全球导航卫星系统主要包括美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、中国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、俄罗斯的格洛纳斯导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GLONASS)以及欧洲伽利略导航卫星系统(Galileo Navigation Satellite System,Galileo)。

GPS 是 Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System(简称NAVSTAR/ GPS) 的缩写，意为导航卫星测时与测距/全球定位系统。美国从1973年底开始研究 GPS 卫星导航系统，1993年底初步完成卫星部署，1995年底全部投入使用。

GPS 能够为全球提供全天候、高精度、连续且近乎实时的三维定位与导航服务。其中，主要供军方及高端用户使用的P 码，定位精度可达1m; 主要供民用的CA 码，定位精度为20~ 30m。

全球导航卫星系统由导航卫星、地面站及用户设备三部分构成。导航卫星负责发送导航信号，地面站对卫星进行跟踪控制并注入导航信息，安装在用户运载体上的导航接收机接收卫星信号，以实现定位与导航功能。

GPS 卫星设计星座由24颗卫星组成，包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，平均分布在6个轨道上。后期又陆续发射了BLOCKI、Ⅱ、ⅡA 和ⅡR 系列卫星。

GPS 地面站由主控站、跟踪站和注入站三部分组成。主控站负责控制整个卫星系统，评价导航性能并生成卫星星历表，再将导航信息编码后发送给注入站。注入站在主控站的控制下，每天一到两次将导航信息注入卫星。

用户设备即GPS 卫星导航仪，由硬件、机内软件以及 GPS 数据的后处理软件包等组成。接收机的硬件由天线单元、主机单元和电源三部分构成。天线安装在室外，通过电缆与主机相连。主机由变频器、信号通道、微处理器、显示模块等组成。目前，航海上使用较多的是CA 码相关型导航仪。

目前，航海上较为常用的是CA 码相关型导航仪。GPS 卫星导航仪由硬件、机内软件及 GPS 数据后处理软件包等构成。卫星导航仪的硬件包括天线、主机和电源三部分。天线安装 于室外，通过电缆与主机部分连接。主机由变频器及中放、信号通道、微处理器、显示模块等组 成，如图2-1-1所示。

图2-1-1 GPS 卫星导航仪结构

GPS 卫星导航仪通过GPS 天线接收微弱的卫星信号，经前置放大器放大(改善信噪比) 后，送至变频器将射频(RF) 信号转换为中频(IF) 信号。中频信号经放大后，送至伪码锁相环 路和载波锁相环路，进行伪码和频率(载波)的二维搜索。其中，伪码锁相环路用于使本机跟 踪伪码在时间上与接收伪码对准，实现卫星码的自动捕获和跟踪；载波锁相环路用于使本机跟 踪载波在频率和相位上与接收载波对准，实现卫星载波的自动捕获和跟踪。

GPS 信号伪码与本机跟踪伪码在相关器中进行比较，当两者一致时输出最大值，表明相关检 测 到 GPS 数据调制载波信号。该信号与本机跟踪载波混频后，检测出 GPS 数据 码 信 号 。GPS 数据码信号经数据同步、检测和滤波后，检出 GPS 卫星电文。跟踪载波与本机基准振荡波的差 值为多普勒频移；跟踪伪码与本机基准伪码比较，可测得信号传播延时，进而计算出伪距。

微处理器是GPS 卫星导航仪的核心部件，卫星导航仪对信号的接收处理在微处理器控制 下进行。其主要功能包括：开机自检、选择卫星、搜集卫星数据、校正大气层传播误差、测量伪 距、多普勒频率、计算用户的位置、速度及导航信息等。

GPS 卫星导航仪通常配备液晶显示屏，用于提供工作信息，同时配有控制键盘，供用户通过键盘控制卫星导航仪工作。部分卫星导航仪还配备大显示屏，可直接在屏幕上显示导航信 息和数字地图。

GPS 卫星导航仪的电源有两种：一种是机内电源，常用锂电池，用于为 RAM 存储器供电， 避免关机后数据丢失；另一种是机外电源，常用可充电的12V 镉镍电池，使用交流供电时，需 通过稳压电源或专用电源变换器。

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS 之后的 第三个成熟的卫星导航系统。

( 一 )系统组成

北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制系统和用户终端三大部分组成。其空间星座采 用地球静止轨道(GEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO) 和中圆轨道(MEO) 卫星组成的混合轨道 设计，构建起覆盖全球的导航网络。北斗三号系统部署了30颗卫星，其中包括5颗GEO 卫 星(3颗工作星和2颗备份星),以此增强亚太区域服务的稳定性。

地面控制系统由主控站、监测站和注入站构成，主要负责卫星状态监测、轨道修正以及导 航信号增强等工作。用户终端包含军民两用设备，例如 BDMSS 船载终端、手持机等，这些设 备兼具导航定位与短报文通信功能。

(二)定位原理

BDS融合了有源定位与无源定位双模技术。无源定位是北斗三号的主要定位模式，用户 终端接收至少4颗卫星发射的信号，利用信号传播时间差解算三维坐标，定位精度能达到米 级。有源定位则需要终端主动向卫星发射请求信号，适用于地面站覆盖范围内的紧急定位需 求。北斗三号通过星间链路技术优化信号传输效率，进一步提升了定位速度与精度。

( 三)核心功能与特点

BDS可在全球范围内提供实时导航定位服务。民用定位精度优于10m, 在亚太地区精度 可 达 2 ~ 5m, 军用级服务甚至能实现厘米级定位。BDS独创的短报文通信功能分为区域与全 球两类。区域短报文依托 GEO 卫星群，覆盖亚太地区(10°N~55°N,75°E~135°E), 支持点播 (单点传输)、组播(群组通信)和广播(区域信息发布)三种模式。北斗三号新增的全球短报 文功能突破地理限制，实现了全球应急通信。此外，系统采用B1、B2、B3 等多频段信号设计， 在复杂环境下的抗干扰能力和可靠性显著提高。

( 四 )BDMSS 船载终端与区域短报文应用

BDMSS 船载终端是BDS在航海领域的重要应用设备，主要由导航定位单元、通信控制单 元和环境适应性模块组成。其导航定位单元运用多频段信号接收技术，实现米级定位精度；通 信控制单元集成北斗专用通信协议，支持短报文加密传输。该终端采用抗盐雾腐蚀设计和宽 压电源系统，符合国际海事设备标准，能够适应船舶复杂的作业环境。

北斗三号的区域短报文通信业务由3颗地球静止轨道工作卫星和2颗备用卫星共同支 持，覆盖东经75°~135°、北纬10°~55°的亚太区域。该业务提供点播通信(定向传输)、组播通 信(群组协同)和广播通信(公共信息发布)三种模式，广泛应用于船舶调度、海上救援及气象 预警等场景。不过，由于受地球静止轨道卫星波束覆盖范围的限制，短报文服务存在地理局限 性和通信容量限制(单次传输不超过1000汉字),在远洋航行时需要结合其他通信系统，才能 实现全域覆盖。