卫星导航系统技术特点与发展趋势介绍

中国科学 E辑: 技术科学 2009年 第39卷 第4期: 686 ~ 695 www.wendangwang.com tech.scichina.com

《中国科学》杂志社

SCIENCE IN CHINA PRESS

现代卫星导航系统技术特点与发展趋势分析

陈忠贵*, 帅平, 曲广吉

中国空间技术研究院总体部, 北京 100094 * E-mail: chenzhonggui@cast.cn

收稿日期: 2008-08-23; 接受日期: 2008-10-17

国家高技术研究发展计划(“863”计划)(批准号: 2008AA12Z304)资助项目

摘要 简要介绍了美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧洲Galileo系统、中国北斗卫星导航系统、以及日本和印度的区域卫星导航系统的发展状况. 重点研究了GPS系统星座维

关键词

卫星导航系统 星座维持 自主导航 星间链路 导航信号调制

持、有效载荷、自主导航、信号调制和地面站改造等最新技术特征, 以及GPS Ⅲ系统技术

及研究进展, 分析论证了卫星导航系统技术的发展趋势, 为我国卫星导航系统建设规划提供参考.

现代战争以陆、海、空、天一体化战场环境为其主要特征, 在空间攻防对抗中卫星导航系统为各类运载工具和先进武器提供高精度时空基准和精确制导信息. 近10余年来, GPS系统在几次局部战争中的成功实践, 充分展示了现代卫星导航系统的重大军事利用价值; 同时, GPS在国民经济的各个领域得到广泛应用, 已发展成为对全球经济有相当影响的巨大产业, 倍受世界各国关注. 目前, 已建成和正在规划建设的卫星导航系统除美国的GPS系统外, 还有俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统、中国的北斗卫星导航系统、以及日本和印度的区域卫星导航系统.

本文在简要论述现代卫星导航系统技术发展现

定位精度, 增强系统的连续性、完好性、可用性、抗干扰性和自主生存能力, 美国积极推进GPS系统的

现代化, 使之成为国际卫星导航的标准系统. GPS系

统现代化采取的技术措施和步骤包括: (1)关闭选择可用性(SA)软件; (2)新增军用M码和民用L2C码; (3)增设民用频率L5; (4)实施新一代GPS Ⅲ系统计划[1]. 当前, 正处于GPS系统现代化的第2阶段, 部署现代化

改造卫星系列Block ⅡR-M.

截至2007年7月, GPS星座拥有30颗在轨运行卫

星, 包括15颗Block ⅡA卫星、12颗Block ⅡR卫星

和3颗Block ⅡR-M卫星. 其中, 在第1~4轨道面上

各有5颗卫星; 在第5轨道面上有4颗卫星; 在第6轨道面上有6颗卫星. 当前的GPS星座已不是早期设计的经典Walker 24/3/2星座构形, 而是趋向于一种6个轨道平面的卫星均匀分布与非均匀备份混合星座构形[2]. 这样的星座设计能够保证导航卫星信号的全球连续性覆盖, 满足系统可用性指标要求, 有利于实现接收机自主完好性监测(RAIM), 获得安全可靠的高精度导航信息.

用户测距误差(URE)是评价卫星导航系统性能的关键指标, 与卫星导航系统地面控制部分和空间

状基础上, 重点研究近年来GPS系统的最新技术特

征, 以及GPS Ⅲ系统技术与发展规划, 并分析论证

卫星导航系统技术的发展趋势, 为我国卫星导航系统建设规划提供参考.

1 卫星导航系统发展状况

1.1 美国的GPS系统

自2000年以来, 为了进一步提高GPS系统导航

686