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全球四大卫星导航定位系统

7月31日,我国的北斗三号卫星导航定位系统正式开通。从1994年开始启动研发,2000年完成北斗一号系统建设,2012年完成北斗二号系统建设,到今天北斗三号的全面建成开通,我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航定位系统的国家,终于不用再遭受雪银河号的耻辱。

对于我们普通用户来说,卫星导航定位系统用得最多的地方就是手机里的导航地图,当我们启动了百度、腾讯、高德等手机地图导航软件时,手机就已经在后台自动调用北斗导航卫星、GPS导航卫星、俄罗斯的格洛纳斯导航卫星、欧盟的伽利略导航卫星的信号,甚至还有日本的导航卫星的信号。目前市面上的智能手机都是同时支持多种导航卫星的信号,并不只是GPS。不知道大家有没有注意到,以前手机上的定位服务名称是GPS,而现在都叫位置信息服务,这也是北斗系统不断发展的结果。

目前全世界一共有四大卫星导航定位系统,其中美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、中国的北斗已经完成全面组网,只有欧盟的伽利略系统还在艰难前行。

北斗

20世纪80年代,中国开始探索适合国情的卫星导航定位系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:形成了“三步走”发展战略:

第一步,建设北斗一号系统。1994年,启动北斗一号系统工程建设;2000年,发射2颗地球静止轨道卫星,建成系统并投入使用;2003年发射第3颗地球静止轨道卫星,进一步增强系统性能。

第二步,建设北斗二号系统。2004年,启动北斗二号系统工程建设;2012年年底,完成14颗卫星发射组网。

第三步,建设北斗三号系统。2009年,启动北斗三号系统建设;2018年年底,完成19颗卫星发射组网;2020年6月23日,北斗三号最后一颗(第五十五颗导航卫星)全球组网卫星成功发射,至此北斗三号全球卫星导航定位系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

2020年7月31日北斗三号全球卫星导航定位系统正式开通。

GPS

美国于 1973 年开始研发GPS。从 1978 年发射第1颗 GPS卫星,到 1994 年完成21颗工作卫星及3颗备用卫星的配置,1995 年4 月美国国防部正式宣布 GPS 具备完全工作能力。GPS单机导航精度约为10米,综合定位的话,精度可达厘米级和毫米级,但民用领域开放的精度约为10米。在北约轰炸南联盟和海湾战争中,美军第一次让世界看到了由精确制导武器展现出来的超强打击能力,让世界为之震惊。

格洛纳斯

格洛纳斯(GLONASS)是苏联在1976年启动的项目,历经20多年的曲折历程,虽然曾遭遇了前苏联解体,俄罗斯经济不景气,但始终没有中断过系统的研制和卫星的发射。终于1996年1月18日实现了空间满星座24颗工作卫星正常地播发导航信号,使系统达到了一个重要的里程碑。格洛纳斯也是和美国的GPS一样由21颗工作星和3颗备份星组成。

伽利略

伽利略卫星导航定位系统是由欧盟研发的全球卫星导航定位系统,该计划1999年启动,一共由30颗卫星组成,其中27颗工作星,3颗备份星。截止2016年,已经发射了18颗工作卫星,全部30颗卫星(调整为24颗工作卫星,6颗备份卫星)计划于2020年发射完毕。2019年7月14日,伽利略系统技术故障导致部分导航服务中断,2019年8月18日恢复正常,着实让欧洲人捏了把汗。伽利略卫星导航定位系统的意义在于,欧盟将从此拥有自己的全球卫星导航定位系统,有助于打破美国GPS导航定位系统的垄断地位,从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利位置,并为将来建设欧洲独立防务创造条件。

伽利略与中国

2003年,欧洲人主动邀请中方加入伽利略全球卫星导航定位系统,中方欣然接受。2004年中欧正式签署技术合作协议,中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金。2005年,伽利略首颗中轨道实验卫星发射,欧盟开始排挤中国。投入巨额资金(中国当时实际投资了7000万欧元),却得不到与之相称的对待,中国不但进不到伽利略计划的决策机构,甚至在技术合作开发上也故意设置,中方十分不满,于是决定自主研发。

2007年发射的第四颗北斗一号导航卫星,北斗系统开始激活。到2007年底,中国成功发射了第一颗中轨道导航定位系统,标志着北斗系统在技术和规划上的重大突破。直到2008年,伽利略系统的第二颗实验卫星才升空,此时距上次发射已经有差不多四年时间,比最初的计划推迟了整整五年。北斗二号横空出世,不仅使欧洲伽利略系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣,也冲淡了伽利略未来的市场前景。北斗二号在技术上比伽利略更先进,定位精度甚至达到0.5米级,令欧洲人深受震撼。

按照国际电信联盟通用的程序,中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率,这一频率正好是欧洲伽利略系统准备用于公共管理服务的频率。频道是稀有资源,占得先机的美国和俄罗斯分别拥有最好的使用频率,中国所看中的频率被认为是美国和俄罗斯之后的次优频率。按照谁先使用谁先得的国际法原则,中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而,中国在2009年发射三颗北斗二代卫星,正式启用该频率,而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐,注定败下阵来,失去对频率的所有权。

其他导航定位系统

日本

准天顶卫星系统(QZSS)是以4颗卫星作为美国GPS的补充以及相关的加强工作,这是一个以GPS作为基础的信号增强的区域导航定位系统。按照日方的说法这四颗卫星能够帮助日本定位精度达到厘米级左右,如果将其用在制导方面,对日本来说精确打击能力是一个巨大的提升。在日本的第二步计划当中要组成一个由七颗卫星组成的准天顶卫星系统,所谓的"七颗卫星"系统将是一个独立的全新的导航定位系统,在这个系统的帮助下日本的本土进行精确定位已经完全没有任何问题,甚至还可以将其延伸到亚洲部分地区。可以看出日本实际上是走曲线发展独立导航定位系统的道路,准备先进行大量的技术储备,以备后期建立独立的卫星导航定位系统,以达到完善产业链的目的。

印度

印度也搞了一种类似于准天顶的系统,完全依赖于GPS。因此,在印巴冲突期间,美国为了表示对双方的公平态度,关闭了印巴的GPS信号,于是印度的系统完全瞎掉。所以印度决定不跟美国玩,现在做了自己的独立卫星导航系统(IRNSS/NAVIC)。根据印度空间研究组织的设计方案,IRNSS的组网工作将分为两大步骤:第一步是2013年到2015年发射7颗国产地球同步轨道导航卫星,从而实现全天候昼夜覆盖印度及其周边约1500公里范围的较为精确的卫星定位、导航和授时服务。第二步是从区域卫星导航系统向印度版全球卫星定位系统迈进,再发射大约10颗导航卫星,最终形成印度版全球卫星定位系统。

由于技术准备不足等种种原因,印度方面一直拖延到2013年7月才发射首颗卫星,2016年将7颗导航卫星全部部署完毕,投入运行。IRNSS系统设计覆盖东经40°—140°和北纬40°~南纬40°的范围,包括印度次大陆及印度洋等区域,可为印度全境及周边2000千米的范围提供全天候的单频和双频导航信号,误差不超过20米。

中国的北斗三号卫星导航定位系统正式开通,成为全球最大的卫星导航定位系统之一,功成名就,中国人也因此扬眉吐气。而建设比中国早的欧洲伽利略卫星导航定位系统,现在仍然还只是一个局部地区的导航定位系统,欧盟内部众口难调,各个成员国分歧不断,导致研发计划不断推迟,并且对中国加以限制,最终咎由自取。

卫星导航系统不仅需要的是强大的经济实力,还需要强大的科学技术做支撑,即使那么富裕的欧盟,技术水平也并不低,但在伽利略计划中也是步履维艰。日本和印度的卫星导航系统最终几何,只有留给时间来检验。

中国北斗卫星导航定位系统的建成,意义非常重大,包括我们的各种车辆、飞机、船只,尤其是我们的军事装备等高科技武器都有了自己独立的导航定位信号,不仅打得准,还打得稳,再也不担心被人切断信号。

手机导航越来越精确:这背后到底隐藏什么科技呢?

来源:太平洋电脑网

随着技术的发展,手机导航越来越精确,特别是那些售价超过5000元以上的高端机型上,它们搭载手机导航定位技术更加全面。

目前大家购买比较多高端机型品牌有华为、三星、苹果等。下面来了解一下这些高端机型到底包含哪些手机定位技术。

华为P40 Pro、三星Galaxy S20+、苹果iPhone 11 Pro手机定位有哪些?

华为P40 Pro定位技术

从华为商城上展示华为P40 Pro 规格参数可了解到,华为P40 Pro手机定位 技术包含有GPS(L1+L5双频)/AGPS/GLONASS/北斗(B1I+B1C+B2a三频)/ 伽利略(E1+E5a双频)/QZSS(L1+L5双频)/NavIC。

NavIC 是指印度区域导航卫星系统,英文名:Indian Regional Navigation Satellite System);

QZSS 是指日本准天顶 卫星系统,英文名:Quasi-Zenith Satellite System;

GLONASS 是指俄罗斯格洛纳斯 卫星导航系统(英文名:GLOBAL Navigation Satellite System;

AGPS 是指辅助全球卫星定位系统,英文名:Assisted Global Positioning System;

北斗 是中国北斗卫星导航系统,简称BDS,英文名:BeiDou Navigation Satellite System;

Galileo 是指欧盟伽利略 卫星导航系统,英文名:Galileo Satellite Navigation System;

GPS 是指美国全球定位系统,英文名:Global Positioning System。

三星Galaxy S20+定位技术

从三星官方网站展示三星Galaxy S20+ 规格参数可了解到,三星Galaxy S20+ 手机定位 技术包含有GPS(全球定位系统)、Glonass(格洛纳斯)、Beidou(北斗)、Galileo(伽利略)。

苹果iPhone 11 Pro定位技术——

从苹果中国官网展示iPhone 11 Pro参数配置可了解到,iPhone 11 Pro定位技术包含有内置GPS(全球定位系统)、GNSS(全球导航卫星系统)、数字指南针、无线局域网、蜂窝网络、iBeacon微定位等。

不过结合三星、华为所给出定位技术来看,苹果定位技术可细分为GPS、GNSS、iBeacon微定位等。

GNSS 指的是全球导航卫星系统,英文名Global Navigation Satellite System;

iBeacon 指的是苹果公司室内定位技术。

通过上述介绍,相信大家对手机定位技术有一定的了解,可以发现做通讯产品出身的华为P40 Pro定位技术最多最全面。

可见华为通讯技术之强大,那么在华为P40 Pro定位技术中所提到双频到底是什么呢?它跟单频有何区别呢?这些在日常生活中到底发挥什么作用呢?

平时所说的手机导航就单单GPS吗?定位系统构成是咋样?

如今,无论你是要点外卖,还是导航,甚至上班打卡,只要牵扯到定位,就一定会用到卫星定位。

很多人都习惯将定位系统称之为GPS。但是除了GPS之外,还有中国北斗卫星导航系统、印度NavIC区域导航卫星系统、日本QZSS准天顶卫星系统、欧盟Galileo伽利略卫星导航系统、俄罗斯GLONASS格洛纳斯卫星导航系统等。

而这些所说定位系统基本上三大部分组成,分别是由空间段、地面段和用户段。

卫星信号能够给出卫星的位置信息以及信号传播所用的时间,将二者相乘便能测算出距离。

理论上来说,一个观测点同时测量出到任意三颗卫星的距离,列出一个三元二次方程便可以求解出观测点的位置坐标。

这就像以每一颗卫星为原点,以测量到距离为半径画圆,两个球面相交形成的是一个圆,三个球面相交形成的是一个点,这个点就是观测点。

但是实际上,因为有钟差,所以三颗卫星的定位并不是很准确,因而需要四颗及以上卫星才能准确定位。

测量传输时间需要两台高精度原子钟,一台在卫星上,另一台在接收机内部。

由于两台高精度原子钟很难完全对准,很容易使测量的距离有误差,卫星钟差可以应用GPS信号所给出的参数加以修正,而接收机的钟差,一般难以预先准确确定需要把它作为一个未知参数。

因此,为了在一个观测点实时求解4个未知参数(即观测点的3个位置坐标及1个钟差参数),至少需要同时观测4颗卫星。

L1+L5 双频GPS到底有什么用?

目前市场上绝大部分的智能手机都只提供了L1频段的单频GPS卫星接收能力,其实所能做到的定位精准度并不高,尤其是在高层建筑物密集的环境或立交桥底,定位偏差往往更大,甚至相差几条街的情况也时有发生。

而比较新的L5频段卫星 正是为解决L1频段在民用GPS段所存在问题而生的,波长更长的特点能降低GPS信号穿过电离层的误差,实现精准度的显著提升。

用直观的数据对比来说,L5理论上可将民用定位精度从此前的5米提升至0.3米,近年来各国新发射的导航卫星已经普遍标配L5信号能力。

有了L1+L5双频 GPS的支持,在定位时通过L1信号锁定卫星。

而L5信号用于计算精确位置,协同工作继而确保在室外定位提供更快更精准的体验(官方数据称提升高达10倍)。

手机导航是如何实现的?

根据资料显示,手机导航利用GPS模块、导航软件、GSM通信模块进行相互合作来完成。

具体来说,手机搭载GPS模块 进行定位进行数据收集,也就是大家所说支持GPS卫星系统,支持GPS卫星系统数量越多,GPS定位也会更加准确。

导航软件 的道路、路况等信息收集做得完善,这样才能更好导航出大家想要去的地方。

GSM通信模块指的是基于GSM网络手机接收移动数据,接受信号强弱也会响到定位准确性。

除了上述介绍之外会影响手机导航,大家还需要在手机设置,选到安全设置、定位服务等功能,开启定位服务,这样才能更加准确定位。

为何大多数手机定位系统是GPS,而不是中国北斗卫星导航系统呢?

很多人都会有这个疑问,但其实手机使用的定位导航系统是在出厂的时候就决定了的,与手机所搭载的定位芯片有关,和使用哪个APP是没有任何关系的。

一般情况下安卓手机在2015年后使用了比较新的芯片的情况下,手机其实很大可能已经在使用北斗定位系统了。大部分手机的芯片集成的定位导航模块都是同时兼容GPS、格洛纳斯、北斗等多个卫星导航系统的。

GPS是美国因为最早建立这样的系统,所以把自己的这套系统直接命名为GPS,不过在大家的理解上可能会产生一些其他歧义理解,其实GPS可以泛指所有的卫星定位系统,也可以特指美国的卫星定位系统。

在GLONASS(格洛纳斯)、Beidou(北斗)、Galileo(伽利略)这三个大系统闻名于世之前,毕竟只有美国这一家,因而GPS带有的这个歧义是可接受的。

随着世界各国各地区的卫星定位系统提出及发展而美国的GPS又不可能改,因而卫星导航的工业和学术界内的人就逐渐用GNSS代替GPS作为所有系统的统称,也就是Global Navigation Satellite System全球卫星导航系统。

为什么有时候不打开定位也能实现定位呢?

也许会有一些用户发现,有些时候即使没有打开定位,也能定位到大概的位置,这就用到了iBeacon功能。

iBeacon是苹果公司早些年推出的一项室内定位技术,这项技术可让附近的手持电子设备检测到由一个iBeacon信号发射器发出的蓝牙信号,通过软件和硬件的结合,从而很大程度上提高室内精度。

根据介绍称,iBeacon采用了基于蓝牙4.0的低功耗蓝牙技术(Bluetooth Low Energy,BLE),主要是用作辅助室内定位的功能.iBeacon信号覆盖的范围在(50~80米)内,大家在用手机时候可通过微信或者定制开发的应用程序获取到iBeacon的信息。

这项功能虽然能在超低功耗下定位到大概位置,但信号也非常容易受到干扰。

iBeacon功能主要有发射端和接收端两个端口实现。而在信号传输的范围内,无论是有建筑物,还是有人,只要挡住了信号,定位效果就会变得非常差。

关于北斗,我们还有话要说 ……

随着国力的提升,越来越多的人关心中国的北斗卫星导航了。

但是所谓的 “北斗地图APP”其实和我们的这个“国之重器”没多大关系,一些无知媒体从业者在不了解具体情况就一顿猛吹“你好,中国北斗,别了,美国GPS!”。

这种行为是这个行业的从业者不愿看到的,毕竟我们对中国北斗的信心不是吹出来的,是科技工作者潜心科研、一步一个脚印踏实走出来的。

当然,无论是什么定位系统,科学技术终究是来造福生活的。

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