浅析GNSS发展现状及应用

摘要： 文章主要介绍了GNSS的组成部分GPS、GALILEO、GLONASS、北斗卫星导航系统的发展现状，以及GNSS在现代测绘、交通、公共安全和救援和现代农业各领域的运用，通过介绍GNSS在各个领域的应用我们可以看出，应用GNSS可以给生活或者生产带来巨大的改变。GNSS应用产业具有高技术、高投入、高附加值、高成长性的特点，随着GNSS技术向民用的开放，GNSS必将成为继通信、互联网之后的信息产业第三个新的增长点和国家综合国力的重要组成部分。通过对我国GNSS农业生产的计划和展望，应用GNSS必定会为我国的农业发展以及社会经济的发展带来巨大的推动作用。

Abstract： This article mainly introduces the development status of the GNSS component of GPS， GALILEO， GLONASS， Beidou satellite navigation system， as well as GNSS in modern surveying and mapping， traffic， public security and rescue and other fields of modern agriculture use， through the introduction of GNSS application in various fields， we can see that， application of GNSS can bring the huge change give life or production. Application of GNSS industry with high technology， high investment， high added value， high growth characteristics， along with the GNSS technology to the civil open， an important part of GNSS communication， the Internet will become the information industry third new growth points and overall national strength. Through the plan and Prospect of GNSS in agricultural production in China， the application of GNSS will be for the development of China's agriculture and social economy a huge boost.

关键词： GNSS；GPS；伽利略；格洛纳斯；北斗卫星导航系统；发展现状；应用

Key words： GNSS；GPS；Galileo；GLONASS；Beidou navigation satellite system；development；application

中图分类号：TN967.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0204-02

0 引言

GNSS的全称是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），它是泛指所有的全球卫星导航系统以及区域和增强系统，它利用包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗卫星导航系统，美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时提供卫星的完备性检验信息（Integrity Checking）和足够的导航安全性告警信息。

1 GNSS发展及现状

GPS起始于1958年美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1964年投入使用。20世纪70年代，美国为给海陆空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，同事为了收集情报、应急通讯以及核爆检测等军事目的，海陆空三军联合研制了新一代的卫星定位系统GPS。到1994年经过20多年300亿美元的耗资，全球24颗GPS卫星星座已经布设完成，覆盖率高达98%。

1995年4月27日GPS宣布投入完全工作状态以后，翌年便启动GPS现代化计划，对系统进行全面的升级和更新。计划分为三步：第一步自2003年开始发射12颗BLOCK-Ⅱ R型卫星进行星座更新。第二部发射BLOCK-Ⅱ F型卫星替换GPS星座中老旧卫星，提升系统性能，首颗卫星于2010年5月28日发射，2012年10月4日发射第三颗。第三部发射BLOCK-Ⅲ型卫星，计划2014年发射首颗星，20年内完成满星座部署。GPS现代化实现后，将在很大的程度上提高GPS系统的安全性、连续性、可靠性和测量精度。

1999年初欧盟提出了伽利略（GALILEO）计划，并且在2002年3月正式启动了这项计划。但是在2010年欧盟委员会的一份报告中重新调整了伽利略计划的时间节点，将计划分为4个发展阶段：2002-2005年为定义阶段：主要是论证计划的必须要写、可行性以及具体的实施措施；2005-2011年为在轨验证阶段，其任务是成功研制、实施和验证伽利略空间段及地面段设施，进行系统验证。2011-2014年为全面部署阶段，包括制造和发射正式运行卫星，建成整个地面基础设施；2014年之后为开发利用阶段，提供运营服务，按计划更新卫星并进行系统维护等。但是根据欧盟委员会最新的报告称伽利略系统将于2014年投入使用的说法已经被，该计划在2017-2018年之前难以投入运行。

GLONASS（格洛纳斯）项目是苏联在1976年启动的项目，1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星，遭遇了前苏联解体，俄罗斯经济不景气，但始终没有中断过系统的研制和卫星的发射。终于1996年1月18日实现了空间满星座24颗工作卫星正常地播发导航信号。早期的GLONASS卫星只有3年的寿命，但是20世纪90年代后期的俄罗斯由于经济窘迫而长时间没有补充而导致卫星数目不断减少并且系统的性能急剧衰退。到了1998年2月仅仅剩下12颗卫星，情况最严重的是在2000年卫星的数目仅仅只有6颗。从1999年开始，俄罗斯陆续向GLONASS星座注入了两代寿命更长的GLONASS-M卫星，GLONASS正在逐步进入恢复阶段，截止到2009年12月，在轨运行GLONASS卫星已达19颗，已满足覆盖俄罗斯全境的需求，到2010年10月俄罗斯政府已经补齐了该系统需要的24颗卫星。莫斯科时间2011年11月4日俄罗斯航天部门使用一枚“质子-M”重型运载火箭，将3颗GLONASS-M卫星成功送入太空，使该系统在轨卫星群有28颗卫星，达到了设计水平。

“北斗卫星导航系统”一词一般用来特指北斗卫星导航第二代系统，也被称为北斗二号，是中国的第二代卫星导航系统，英文简称BDS，曾用名COMPASS。1983年中国开始筹划建设自主卫星导航定位系统。1994年中国正式开始北斗卫星导航试验系统（北斗一号）的研制，并在2000年发射了两颗静止轨道卫星，区域性的导航功能得以实现。2003年又发射了一颗备份卫星，完成了北斗卫星导航试验系统的组建。2004年，中国启动了具有全球导航能力的北斗卫星导航系统的建设（北斗二号），计划空间段由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星，并在2007年发射一颗中地球轨道卫星，进行了大量试验。2009年起，后续卫星持续发射，并在2011年开始对中国和周边地区提供测试服务，2012年12月27日完成了对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务，并预计将于2020年形成全球覆盖的能力，并提供导航定位和短报文通信服务。

日本现有两个相关系统，一个是2007年开始投入使用的MSAS卫星系统。MSAS系统由两颗静止卫星组成的，其中一颗作为备用。因为它发射的定位信号与GPS相同，可以作为一个GPS卫星被使用。MSAS卫星发射的导航电文能够对GPS定位进行补偿以提高精度和可靠性，是覆盖亚洲的地区性广域差分增强系统。日本计划不依赖美国GPS卫星，在2020年建立一个由7颗卫星组成的区域性定位系统――准天顶卫星系统。准天顶卫星系统则由3颗倾斜轨道卫星组成。通过轨道设计，使得从日本本土来看，在任何时间总能够有其中的一颗在接近天顶的位置，保证了在大楼林立的都市和山谷等地该卫星不会被遮挡。日本媒体号称其将GPS精度提高了300倍。

印度政府2007年9月11日批准了由美国雷神公司的帮助下实现了基于GPS的星基导航系统―静地轨道增强导航（GAGAN）系统。该系统将满足日益增长的空中交通导航的需要，加强航空导航能力，定位准确性良好。2006年7月4日印度空间研究组织（ISRO）宣布，在未来5-6年，印度将筹划研发本国卫星导航系统――“印度区域导航卫星系统”（IRNSS）。这将为印度提供独立于现有系统（如GPS）的卫星导航能力。该系统由7颗卫星（很可能进入静地轨道和/或椭圆轨道）和地面站组成。该项目的投资将列入印度的“十一五”计划。

2 GNSS的应用

2.1 测绘应用 GNSS目前已经广泛应用到地籍测量和工程测量、大坝和大型建筑物变形检测以及地壳运动观测、高精度大地测量和控制测量、水下地形测量以及道路和各种线路放样等领域，最重要的是相对于传统方法在进行山区大地测绘时，可以节约大量的人力、物力、财力以及时间。

2.2 交通应用 采用GNSS接收设备应用于空运方面可以使驾驶员能够准确的对准跑道着陆，同时还能够使飞机排列紧凑以提高机场的利用率，引导飞机安全进离机场。在水运方面应用GNSS可以实现船舶远洋导航和进港引水。在陆运方面租车服务、物流配送、出租车等行业利用GNSS技术对车辆进行跟踪以及调度管理，不仅能够以最快的速度响应用户的驾乘车或送货请求，最重要的是能够降低能源消耗而节约运输成本。今后，在城市中建立数字化交通电台，实时发播城市交通信息，车载设备通过GNSS进行精确定位，结合电子地图以及实时的交通状况，自动匹配最优路径，并实现车辆的自主导航。

2.3 公共安全和救援应用 在处理火灾、交通事故、犯罪现场以及交通堵塞的紧急事件中应用GNSS可以有效的提高事件的响应效率并且把损失降到最低。救援人员在人迹罕至以及条件恶劣的环境下通过GNSS的帮助可以对失踪人员进行有效的搜救和救援。当发生危险情况以及突况的时候，装有GNSS设备的交通工具能够做的及时定位和报警，使之能够更快更及时的得到救援。如果老人、孩童以及智障人员佩戴由GNSS、GIS与GSM整合而成的协寻装置而发射协寻事件时，及时在没有GNSS定位信号的室内，协寻装置也会自动由发射器送出GNSS定位信号而得知协寻对象的位置。

2.4 农业应用 当前在发达国家很多都在实行“精准农业耕作”即把GPS技术引入农业生产中。利用GNSS进行产量检测和土壤采集等对农田信息进行准确定位，通过计算机系统对采集的数据进行分析处理，根据分析处理的结果对农田进行有针对性的管理，然后把产量和土壤状态的信息载入带有GNSS设备的喷施器中，从而精确地对农田进行施肥和喷药。通过采用GNSS进行精准耕作能够有效的保证在尽量不减产的情况下降低农业生产的成本，这样不仅避免的资源的浪费，更降低了因施肥和喷洒农药施肥带来的环境污染。

3 结束语

在我国十二五重点规划的战略性新型产业即GNSS产业，2006-2009年以来实现了40%以上的年复合增长率。预计我国的GNSS产业在未来数年内将保持至少20-30%的复合增长，并且在2020年形成一个超过5000亿元的GNSS产业圈。随着我国GNSS产业进入了持续高速成长的阶段，因此，做好GNSS的技术以及研究和管理，对推动我国农业经济乃至社会经济都会起到巨大的推动作用。

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