全球衛星導航系統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。全球衛星導航系統不僅是關系著國家安全和經濟發展的基礎設施，也是一個國家綜合國力的重要體現，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星導航系統以謀求軍事、經濟的獨立權。美國、俄羅斯、中國、歐洲已經擁有了自主研發的全球衛星導航系統，占領了戰略先機和發展高地，日本、印度等國也不甘落后，正在努力探索建設本國區域性的衛星導航系統。

　　全球四大衛星導航系統

　　全球四大衛星導航系統功能各有側重、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;歐洲的伽利略系統先進、安全系數高;中國的北斗即將完成全部組網，系統兼容、操作便利，未來有巨大的應用空間。

　　表1 四大衛星導航系統對比

　　(1)北斗衛星導航系統

　　北斗衛星導航系統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衛星、27顆MEO衛星和3顆IGSO衛星完成組網。與美國相比，我國北斗系統研制起步非常晚，1994年才啟動北斗一號的研制。2007年4月，第一顆北斗衛星成功發射，標志著北斗系統進入實質性的運作階段。2017年11月，北斗三號衛星成功發射，北斗系統開啟了全球組網的序幕。2018年9月20日，西昌衛星發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”方式成功發射第三十七、三十八顆北斗導航衛星。這兩顆衛星屬于中圓地球軌道衛星，是我國北斗三號系統第十三、十四顆組網衛星，北斗衛星導航系統距離提供全球服務的目標更進一步。我國北斗系統制定了三步走計劃(國內覆蓋-亞太地區覆蓋-全球覆蓋)，預計到2020 年，將完成北斗三代 35 顆衛星發射組網。 北斗衛星導航系統的優勢明顯：采用三頻信號，安全系數高;搭載了最先進的銣原子鐘，定位精準度高;具有短報文功能，能夠實現雙向通訊;系統兼容，未來普及度高。隨著技術的不斷更新換代，北斗系統未來會成為世界上定位最廣最準、效勞功用最高、穩定性最好的衛星導航系統。

　　表2 北斗衛星導航系統發展計劃

　　資料來源：興業證券

　　(2)全球衛星導航系統

　　美國的GPS系統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、普及程度最廣的衛星導航系統。目前，GPS共有在軌工作衛星32顆，提供軍民兩個等級的服務。GPS衛星已經發展到了第三代，與第二代衛星相比，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還增加了數據上行功能，可迅速關閉特定地理位置的導航信號發送，同時也實現了軍用頻段和民用頻段的徹底分離。

　　(3)格洛納斯衛星導航系統

　　格洛納斯是由原蘇聯國防部獨立研制和控制的第二代軍用衛星導航系統，該系統是全球第二個衛星導航系統，1996年正式建成運行。隨著蘇聯解體，格洛納斯系統缺乏資金無以為繼，衛星數量大減。進入21世紀，俄羅斯開始進行格洛納斯的現代化建設工作，格洛納斯最終在2011年年底全面恢復運行。格洛納斯的優勢在于衛星發射的載波頻率不同，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)伽利略衛星導航系統

　　伽利略衛星導航系統是由歐盟研制和建立的全球衛星導航定位系統，該系統的建設計劃于1999年公布、2002年正式啟動。伽利略系統的標準配置為27顆工作衛星和3顆備份衛星。2003年，中國曾經斥資2.7億美元伽利略系統的開發，但到2007年中國政府果斷選擇了退出。隨后伽利略經歷了衛星制造公司制造能力不足、特許經營權談判破裂、資金缺口、發射失敗等種種挫折，目前歐盟已經將伽利略系統投入全面運行時間推遲到了2020年。伽利略系統是世界定位精度最高的衛星導航系統，可提供米級的定位精度信息，比GPS精確十倍，但系統穩定性較差，容易發生故障。

　　衛星導航系統的技術發展方向

　　近幾年，全球衛星導航系統呈現了快速迭代的趨勢，從單一的GPS接收機向多系統兼容接收機轉變，從以衛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，衛星導航系統的技術發展方向主要包括：

　　(1)衛星導航定位技術。衛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展。導航定位接收機將會向微型化、智能化方向發展。

　　(2)GNSS-R技術。GNSS-R是利用GNSS反射信號反演目標物理參數的遙感技術。目前，GNSS-R在理論、技術等方面都日趨完善。硬件上，采用開環GNSS-R 接收機，高速率采樣，從而實現高靈敏度接收性能;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。未來的掩星觀測系統將從單顆低軌衛星轉變為多顆低軌道衛星，從僅對GPS衛星進行掩星觀測轉變為對多個GNSS系統的衛星進行掩星觀測，獲取的大氣掩星觀測數據數量更多、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展。

　　(4)組合導航技術。未來的組合導航系統形式將更加多樣化、集成化、智能化。目前，INS/GPS組合仍將是組合導航系統的首選方式，地基無線電導航技術仍作為衛星導航服務的有效備份和補充。未來發展中，地形輔助導航技術將不斷提高性能，并且將會開發新的地形匹配方法、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星導航系統的導航精度。

　　(5)多頻多系統聯合定位技術。多頻觀測值的應用以及多系統聯合定位的實施將為用戶提供更多的備選組合觀測值，增加可見衛星數，增強衛星幾何強度，減少或消除單系統導航定位產生的系統誤差，從而提高定位精度及可靠性。