北斗卫星导航系统功能及特点梳理
北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成。空间段包括5颗静止轨道(GEO)卫星和30颗非静止轨道卫星，其中30颗非静止轨道卫星包括27颗中圆轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步轨道(IGSO)卫星。地面段由主控站、注入站、监测站组成，其中，主控站用于系统运行管理与控制等，主控站从监测站接收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入站执行信息的发送；注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接收到主控站的调度指令后，将卫星导航电文和差分完好性信息发送至卫星；监测站用于接收卫星的信号，并发送给主控站，实现对卫星的监测，以确定卫星轨道，并为时间同步提供观测资料。用户段捕获并跟踪卫星的信号，根据数据按一定的方式进行定位计算，最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息。
图：北斗卫星导航系统示意图
北斗卫星系统具有实时导航、快速定位、精准授时、位臵报告和短报文通信服务五大功能。
1）实时导航：结合交通、测绘、地震、气象、国土等行业监测站网资源，提供实时米级、分米级、厘米级等增强定位精度服务，生成高精度的实时轨道、钟差、电离层等产品信息，以满足实时用户应用；
2）快速定位：北斗系统的性能达到国外同类系统水平，其中瞬态和快速定位指标居国际领先地位，可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务；
3）精确授时：北斗系统时钟通过星载高精度的铷原子钟和氢原子钟和UTC时间同步，地面用户北斗接收机接收到来自卫星的时钟信号后，即可完成高精度的时间传递。
4）位臵报告：北斗全球位臵报告是用户将卫星无线电导航业务(RNSS)定位结果，通过北斗组网星座中全球连续覆盖的入站链路发送至地面控制中心，实现位臵报告功能。
5）短报文通信：北斗系统是全球首个在定位、授时之外集报文通信为一体的卫星导航系统，短报文通信是北斗系统的核心优势。它通过空间卫星将信号传输到接收机(如船舶接收机)上，既可以避免传输距离近的弊端，又可以提高通信质量。
表：北斗卫星系统主要功能
资料来源：锐观咨询整理
目前，四大全球导航卫星系统均已投入运行，其中GPS、GLONASS为全面运行状态；“北斗”即将进入全面运行服务状态；Galileo系统为初始运行状态，为用户提供定位、导航与授时（PNT）服务，并可为GPS、GLONASS、“北斗”、Galileo等双模、多模用户提供高于单系统的定位、导航与授时服务能力。2个区域系统中，日本QZSS系统于2018年11月1日投入初始运行；印度发射IRNSS卫星1颗，替换了3部星载原子钟全部失效的IRNSS－1A卫星，但尚未宣布投入运行服务。
与其他卫星导航系统相比，北斗卫星导航系统具有以下优势：
1）北斗系统采用高、中、低三种轨道卫星组成混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区服务优势更为明显；
2）北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；
3）北斗系统创新融合了导航与通信能力，具备基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多种服务能力。
世界主要军事大国和经济体都在建立独立自主的卫星导航系统。目前，美国、俄罗斯、中国和欧盟总计4个国家或地区拥有或正在建设覆盖全球的卫星导航系统，未来全球卫星导航系统将形成GPS、GLONASS、Galileo和北斗四大系统竞相发展的局面。另外，日本和印度也在建设区域性卫星导航系统。
美国GPS系统是建成时间最早、民用市场最成熟的全球卫星导航系统。GPS于1958年开始建设，1964年投入运行，1994年24颗GPS卫星星座己布设完成，全球覆盖率高达98%，主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。1996年为保持未来30年内美国在卫星导航系统上的优势地位，美国启动了GPS现代化计划，改进GPS的总体性能，确保在提供GPS全球服务和GNSS全球应用上的领先地位，同时为美军提供更高精度的定位服务。2018年，美国GPS现代化地面运控系统(OCX)成功完成网络安全测试，与GPSIII卫星配套运行。新型OCX将提供增强型性能，不但实现现代民用信号和军用信号的有效管理，还将具有前所未有的网络防御能力，实现安全的信息共享。
GLONASS由苏联于1976年启动，后由俄罗斯继续该计划，并于1996年完成24颗GLONAS卫星的布局，系统具备完全工作能力，系统构成和工作原理类似GPS。2007年开始运行，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务，2009年服务范围扩展至全球。GLONASS民用精度优于GPS，但其应用普及远不及GPS，主要是因为俄罗斯没有开拓民用市场。
欧盟的Galileo系统是欧盟为了打破美国在卫星导航领域的垄断地位而研发的国际民间主导的卫星导航系统，其目的是建立共享的、独立于GPS的、适于海陆空的卫星导航系统。不同于GPS与GLONASS的军民共用的主导思想，Galileo系统是世界上第一个完全向民用开放的全球性定位系统。欧盟于1999年初正式推出Galileo计划，2001年启动Galileo的卫星信息系统研发方案，由30颗卫星共同组合而成，第1颗卫星于2011年8月21日发射，2016年开始提供早期服务，2017年到2018年提供初步工作服务，2019年具备完全工作能力，全部30颗卫星计划于2020年发射完毕。
表：四大全球导航系统对比
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