寧津生，姚宜斌，張小紅

（1.武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079；2.武漢大學(xué) 地球空間環(huán)境與大地測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430079）

1 引言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （Global Navigation Satellite System，GNSS）是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶(hù)提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)［1］。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)目前已基本取代了地基無(wú)線電導(dǎo)航、傳統(tǒng)大地測(cè)量和天文測(cè)量導(dǎo)航定位技術(shù)，并推動(dòng)了大地測(cè)量與導(dǎo)航定位領(lǐng)域的全新發(fā)展。當(dāng)今，GNSS系統(tǒng)不僅是國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施［2］，也是體現(xiàn)現(xiàn)代化大國(guó)地位和國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。由于其在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等方面具有重要的意義，世界主要軍事大國(guó)和經(jīng)濟(jì)體都在競(jìng)相發(fā)展獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2007年4月14日，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆北斗衛(wèi)星，標(biāo)志著世界上第4個(gè)GNSS系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的運(yùn)作階段［3］，估計(jì)到2020年前美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等4大GNSS系統(tǒng)將建成或完成現(xiàn)代化改造。除了上述4大全球系統(tǒng)外，還包括區(qū)域系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)，其中區(qū)域系統(tǒng)有日本的QZSS和印度的IRNSS，增強(qiáng)系統(tǒng)有美國(guó)的 WASS、日本的MSAS、歐盟的EGNOS、印度的GAGAN以及尼日尼亞的NIGCOMSAT－1等。

未來(lái)幾年，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)全新的階段［4-5］。用戶(hù)將面臨4大全球系統(tǒng)近百顆導(dǎo)航衛(wèi)星并存且相互兼容的局面。豐富的導(dǎo)航信息可以提高衛(wèi)星導(dǎo)航用戶(hù)的可用性、精確性、完備性以及可靠性，但與此同時(shí)也得面對(duì)頻率資源競(jìng)爭(zhēng)、衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、時(shí)間頻率主導(dǎo)權(quán)競(jìng)爭(zhēng)以及兼容和互操作爭(zhēng)論等諸多問(wèn)題。為此，本文在介紹GNSS系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行綜合對(duì)比，并分析導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展以及我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 GPS

GPS是在美國(guó)海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)［1，6］。具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)功能，能為用戶(hù)提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間?，F(xiàn)今，GPS共有在軌工作衛(wèi)星31顆，其中GPS－2A衛(wèi)星10顆，GPS－2R衛(wèi)星12顆，經(jīng)現(xiàn)代化改進(jìn)的帶 M碼信號(hào)的GPS－2R－M和GPS－2F衛(wèi)星共9顆。根據(jù)GPS現(xiàn)代化計(jì)劃，2011年美國(guó)推進(jìn)了GPS更新?lián)Q代進(jìn)程。GPS－2F衛(wèi)星是第二代GPS向第三代GPS過(guò)渡的最后一種型號(hào)，將進(jìn)一步使GPS提供更高的定位精度。

GPS現(xiàn)代化進(jìn)程包括空間段、地面段和用戶(hù)段的現(xiàn)代化升級(jí)改造，目標(biāo)是極大地緩解當(dāng)前GPS存在的脆弱性問(wèn)題，為全球用戶(hù)提供高抗干擾、高定位精度和高安全可靠的服務(wù)。目前第三代GPS研發(fā)工作正在順利進(jìn)行，按計(jì)劃第一顆GPS－3衛(wèi)星將于2014年發(fā)射，整個(gè)GPS－3星座計(jì)劃將用近20年的時(shí)間完成，以此取代目前的GPS－2。第三代GPS將選擇全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，放棄現(xiàn)行的6軌道24顆衛(wèi)星星座的布局和結(jié)構(gòu)，計(jì)劃用33顆GPS－3衛(wèi)星構(gòu)建成高橢圓軌道 （HEO）和地球靜止軌道 （GEO）相結(jié)合的新型GPS混合星座。此外，在GPS第一導(dǎo)航定位信號(hào)上增設(shè)一個(gè)新的偽噪聲碼L1C碼，將為其它民用信號(hào) （L1C、L2C和L5）以及新的M碼信號(hào)的生成提供便利，從而使導(dǎo)航信息更具完整性，且精度和有效性得到提高。

2.2 GLONASS

GLONASS是由原蘇聯(lián)國(guó)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)［1］，該系統(tǒng)是繼GPS后的第二個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。項(xiàng)目從1976年開(kāi)始運(yùn)作，1995年整個(gè)系統(tǒng)建成運(yùn)行。隨著蘇聯(lián)解體，GLONASS系統(tǒng)也無(wú)以為繼，到2002年4月，該系統(tǒng)只剩下8顆衛(wèi)星可以運(yùn)行。2001年8月起，俄羅斯在經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇后開(kāi)始計(jì)劃恢復(fù)并進(jìn)行GLONASS現(xiàn)代化建設(shè)工作，GLONASS導(dǎo)航星座歷經(jīng)10年癱瘓之后終于在2011年底恢復(fù)全系統(tǒng)的運(yùn)行。

俄羅斯在2012年繼續(xù)發(fā)射6顆衛(wèi)星，計(jì)劃未來(lái)幾年內(nèi)將星座工作衛(wèi)星數(shù)量增加到30顆，并在2015年使其定位精度達(dá)到3m，與目前GPS的定位精度相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)與GPS/GALILEO在L1頻點(diǎn)上的兼容和互用。

2.3 GALILEO

伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （GALILEO）是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)［1］，該計(jì)劃于1999年2月由歐洲委員會(huì)公布，并和歐空局共同負(fù)責(zé)。系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星。衛(wèi)星軌道高度為23 616km，位于3個(gè)傾角為56°的軌道平面內(nèi)。2012年10月，伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二批兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空，太空中已有的4顆正式的伽利略衛(wèi)星，可以組成網(wǎng)絡(luò)，初步實(shí)現(xiàn)地面精確定位的功能。GALILEO系統(tǒng)是世界上第一個(gè)基于民用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)，投入運(yùn)行后，全球的用戶(hù)將使用多制式的接收機(jī)，獲得更多的導(dǎo)航定位衛(wèi)星的信號(hào)，這將無(wú)形中極大地提高導(dǎo)航定位的精度。

GALILEO計(jì)劃的實(shí)施分為5個(gè)階段，GSTBV1階段和GSTB－V2階段已經(jīng)完成。自2011年10月21日開(kāi)始，該計(jì)劃進(jìn)入了在軌驗(yàn)證階段（IOV）。這一階段的任務(wù)是通過(guò)發(fā)射4顆在軌驗(yàn)證衛(wèi)星，進(jìn)行衛(wèi)星和地面控制系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證GALILEO的可行性。截止2012年10月12日，4顆IOV衛(wèi)星已在軌運(yùn)行。按照計(jì)劃，至2015年，GALILEO星座將有18顆衛(wèi)星，至2020年，將完成30顆衛(wèi)星星座的構(gòu)建。投入使用后它將與GPS在L1和L5頻點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)兼容和互用。

2.4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （BDS）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （BDS）是中國(guó)自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩代，即北斗一代和北斗二代系統(tǒng)［7］。

我國(guó)上世紀(jì)80年代決定建設(shè)北斗系統(tǒng)，2003年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航驗(yàn)證系統(tǒng)建成。該系統(tǒng)由4顆地球同步軌道衛(wèi)星、地面控制部分和用戶(hù)終端三部分組成。北斗一代形成的雙星定位系統(tǒng)，可向中國(guó)境內(nèi)和臺(tái)海周邊地區(qū)提供有源定位服務(wù)。為進(jìn)一步提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的能力，目前正在進(jìn)行北斗二代系統(tǒng)的建設(shè)。北斗二代系統(tǒng)由5顆同步地球衛(wèi)星，30顆中軌道衛(wèi)星組成，其中中軌衛(wèi)星分布在3個(gè)傾角為55°的軌道面上，軌道半徑為21 500km。繼2007年2月和4月一顆北斗地球同步衛(wèi)星和一顆中軌道衛(wèi)星相繼升空之后，北斗二代系統(tǒng)進(jìn)入了建設(shè)期。到目前為止，已成功將16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空，初步建成覆蓋國(guó)內(nèi)及亞大地區(qū)的區(qū)域性無(wú)源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并計(jì)劃通過(guò)發(fā)射35顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)全球性無(wú)源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，擬于2020年前建成這一龐大星座。北斗二代系統(tǒng)無(wú)論是導(dǎo)航方式，還是覆蓋范圍都和美國(guó)GPS有很多相似之處，但是保留了北斗一代的雙向位置報(bào)告、短報(bào)文通信功能，這也是北斗和其它GNSS系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展

3.1 發(fā)展趨勢(shì)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)前正經(jīng)歷前所未有的大轉(zhuǎn)變：從單一的GPS時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈遣⒋婕嫒莸腉NSS新時(shí)代，使衛(wèi)星導(dǎo)航體系全球化和多?；?；從以衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用為主體轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄎ?、?dǎo)航、授時(shí)以及移動(dòng)通信和因特網(wǎng)等信息載體融合的新階段，使信息融合化和一體化。當(dāng)前GNSS應(yīng)用技術(shù)的拓展主要包括：

（1）GNSS定位技術(shù)

導(dǎo)航與定位技術(shù)正從兩國(guó)爭(zhēng)霸向多國(guó)競(jìng)爭(zhēng)方向發(fā)展。未來(lái)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)將面臨多個(gè)系統(tǒng)共存的局面，多系統(tǒng)共存將促進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展；各國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的相互兼容將成為國(guó)際發(fā)展大趨勢(shì)；導(dǎo)航與通信及地理信息系統(tǒng)的相互融合、相互滲透將成為未來(lái)應(yīng)用的主流。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)將不斷改進(jìn)和完善，精度提高、覆蓋區(qū)域擴(kuò)大，向長(zhǎng)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；接收機(jī)向微型化、智能化方向發(fā)展。衛(wèi)星導(dǎo)航將成為繼手機(jī)、因特網(wǎng)之后影響人類(lèi)社會(huì)的第三大信息產(chǎn)業(yè)。GNSS定位技術(shù)新的發(fā)展主要體現(xiàn)在精密單點(diǎn)定位技術(shù) （PPP）和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù) （Network RTK）兩個(gè)方面：

在PPP方面，研究重點(diǎn)已從過(guò)去的非差模糊度的實(shí)數(shù)解轉(zhuǎn)向非差模糊度的整數(shù)固定解。2007年，文獻(xiàn) ［8］采用星間單差法，使用全球大約180個(gè)GPS跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)衛(wèi)星端星間單差的未檢校的相位延遲 （Uncalibrated Phase Delay，簡(jiǎn)稱(chēng)UPD），用戶(hù)使用這套估計(jì)出的UPD產(chǎn)品即可通過(guò)后處理實(shí)現(xiàn)星間單差模糊度的整數(shù)固定解。與星間單差模糊度固定方法不同，文獻(xiàn)［9］提出利用若干GPS站網(wǎng)的觀測(cè)資料，通過(guò)引入基準(zhǔn)鐘，重新估計(jì) “整數(shù)衛(wèi)星鐘”，發(fā)布給用戶(hù)，使用其改進(jìn)后的衛(wèi)星鐘差在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模式下分別經(jīng)過(guò)大約30min和90min的初始化后可得到固定非差整數(shù)模糊度的 定位解。文獻(xiàn) ［10］提出鐘差去耦模型 （Decoupled Clock Model）。在此模型中，偽距對(duì)應(yīng)的GPS衛(wèi)星鐘差由偽距確定，而載波相位對(duì)應(yīng)的GPS衛(wèi)星鐘差由載波相位確定，載波相位模糊度不再受偽距硬件延遲的影響，從而使非差模糊度重新具有整數(shù)特性。其試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)大約30min左右的初始化后，可以成功解算非差整數(shù)模糊度。

在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)方面，基于雙差模式的網(wǎng)絡(luò)RTK已經(jīng)較為成熟，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立許多工程化應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)。當(dāng)前不少學(xué)者正在開(kāi)展基于非差模式的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的研究，并已取得階段性成果。我國(guó)今后可建立全國(guó)覆蓋的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)，形成以導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收管理、數(shù)據(jù)處理、各類(lèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的整合，到導(dǎo)航信息的發(fā)播體系。實(shí)現(xiàn)航空、鐵路、公路、海運(yùn)、水運(yùn)、城市交通、測(cè)繪等各類(lèi)用戶(hù)從米級(jí)到毫米級(jí)的高精度、三維、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航，以及快速靜態(tài)或精密單點(diǎn)定位服務(wù)。

（2）GNSS－R技術(shù)

GNSS－R技術(shù)是利用GNSS反射信號(hào)獲取目標(biāo)信息的一種方法。GNSS－R技術(shù)作為一個(gè)全新的遙感手段，受到廣泛的關(guān)注。已有學(xué)者利用GNSS－R技術(shù)測(cè)量海面高，土壤濕度，積雪厚度等。美國(guó)和歐洲等主要國(guó)家都投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行研究，開(kāi)展了地基、機(jī)載和星載的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，為將來(lái)進(jìn)一步開(kāi)展研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。GNSS－R在理論、技術(shù)和數(shù)據(jù)反演等方面將趨于完善。接收站將越來(lái)越多，獲取的數(shù)據(jù)將越來(lái)越密。

（3）GNSS掩星技術(shù)

GNSS無(wú)線電掩星觀測(cè)技術(shù)是通過(guò)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(hào)，以此反演大氣參數(shù)。該技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)探測(cè)手段的不足，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地測(cè)定從地面至800km高空的大氣參量和電離層電子密度的全球分布，具有全天候、高精度、高垂直分辨率、長(zhǎng)期穩(wěn)定、全球覆蓋等特點(diǎn)［11］。GNSS掩星技術(shù)的出現(xiàn)是空間探測(cè)史上的一次革命性變化，利用掩星探測(cè)技術(shù)來(lái)獲取大氣參數(shù)將是21世紀(jì)最常規(guī)的探測(cè)技術(shù)之一。未來(lái)的掩星觀測(cè)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(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行掩星觀測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)多個(gè)GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星進(jìn)行掩星觀測(cè)，獲取的大氣掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量更多、分布更為均勻。掩星大氣探測(cè)范圍更深入地面，探測(cè)精度更高。掩星觀測(cè)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。掩星計(jì)劃的實(shí)施和完成需要更廣泛的國(guó)際合作。

（4）組合導(dǎo)航技術(shù)

組合導(dǎo)航系統(tǒng)形式將更加多樣化、集成化、智能化，INS/GPS組合仍將是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的首選方式；地基無(wú)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；地形輔助導(dǎo)航技術(shù)不斷提高性能，并且開(kāi)發(fā)新的地形匹配方法、拓展應(yīng)用范圍；而聲吶導(dǎo)航、水下電場(chǎng)導(dǎo)航、地磁與電磁導(dǎo)航、重力與重力梯度導(dǎo)航技術(shù)也將不斷提高精度。隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷提升，其應(yīng)用也將更加廣泛。

（5）多頻多系統(tǒng)聯(lián)合定位技術(shù)

在復(fù)雜觀測(cè)條件下，傳統(tǒng)單系統(tǒng)雙頻導(dǎo)航定位往往面臨可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)不足，定位精度和可靠性差等問(wèn)題。多頻觀測(cè)值的應(yīng)用以及多系統(tǒng)聯(lián)合定位的實(shí)施將為用戶(hù)提供更多的備選組合觀測(cè)值，增加可見(jiàn)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。隨著GPS、GLONASS現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)及GALILEO和我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，多頻多系統(tǒng)聯(lián)合定位的方式將逐漸成為主流的導(dǎo)航定位方式。各國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展將越來(lái)越重視系統(tǒng)間的兼容性與互操作性。多系統(tǒng)間時(shí)空基準(zhǔn)的統(tǒng)一、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合以及多系統(tǒng)的完好性監(jiān)測(cè)等問(wèn)題成為需要研究解決的關(guān)鍵技術(shù)。多頻多系統(tǒng)聯(lián)合定位將為用戶(hù)提供更加穩(wěn)定可靠的定位結(jié)果，從而擴(kuò)展衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用前景

當(dāng)前GNSS的應(yīng)用已深入到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，可以說(shuō)已到無(wú)孔不入的地步，現(xiàn)在甚至有人說(shuō)，GNSS的應(yīng)用僅受人們想象力的限制，可見(jiàn)GNSS的應(yīng)用前景是極其廣闊的。下面僅就幾個(gè)方面的應(yīng)用作為示例說(shuō)明。

（1）測(cè)繪應(yīng)用

GNSS廣泛應(yīng)用于高精度的大地測(cè)量、控制測(cè)量、地籍測(cè)量和工程測(cè)量等領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的方法相比，自動(dòng)化程度高，將節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力。當(dāng)前GNSS在大地測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用已擴(kuò)展到地球物理、地球動(dòng)力學(xué)等方面，除了地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)，隨著GNSS連續(xù)觀測(cè)站的不斷增加，觀測(cè)現(xiàn)象將更加豐富。高精度的GNSS技術(shù)將成為火山地震、構(gòu)造地震、全球板塊運(yùn)動(dòng)等監(jiān)測(cè)的重要手段。

（2）交通應(yīng)用

在陸運(yùn)方面，利用GNSS技術(shù)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度管理，并合理分配車(chē)輛，以最快的速度響應(yīng)用戶(hù)的請(qǐng)求，降低能源消耗、節(jié)省運(yùn)輸成本；在水運(yùn)方面，實(shí)現(xiàn)船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航；在空運(yùn)方面，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)航和引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)離機(jī)場(chǎng)。今后，在城市中建立數(shù)字化信息交通平臺(tái)，車(chē)載設(shè)備通過(guò)GNSS進(jìn)行精確定位，結(jié)合電子地圖和實(shí)時(shí)交通狀況，自動(dòng)匹配最優(yōu)路徑，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自主導(dǎo)航。

（3）公共安全應(yīng)用

GNSS對(duì)火災(zāi)、自然災(zāi)害、交通事故、犯罪現(xiàn)場(chǎng)等緊急事件的響應(yīng)效率，可將損失降到最低。有了GNSS的幫助，救援人員可在條件惡劣的環(huán)境下，對(duì)失蹤人員實(shí)施有效的搜索和救援。裝有GNSS裝置的交通工具在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可及時(shí)定位、報(bào)警，使之能更快、更及時(shí)地得到救援。

（4）GNSS－R應(yīng)用

GNSS－R的應(yīng)用主要集中在海洋遙感、土壤濕度監(jiān)測(cè)［12］、積雪厚度測(cè)定［13］以及植被變化反演等方面。在海洋遙感方面，利用GNSS海面反射信號(hào)可計(jì)算海面平均高度、海面風(fēng)場(chǎng)、浪高、海面鹽度等海洋重要信息；利用GNSS－R遙感土壤濕度計(jì)算土壤含水量，可用于防治干旱與洪澇災(zāi)害；GNSS－R在冰川和雪地方面的應(yīng)用則可促進(jìn)對(duì)積雪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，進(jìn)而加深對(duì)陸界尤其是南極大陸的了解；GNSS－R還可用于監(jiān)視地表植被變化，在防止土地沙漠化以及反映氣候變化特征等方面具有重要意義。

（5）GNSS掩星應(yīng)用

GNSS掩星反演技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候分析和電離層監(jiān)測(cè)等方面。利用GNSS掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)可對(duì)大氣參數(shù)進(jìn)行大范圍的連續(xù)監(jiān)測(cè) （可達(dá)數(shù)百公里），從而為氣象部門(mén)分析預(yù)報(bào)降水、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣提供重要的參考數(shù)據(jù)。利用同化掩星觀測(cè)資料還可對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和改進(jìn)。GNSS掩星觀測(cè)資料具有不受天氣影響，無(wú)需定標(biāo)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此還可用于氣候的分析與研究。另外，利用掩星觀測(cè)技術(shù)可獲得全球性的電離層電子密度分布資料，從而應(yīng)用于電離層的分析研究，如探測(cè)地震或太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)的電離層異常等。GNSS無(wú)線電掩星觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展還將推動(dòng)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)同化、空間天氣效應(yīng)和氣候變化研究等領(lǐng)域的發(fā)展［14］。

4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已正式在中國(guó)和周邊地區(qū)獨(dú)立地提供衛(wèi)星定位導(dǎo)航授時(shí)的區(qū)域服務(wù)，這標(biāo)志著北斗 “三步走”戰(zhàn)略的第二步戰(zhàn)略目標(biāo)已順利完成。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用已涉足到交通、漁業(yè)、水文、氣象、林業(yè)、通信、電力、救援等諸多行業(yè)，現(xiàn)在我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在向著 “第三步”，到2020年形成全球覆蓋能力的目標(biāo)邁進(jìn)。因此我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及其應(yīng)用，既面臨許多機(jī)遇，也將迎接若干挑戰(zhàn)。這里根據(jù)已有的資料，作一點(diǎn)初淺的綜合分析。

4.1 機(jī)遇

衛(wèi)星導(dǎo)航是名副其實(shí)的高科技產(chǎn)業(yè)，具有高增長(zhǎng)、高效益特點(diǎn)，是小投入、大產(chǎn)出的典型；衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)將很快進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段。

當(dāng)前國(guó)際合作已成為GNSS發(fā)展的熱點(diǎn)趨勢(shì)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正面臨一個(gè)高速發(fā)展的良好機(jī)遇。當(dāng)然，同時(shí)要看到，GNSS國(guó)際合作是一種溝通和協(xié)調(diào)，也是一種博弈和較量。在機(jī)遇中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最迫切需要做到的就是，在技術(shù)上要保證GNSS兼容互操作可交換，這不僅是國(guó)際合作的需要，更是我國(guó)產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展的迫切需要。

4.2 挑戰(zhàn)

（1）市場(chǎng)問(wèn)題

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于起步較晚，國(guó)際國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)已基本被GPS和GLONASS占領(lǐng)，要想占用一席之地十分困難；同時(shí)，許多與衛(wèi)星相關(guān)的先進(jìn)設(shè)備進(jìn)口也相對(duì)困難。

（2）政策問(wèn)題

美國(guó)GPS和俄羅斯GLONASS都有較完善和透明的政策和使用規(guī)范。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為國(guó)家重大基礎(chǔ)設(shè)施已出臺(tái)明確的發(fā)展策略，但卻沒(méi)有健全的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用政策和標(biāo)準(zhǔn)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航政策還不夠完善，透明度尚顯不夠，系統(tǒng)狀態(tài)也不夠明顯，很難取得用戶(hù)的信任。同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的相關(guān)管理政策也不夠明確，會(huì)影響到用戶(hù)的拓展。

（3）觀念問(wèn)題

目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率并不高，接收機(jī)生產(chǎn)商和管理部門(mén)主動(dòng)服務(wù)觀念還較薄弱，產(chǎn)品的推廣、維護(hù)和服務(wù)的主動(dòng)性有待加強(qiáng)。

（4）技術(shù)問(wèn)題

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨強(qiáng)烈的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。衛(wèi)星系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性需要提高，接收機(jī)技術(shù)、原子鐘技術(shù)、信號(hào)調(diào)制與捕獲技術(shù)等都有很大的發(fā)展空間，相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)還有改進(jìn)的余地；同時(shí)，北斗地面跟蹤站相對(duì)較少，幾何結(jié)構(gòu)不夠合理；數(shù)據(jù)服務(wù)中心幾乎處于空白，相應(yīng)的服務(wù)產(chǎn)品不夠豐富。

5 結(jié)論

當(dāng)今，GNSS的發(fā)展日新月異，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。建立和發(fā)展自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)國(guó)防安全與軍事現(xiàn)代化的需要，同時(shí)也是推動(dòng)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)發(fā)展以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迫切需要。世界多國(guó)GNSS的激烈競(jìng)爭(zhēng)必然導(dǎo)致其向著功能更全、覆蓋更廣、穩(wěn)定性更可靠、完備性更好以及應(yīng)用面更深入等方向發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)水平離世界前沿的關(guān)鍵技術(shù)還有一定的差距，還需不斷的努力和改進(jìn)。目前，GNSS的發(fā)展對(duì)中國(guó)而言既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。因此，必須抓住這個(gè)機(jī)遇，進(jìn)一步改進(jìn)和完善現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和技術(shù)，才能加快GNSS特別是具有中國(guó)特色的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)走向應(yīng)用的步伐。

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