卫星导航系统的特点及构成

导航，是指实时测定运动载体或人员的位置和速度，并引导其沿一定的航线到达目的地的方法。导航技术最先被用于海上航行。因为在茫茫的海上，根本不可能像在陆地那样找到可供利用的参考物。随着科学技术的发展，导航技术的应用对象又被扩大至飞机、导弹、飞船、坦克、车辆和单兵等，导航过程中应能够随时提供反映载体运动状态的位置、速度、姿态以及相对于航行目的地的其他一些参数，以便于载体沿着航行安全、用时较短、费用经济的路线到达目的地。

（一）卫星导航系统概述

卫星导航系统，是把导航台设置在人造卫星上的一种导航系统，从卫星上连续发射无线电信号，为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。由于卫星离地高度很高，因此其辐射的无线电波的覆盖区域很大，只要有一定数量的导航卫星，即可为全球提供不受天气、时间变化影响的导航服务。与利用恒星进行导航的天文导航不同，天文导航只能进行测角，而卫星导航由于可在人造卫星上装备无线电发射机，因此可以对用户与卫星之间的距离及距离变化率进行测量，并由此确定用户的位置。

（二）卫星导航系统构成

以GPS为例，卫星导航系统一般由空间控制部分、地面控制部分和用户装置部分组成。

1．空间控制部分

导航卫星装有专用的无线电导航设备，用户接收导航卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数，求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标（二维或三维坐标）和速度矢量分量。由数颗导航卫星构成导航卫星网（导航星座），具有全球和近地空间的立体覆盖能力，实现全球无线电导航。导航卫星按是否接收用户信号分为主动式导航卫星和被动式导航卫星；按导航方法分为多普勒测速导航卫星和时差测距导航卫星；按轨道分为低轨道导航卫星、中高轨道导航卫星、地球同步轨道导航卫星。

2．地面控制部分

由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成。

3．用户装置部分

主要由GPS接收机和卫星天线组成。GPS接收机，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型，根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

现有的卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略和中国的北斗四个全球卫星导航系统等。因此，地球上任何地方、任何时候都可以至少看到任何一个系统的5颗卫星，最多时可看到11颗。所以，用任何一个系统都能求得自己的准确位置和准确时间。目前，GPS系统运行正常，应用技术发展较充分，用户设备普及，在军事和民用方面成效巨大，已经逐步占据了全球定位于时间基准（时间基准，就是在当代被人们确认为是最精确的时间尺度，长期以来人们一直在寻求着这样的时间尺度）的位置。

（三）卫星导航系统的特点(www.xing528.com)

1．覆盖区域广

卫星导航系统能为全球任何地点和近地空间提供连续的导航能力，是其他任何导航系统无法比拟的。

2．测量精度高

卫星导航系统能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确的时间信息。

3．观测时间短

卫星导航系统用于快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15千米以内时，只需观测1～2秒；用于动态相对定位时，流动站开始作业前先观测1～2秒，然后可以随时定位，每站观测仅需几秒钟。

4．造标费用低

卫星导航系统测量不需要测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可。因此，可以节省大量的造标费用。

5．抗干扰能力强

卫星导航系统导航信号是用导航电文和伪随机码去调制高频载波而得到的，使导航信号的宽度被扩展，进而调制高频载波，实现码分多址，从而使卫星导航信号具有码分多址抗干扰性强的基本特点。

6．操作简便

卫星导航系统测量的自动化程度很高，在观测中观测员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据，其他的观测和数据记录等均由仪器自动完成。此外，卫星导航系统测量设备的体积小、重量轻，携带和搬运方便，大大减轻了测量者的劳动强度。