全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是指能為用戶提供地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)、全時段的三維坐標(biāo)、測速以及授時服務(wù)的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅是關(guān)系著國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，也是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)，在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等方面具有重要的意義。當(dāng)前，大國都在積極部署自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以謀求軍事、經(jīng)濟(jì)的獨(dú)立權(quán)。美國、俄羅斯、中國、歐洲已經(jīng)擁有了自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，占領(lǐng)了戰(zhàn)略先機(jī)和發(fā)展高地，日本、印度等國也不甘落后，正在努力探索建設(shè)本國區(qū)域性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能各有側(cè)重、特點(diǎn)鮮明，美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯開發(fā)時間早、精度高，廣泛應(yīng)用在軍事、民用領(lǐng)域;歐洲的伽利略系統(tǒng)先進(jìn)、安全系數(shù)高;中國的北斗即將完成全部組網(wǎng)，系統(tǒng)兼容、操作便利，未來有巨大的應(yīng)用空間。

　　表1 四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對比

　　(1)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完全由我國自主研制生產(chǎn)，可為用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)并具有短報(bào)文通信能力，包括空間端、地面端和用戶端三部分，空間端由5顆GEO衛(wèi)星、27顆MEO衛(wèi)星和3顆IGSO衛(wèi)星完成組網(wǎng)。與美國相比，我國北斗系統(tǒng)研制起步非常晚，1994年才啟動北斗一號的研制。2007年4月，第一顆北斗衛(wèi)星成功發(fā)射，標(biāo)志著北斗系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的運(yùn)作階段。2017年11月，北斗三號衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗系統(tǒng)開啟了全球組網(wǎng)的序幕。2018年9月20日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭(及遠(yuǎn)征一號上面級)以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第三十七、三十八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。這兩顆衛(wèi)星屬于中圓地球軌道衛(wèi)星，是我國北斗三號系統(tǒng)第十三、十四顆組網(wǎng)衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)距離提供全球服務(wù)的目標(biāo)更進(jìn)一步。我國北斗系統(tǒng)制定了三步走計(jì)劃(國內(nèi)覆蓋-亞太地區(qū)覆蓋-全球覆蓋)，預(yù)計(jì)到2020 年，將完成北斗三代 35 顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢明顯：采用三頻信號，安全系數(shù)高;搭載了最先進(jìn)的銣原子鐘，定位精準(zhǔn)度高;具有短報(bào)文功能，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通訊;系統(tǒng)兼容，未來普及度高。隨著技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，北斗系統(tǒng)未來會成為世界上定位最廣最準(zhǔn)、效勞功用最高、穩(wěn)定性最好的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　表2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃

　　資料來源：興業(yè)證券

　　(2)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　美國的GPS系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了三十多年，是目前全世界上部署最完善、技術(shù)最先進(jìn)、定位精度最高、普及程度最廣的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，GPS共有在軌工作衛(wèi)星32顆，提供軍民兩個等級的服務(wù)。GPS衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)展到了第三代，與第二代衛(wèi)星相比，精度上提高了三倍，抗干擾能力提高了八倍，壽命增加一倍。GPSIII還增加了數(shù)據(jù)上行功能，可迅速關(guān)閉特定地理位置的導(dǎo)航信號發(fā)送，同時也實(shí)現(xiàn)了軍用頻段和民用頻段的徹底分離。

　　(3)格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　格洛納斯是由原蘇聯(lián)國防部獨(dú)立研制和控制的第二代軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是全球第二個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，1996年正式建成運(yùn)行。隨著蘇聯(lián)解體，格洛納斯系統(tǒng)缺乏資金無以為繼，衛(wèi)星數(shù)量大減。進(jìn)入21世紀(jì)，俄羅斯開始進(jìn)行格洛納斯的現(xiàn)代化建設(shè)工作，格洛納斯最終在2011年年底全面恢復(fù)運(yùn)行。格洛納斯的優(yōu)勢在于衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率不同，可以有效地防止敵方的干擾，因而具有更強(qiáng)的抗干擾能力。

　　(4)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建設(shè)計(jì)劃于1999年公布、2002年正式啟動。伽利略系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置為27顆工作衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星。2003年，中國曾經(jīng)斥資2.7億美元伽利略系統(tǒng)的開發(fā)，但到2007年中國政府果斷選擇了退出。隨后伽利略經(jīng)歷了衛(wèi)星制造公司制造能力不足、特許經(jīng)營權(quán)談判破裂、資金缺口、發(fā)射失敗等種種挫折，目前歐盟已經(jīng)將伽利略系統(tǒng)投入全面運(yùn)行時間推遲到了2020年。伽利略系統(tǒng)是世界定位精度最高的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供米級的定位精度信息，比GPS精確十倍，但系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生故障。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向

　　近幾年，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)呈現(xiàn)了快速迭代的趨勢，從單一的GPS接收機(jī)向多系統(tǒng)兼容接收機(jī)轉(zhuǎn)變，從以衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用為主體向定位、導(dǎo)航、授時以及移動通信和因特網(wǎng)等信息載體融合轉(zhuǎn)變。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向主要包括：

　　(1)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)不斷完善，大大提高了導(dǎo)航定位的精度、范圍和實(shí)時性，未來將會向長壽命、抗干擾、抗打擊能力以及提高自主運(yùn)行能力方向發(fā)展。導(dǎo)航定位接收機(jī)將會向微型化、智能化方向發(fā)展。

　　(2)GNSS-R技術(shù)。GNSS-R是利用GNSS反射信號反演目標(biāo)物理參數(shù)的遙感技術(shù)。目前，GNSS-R在理論、技術(shù)等方面都日趨完善。硬件上，采用開環(huán)GNSS-R 接收機(jī)，高速率采樣，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度接收性能;采用陣列接收天線，以便得到高分辨的方向性;軟件上，基于DDM 理論和雙站SAR 成像理論進(jìn)行GNSS-R 成像探測的應(yīng)用。

　　(3)GNSS掩星技術(shù)。GNSS無線電掩星觀測技術(shù)是通過在低軌衛(wèi)星上安置GNSS接收機(jī)，接收因掩星事件產(chǎn)生的大氣折射信號，以此反演大氣參數(shù)。未來的掩星觀測系統(tǒng)將從單顆低軌衛(wèi)星轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝w低軌道衛(wèi)星，從僅對GPS衛(wèi)星進(jìn)行掩星觀測轉(zhuǎn)變?yōu)閷Χ鄠€GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星進(jìn)行掩星觀測，獲取的大氣掩星觀測數(shù)據(jù)數(shù)量更多、分布更為均勻。掩星大氣探測范圍更深入地面，探測精度更高。掩星觀測技術(shù)將向以星載掩星為主體、機(jī)載掩星和山基掩星為輔助的方向發(fā)展。

　　(4)組合導(dǎo)航技術(shù)。未來的組合導(dǎo)航系統(tǒng)形式將更加多樣化、集成化、智能化。目前，INS/GPS組合仍將是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的首選方式，地基無線電導(dǎo)航技術(shù)仍作為衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的有效備份和補(bǔ)充。未來發(fā)展中，地形輔助導(dǎo)航技術(shù)將不斷提高性能，并且將會開發(fā)新的地形匹配方法、拓展應(yīng)用范圍，此外，聲吶導(dǎo)航、水下電場導(dǎo)航、地磁與電磁導(dǎo)航、重力與重力梯度導(dǎo)航技術(shù)也將不斷提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。

　　(5)多頻多系統(tǒng)聯(lián)合定位技術(shù)。多頻觀測值的應(yīng)用以及多系統(tǒng)聯(lián)合定位的實(shí)施將為用戶提供更多的備選組合觀測值，增加可見衛(wèi)星數(shù)，增強(qiáng)衛(wèi)星幾何強(qiáng)度，減少或消除單系統(tǒng)導(dǎo)航定位產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，從而提高定位精度及可靠性。