入34亿欧元。该系统共采用30颗同高度卫星，分三条轨道，每条轨道9颗正式使用，1颗备用。因经济因素及成员国之间的分歧，伽利略计划几经推迟，但仍于2008年开始运营，为欧盟的工业和商业上带来了可观的经济效益，在提升欧盟国际地位的同时，也为将来建设欧洲独立防务创造条件。
图5. 伽利略系统卫星分布
四大系统综合性能比较：
注：表中数据均来自于网络公开资料，其中精度部分均为最优精度，卫星数量为原设计或最新规划的最终数量，伽利略系统定时精度为理论最优值、测速精度未知。
三、关于北斗未来发展的几点思考
如何保证北斗系统更加地安全可靠？
中国北斗系统的发展从来都不是一帆风顺的。据悉，北斗系统曾遭受过各类干扰的威胁，全国各地在S频段、C波段等频点上出现了干扰信号。此外北斗二号首颗卫星发射后不久，就因遭受强烈干扰而信号中断。后经多家国内研究机构的努力攻关下，于2008年初突破星上干扰的一系列关键技术，极大地提高了北斗卫星的抗干扰能力。然而干扰信号对于北斗而言只是众多潜在危险的一种，针对更加人为的干扰、空间碎片，甚至于反卫星而言，北斗的安全性仍然存在较大威胁。作为国之重器、国家战略地位的重要砝码与国家安全的基础建设，北斗系统的安全关系着国家发展的方方面面，保证北斗系统的安全可靠是北斗未来需要持续重视的领域。
如何推进北斗系统国内应用的全面发展与完善？
我国于2016年开展北斗立法工作，制定《卫星导航条例》，并将其列入《国务院2016年立法工作计划》之中。本想通过北斗立法来实现北斗相关行业的爆炸式增长，然而在北斗民用领域，除了几家龙头企业盈利可观外，大部分小型企业可以用“乱散杂”来形容，且利润微薄，部分从事北斗芯片研发的公司，因成本过高相继退出。北斗金控肖鹏麟曾发表言论，称北斗行业在市场上面临三大困境：一是市场化进程缓慢；二是国内北斗产业散乱；三是北斗民用市场接受度不高。除了GPS等系统的先入为主外，造成这一现象的关键还在于北斗的实用体验不如GPS、北斗相关条例的不完善等原因。所以推动北斗系统的进一步发展和应用，升级北斗终端系统和基础应用建设、创新商业模式产业链构造、完善相关条例
如何有效扩宽北斗系统的海外市场？
北斗系统自运营至今，在国内外已经开拓了长远而有效的市场，但与美国GPS和俄罗斯GLONASS相比仍有很大差距。事实上，北斗系统相关产品已输出90余个国家，比如印度尼西亚土地确权应用、新加坡施工打桩应用、俄罗斯电力巡检应用等，但不论从应用广度和深度而言，都还存在很大提升空间。美国GPS和俄罗斯GLONASS开发运营早，占据了天然的空白市场，天时方面具有极大的优势，而对于北斗而言，国内市场尚可占据地利人和，海外市场的扩宽在失去了先机的条件下实际上难以推进。随着国家“一带一路”倡议的推进，以北斗为代表的国家高科技产品在一带一路沿线国家得到了较快的发展。切实推进北斗的国际推广，建立北斗与其它导航系统的合作，对北斗的走出去而言具有重要意义。
THE END
文字 | 沈蒙蒙（国防科技大学电子科学学院研究生，1066648848@qq.com）
图片 | 来源于网络
编辑 | 宛建峰
审阅 | Q、黄洋
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