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

　　全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)

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

　　表1 四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)對比

　　(1)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

　　北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)完全由我國自主研制生產，可為用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務并具有短報文通信能力，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。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，標志著北斗系統(tǒng)進入實質性的運作階段。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載火箭(及遠征一號上面級)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、十四顆組網衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)距離提供全球服務的目標更進一步。我國北斗系統(tǒng)制定了三步走計劃(國內覆蓋-亞太地區(qū)覆蓋-全球覆蓋)，預計到2020 年，將完成北斗三代 35 顆衛(wèi)星發(fā)射組網。 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的優(yōu)勢明顯：采用三頻信號，安全系數(shù)高;搭載了最先進的銣原子鐘，定位精準度高;具有短報文功能，能夠實現(xiàn)雙向通訊;系統(tǒng)兼容，未來普及度高。隨著技術的不斷更新?lián)Q代，北斗系統(tǒng)未來會成為世界上定位最廣最準、效勞功用最高、穩(wěn)定性最好的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

　　表2 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展計劃

　　資料來源：興業(yè)證券

　　(2)全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)

　　美國的GPS系統(tǒng)已經運行了三十多年，是目前全世界上部署最完善、技術最先進、定位精度最高、普及程度最廣的衛(wèi)星導航系統(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。GPS衛(wèi)星已經發(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，可迅速關閉特定地理位置的導航信號發(fā)送，同時也實現(xiàn)了軍用頻段和民用頻段的徹底分離。

　　(3)格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)

　　格洛納斯是由原蘇聯(lián)國防部獨立研制和控制的第二代軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是全球第二個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，1996年正式建成運行。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。進入21世紀，俄羅斯開始進行格洛納斯的現(xiàn)代化建設工作，格洛納斯最終在2011年年底全面恢復運行。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，因而具有更強的抗干擾能力。

　　(4)伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)

　　伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建設計劃于1999年公布、2002年正式啟動。伽利略系統(tǒng)的標準配置為27顆工作衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星。2003年，中國曾經斥資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。隨后伽利略經歷了衛(wèi)星制造公司制造能力不足、特許經營權談判破裂、資金缺口、發(fā)射失敗等種種挫折，目前歐盟已經將伽利略系統(tǒng)投入全面運行時間推遲到了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)星導航系統(tǒng)的技術發(fā)展方向

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

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

　　(2)GNSS-R技術。GNSS-R是利用GNSS反射信號反演目標物理參數(shù)的遙感技術。目前，GNSS-R在理論、技術等方面都日趨完善。硬件上，采用開環(huán)GNSS-R 接收機，高速率采樣，從而實現(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 成像理論進行GNSS-R 成像探測的應用。

　　(3)GNSS掩星技術。GNSS無線電掩星觀測技術是通過在低軌衛(wèi)星上安置GNSS接收機，接收因掩星事件產生的大氣折射信號，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)星轉變?yōu)槎囝w低軌道衛(wèi)星，從僅對GPS衛(wèi)星進行掩星觀測轉變?yōu)閷Χ鄠€GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星進行掩星觀測，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。掩星觀測技術將向以星載掩星為主體、機載掩星和山基掩星為輔助的方向發(fā)展。

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

　　(5)多頻多系統(tǒng)聯(lián)合定位技術。多頻觀測值的應用以及多系統(tǒng)聯(lián)合定位的實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)，增強衛(wèi)星幾何強度，減少或消除單系統(tǒng)導航定位產生的系統(tǒng)誤差，從而提高定位精度及可靠性。