　　下圖一是根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)全球top 31家公司超過300組receivers, chipsets和modules所做的市場(chǎng)在售接收機(jī)不同GNSS 系統(tǒng)的所占比例調(diào)查，結(jié)果顯示：GPS第一，GLONASS其次，Galileo和BeiDou正逐步被生產(chǎn)廠商接受。

　　下圖二顯示力了GNSS設(shè)備同時(shí)接受幾種信號(hào)的能力，除了可知多星座組合導(dǎo)航正成為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)特征之外，請(qǐng)注意：雙模接收機(jī)中綠色(GPS+GLONASS)和藍(lán)色(GPS+BeiDou)的數(shù)量對(duì)比，以及三模接收機(jī)中紫色(GPS+Galileo+GLONASS)和剩余部分(兼容BeiDou)的數(shù)量對(duì)比。

數(shù)據(jù)來自European Globla Navigation Satellite Systems Agency 2015年3月的統(tǒng)計(jì)。

　　第一個(gè)問題：

　　“格洛納斯使用較少”這個(gè)說法是錯(cuò)誤的。迄今為止全世界僅有兩套完成全球組網(wǎng)的導(dǎo)航系統(tǒng)：GPS和GLONASS。而GLONASS的民用應(yīng)用非常普遍，世界上在售的民用接收機(jī)，無論是手機(jī)、導(dǎo)航儀、消費(fèi)級(jí)模塊還是測(cè)繪接收機(jī)，如果要支持雙模，首選都是GPS和GLONASS。

　　GLONASS的普及程度高于其他的GNSS系統(tǒng)，包括伽利略，北斗，IRNSS。

　　第二個(gè)問題：

　　簡要介紹一下幾大GNSS系統(tǒng)各自特點(diǎn)。

　　1、GPS 全稱是 NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System) 簡稱拼起來正好是“導(dǎo)航星”的意思(雖然官方宣稱這個(gè)文縐縐的名字是是個(gè)巧合，不管你信不信，反正我不信)，始建于1970s，前期預(yù)研起始于1958年左右。是衛(wèi)星導(dǎo)航理論和實(shí)踐的開創(chuàng)者，由美國軍方運(yùn)營。無論從技術(shù)上還是運(yùn)營上，一直在被模仿，從未被超越。

　　GPS衛(wèi)星的的壽命和可靠性堪稱典范，由于美國的政策是只有當(dāng)前衛(wèi)星退役后，才發(fā)射新衛(wèi)星補(bǔ)充，GPS衛(wèi)星的長壽甚至成為GPS系統(tǒng)升級(jí)的阻礙——老衛(wèi)星總是用不壞，新一代衛(wèi)星只能等著。

　　GPS系統(tǒng)進(jìn)入試驗(yàn)階段后，其定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)出乎最初設(shè)計(jì)人員的預(yù)料，于是GPS早年對(duì)民用信號(hào)的精度給予限制，定位誤差被人為加大到100m左右。但很快，一種破解這一精度限制的技術(shù)，差分GPS技術(shù)問世了，這種技術(shù)通過一臺(tái)位置已知的接收機(jī)獲取觀測(cè)量，可以把人為加進(jìn)去的誤差給消掉，很快，大量的GPS差分站開始在北美和世界各地建立。差分技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了美國取消了GPS民用精度限制，但這還不是最后的決定因素。美國放棄精度限制的一大原因就是GLONASS。

　　對(duì)于測(cè)繪級(jí)精密定位，需要雙頻觀測(cè)來修正電離層誤差。早年GPS在L1和L2兩個(gè)頻率上播發(fā)有信號(hào)，其中L1是民用和軍用信號(hào)，L2上只有軍用信號(hào)。但是不甘寂寞的接收機(jī)廠家的工程師們找到了各種各樣的利用L2上碼型未知軍用信號(hào)的方法，以Z跟蹤為代表的一系列技術(shù)打開了民用雙頻測(cè)量的大門。

　　GPS依托美軍的全球存在，在世界各地遍布測(cè)控站，站點(diǎn)分布均勻，定軌效果好。GPS使用的WGS-84坐標(biāo)系成為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。在多次提供精度后，現(xiàn)役的WGS-84坐標(biāo)系和ITRF搞的那個(gè)誤差已被限制到毫米級(jí)。

　　GPS的CA碼碼速率是1.023MHz。目前(2016年實(shí)測(cè))GPS開闊地單點(diǎn)定位的誤差橢圓直徑大概在2m左右，可以理解為其定位精度。

　　美國正在進(jìn)行GPS的現(xiàn)代化工作。最新的GPS衛(wèi)星在L2頻率上調(diào)制了新的民用信號(hào)，使用了第三個(gè)頻率L5，開發(fā)新的軍用信號(hào)，GPS依然保持著業(yè)界老大的地位，短期內(nèi)無人能敵。

　　2、GLONASS 的命運(yùn)坎坷。GPS開始部署后，蘇聯(lián)人認(rèn)為我們也需要一個(gè)相似的系統(tǒng)，于是在1970s開始了研發(fā)，1982年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星，后來歷經(jīng)蘇聯(lián)解體，經(jīng)濟(jì)不振，斷斷續(xù)續(xù)直到199x年才補(bǔ)全了衛(wèi)星，后來由于衛(wèi)星壽命太短，和GPS動(dòng)輒20-30年的壽命相比，GLONASS只有數(shù)年的壽命，早期的衛(wèi)星壽命甚至只有3年。俄羅斯努力地讓發(fā)射衛(wèi)星的速度快過衛(wèi)星壞掉的速度，經(jīng)過十余年的努力，二十一世紀(jì)初，終于布滿了星座。其代價(jià)是，現(xiàn)在，除了25顆左右的在用衛(wèi)星，軌道上還有130多個(gè)GLONASS衛(wèi)星的尸體……

　　GLONASS在設(shè)計(jì)之初就沒考慮搞人工降低精度的措施，所以早年GLONASS的精度一直優(yōu)于被加擾的GPS，這為GLONASS贏得了最初的用戶，也和差分技術(shù)一起，逼迫美國放棄了民用信號(hào)加擾的策略，美國在200x年關(guān)閉加擾策略時(shí)官方的說法大概是這樣的：“我們確保在民用領(lǐng)域GPS能提供優(yōu)于其他系統(tǒng)的精度和可用性”

　　由于俄羅斯地處高緯度地區(qū)，GLONASS衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)上照顧了這一點(diǎn)。在高緯度地區(qū)，如極地，衛(wèi)星分布和定位表現(xiàn)會(huì)比GPS好一些。

　　與其他GNSS系統(tǒng)采用CDMA碼分多址不同，GLONASS使用了FDMA頻分多址的策略。對(duì)接收機(jī)帶寬要求略高。為了平衡這個(gè)問題，GLONASS 民用信號(hào)選擇了較低的碼速率以節(jié)約帶寬，其碼速率只有GPS民用信號(hào)速率一半，大概511kHz，導(dǎo)致單點(diǎn)定位精度低于GPS，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)差橢圓半徑在5m左右。后來GLONASS重新調(diào)整了衛(wèi)星頻率規(guī)劃，讓同時(shí)地處地球兩端的衛(wèi)星使用相同的頻率。貌似也節(jié)省了一些帶寬。

　　過去GLONASS采用PZ90.02坐標(biāo)系，它和GPS使用的WGS-84之間有誤差。在使用雙系統(tǒng)定位時(shí)，需要一些經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)換坐標(biāo)位置。俄羅斯在2013年將GLONASS升級(jí)了坐標(biāo)系，把坐標(biāo)和WGS-84和ITRF的誤差減少到了毫米的水平?，F(xiàn)在雙系統(tǒng)定位時(shí)，已不需要考慮坐標(biāo)變換問題。

　　GLONASS也在實(shí)施現(xiàn)代化的策略，新的GLONASS-M還是K衛(wèi)星將計(jì)劃改用CDMA的信號(hào)體制。

　　最后不得不贊揚(yáng)俄羅斯科學(xué)家的強(qiáng)到變態(tài)的數(shù)學(xué)功底。

　　GNSS系統(tǒng)使用導(dǎo)航電文描述衛(wèi)星位置。絕大多數(shù)系統(tǒng)利用衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)原理提出的“開普勒軌道參數(shù)”和一些修正項(xiàng)來描述某一時(shí)刻衛(wèi)星在空間的位置，通過一些諸如牛對(duì)迭代算法求方程的數(shù)值解獲取衛(wèi)星位置。只有GLONASS在電文中非常暴力的給出了衛(wèi)星在直角坐標(biāo)系中xyz位置和xyz方向上的導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)……通過龍格庫塔(貌似這么叫)數(shù)值積分，再通過一些系數(shù)非常復(fù)雜的多項(xiàng)式修正獲取衛(wèi)星實(shí)時(shí)位置……幾乎無視衛(wèi)星軌道的物理特征，純數(shù)學(xué)操作。(SBAS對(duì)GEO衛(wèi)星也利用這種直接給xyz位置的方法描述，但GEO衛(wèi)星軌道位置變化小，基本使用簡單的插值積分就可以解算了)

　　另外GLONASS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)公開程度非常好，有一個(gè)網(wǎng)站叫分析中心，網(wǎng)址http://link.zhihu.com/?target=https%3A//glonass-iac.ru/點(diǎn)開里面可以選英語，提供GLONASS和GPS衛(wèi)星的實(shí)時(shí)參數(shù)和系統(tǒng)狀況，以及性能分析。相比北斗那兩個(gè)網(wǎng)站，遮遮掩掩，全是新聞和會(huì)議報(bào)道，不知要高到哪里去了。

　　3、北斗。北斗目前進(jìn)行到第二代，正在試驗(yàn)第三代?，F(xiàn)在建成的北斗二代是一個(gè)只為亞太地區(qū)服務(wù)的區(qū)域系統(tǒng)，在歐洲、非洲、美洲幾乎收不到衛(wèi)星，在中亞、太平洋性能會(huì)打折扣。

　　199x年，中國的教授發(fā)現(xiàn)，只要通過其他方法(比如氣壓表)給一個(gè)概略的高程值，就可以通過有源雙星定位解算出用戶的位置。這樣不需要打?qū)⒔?0個(gè)衛(wèi)星，就可以建起一個(gè)低成本的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。經(jīng)過一些試驗(yàn)后，北斗一代提供服務(wù)。北斗一代和GPS/GLONASS不同，它的用戶機(jī)必須發(fā)信號(hào)才能完成定位，而GPS/GLONASS只要接收就可以了。由于定位需要進(jìn)行雙向衛(wèi)星通信，北斗一代的用戶容量是有限的。這導(dǎo)致注定這個(gè)權(quán)宜之計(jì)下搞出的系統(tǒng)只能為特殊用戶提供服務(wù)。此外北斗一代是用通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的，所以它還有一個(gè)副業(yè)，就是短報(bào)文通信。我至今沒有用過北斗一代這套系統(tǒng)。

　　隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國覺得這個(gè)一代不靠譜，需要也搞一個(gè)像GPS/GLONASS那樣的無源系統(tǒng)。但是無奈(航天某所和中電某所的)技術(shù)有限，論證半天不敢直接搞一個(gè)大系統(tǒng)。那就采取了一條先局部，再全球的策略，也就是現(xiàn)在的北斗二代區(qū)域系統(tǒng)，和北斗三代全球系統(tǒng)。

　　這時(shí)候歐盟的伽利略提上日程。中國想和他們合作，我出小錢錢，歐盟出技術(shù)，心里想順便我也能學(xué)到技術(shù)。于是兩者一拍即合。但后來中國發(fā)現(xiàn)被坑了，錢沒少給，技術(shù)學(xué)不到。這時(shí)候一狠心我們不合作了，我要單干。于是專心致志建立北斗二代。

　　北斗二代和GPS/GLONASS原理類似，但軌道設(shè)置很大的區(qū)別。GPS/GLONASS只有中軌道MEO衛(wèi)星，而北斗二代有三種衛(wèi)星：GEO，IGSO和MEO。MEO衛(wèi)星是全球到處跑的，而GEO和IGSO衛(wèi)星會(huì)乖乖地定在中國上空。由于只用GEO衛(wèi)星，會(huì)造成南北方向變態(tài)大的定位誤差，所以必須用IGSO來改善星座分布。

　　北斗二代擁有GPS兩倍，GLONASS四倍的民用信號(hào)帶寬，2.046MHz，數(shù)學(xué)上講其信號(hào)性能是最好的，實(shí)測(cè)北斗碼測(cè)量結(jié)果也確實(shí)十分細(xì)膩。但現(xiàn)在北斗二代在亞太地區(qū)定位性能還比不過GPS和GLONASS，現(xiàn)在限制北斗二代精度和準(zhǔn)確度的，主要是是地面測(cè)控站分布不夠廣泛導(dǎo)致測(cè)軌可能還有一些問題，天空中衛(wèi)星分布集中在南面，不夠均勻，等等。

　　在北斗公布接口文件之前，現(xiàn)在的格蕾絲·杏欣·高教授還在攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)中國發(fā)射了唯一一顆可以全球轉(zhuǎn)的MEO試驗(yàn)衛(wèi)星(剩下的都是定在亞太上空的，轉(zhuǎn)不到歐洲和美國那面)，使用C30的PRN碼，開始播發(fā)信號(hào)(據(jù)外媒……外國學(xué)術(shù)論文報(bào)道，這顆衛(wèi)星遇到了嚴(yán)重的時(shí)鐘問題，不久就壞掉了)。高同學(xué)使用一個(gè)不到2m的拋物面天線跟蹤了這顆衛(wèi)星，在B1、B2和B3三個(gè)頻率上觀察到了導(dǎo)航信號(hào)。她把信號(hào)錄下來分析，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)重復(fù)周期分別為1ms、1ms、10ms的信號(hào)。要知道GPS民用信號(hào)重復(fù)時(shí)間是1ms。軍用信號(hào)重復(fù)時(shí)間長達(dá)1周，高同學(xué)想當(dāng)然的認(rèn)為，這三個(gè)都是民用公開信號(hào)，于是通過一些信號(hào)處理算法得到了碼序列，然后通過杰出的數(shù)學(xué)算法獲得了三個(gè)信號(hào)的生成多項(xiàng)式，即信號(hào)的生成結(jié)構(gòu)，發(fā)表了那篇后來給她帶來一世罵名的論文。國外的接收機(jī)廠商借助這篇論文，很快開發(fā)了高性能的北斗接收機(jī)，讓國內(nèi)通過延遲發(fā)布ICD保護(hù)本土廠商的計(jì)劃(可能有，沒有證據(jù)支持，純粹個(gè)人猜想)落空了。這篇論文算不上破解了軍用北斗，如果軍用北斗那么容易就被破解了，我們的專家豈不是很沒有面子，所以特殊領(lǐng)域的安全問題大家盡可放心，但此事也絕對(duì)曾讓國內(nèi)的某些決策和研發(fā)人員大跌眼鏡當(dāng)場(chǎng)懵逼。事后北斗公開了兩版接口文件，先公開了B1頻率上的民用信號(hào)，和高同學(xué)搞出來的那個(gè)是一樣的。N個(gè)月后又公布了B2頻率的民用信號(hào)——和B1上的信號(hào)結(jié)構(gòu)是一樣的=_=b，但沒忘寫了一句，B2上的這個(gè)信號(hào)可能會(huì)改……(大概在新型號(hào)體制實(shí)驗(yàn)取得成功后)。

　　相比北斗二代建立初期，現(xiàn)在的衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但……可能是我的要求略高……或者站著說話不腰疼……我知道中電某所，航天某所……某院……某大學(xué)，某某大學(xué)的同志們已經(jīng)很努力了……無意冒犯，但相比GPS和GLONASS還有進(jìn)步的空間。

　　最近幾年，北斗三代的試驗(yàn)星已經(jīng)上天了。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)工作，可能包括新信號(hào)、星間鏈路、空間定軌等，我無權(quán)接觸，公開信息也不多，希望現(xiàn)有的問題能早日解決。目前我覺得北斗三代不想繼續(xù)使用北斗二代這種老技術(shù)，應(yīng)該是想在技術(shù)層面向伽利略看齊。一旦時(shí)機(jī)成熟，使用新信號(hào)的北斗三代會(huì)噌噌地發(fā)射，組網(wǎng)，服務(wù)，如果按照白皮書的計(jì)劃，2020年，北斗會(huì)成為第三個(gè)全球組網(wǎng)的定位系統(tǒng)。

　　4、伽利略系統(tǒng)。伽利略系統(tǒng)具有最先進(jìn)的紙面設(shè)計(jì)，就實(shí)際發(fā)射的幾顆衛(wèi)星看來，實(shí)際性能也將會(huì)很出色。Galileo擁有先進(jìn)的新信號(hào)體制，從一開始就處在技術(shù)新高度上，不用兼容老產(chǎn)品。Galileo擁有一個(gè)達(dá)到51MHz帶寬民用信號(hào)……所謂信號(hào)帶寬太大會(huì)增加接收機(jī)成本到不可接受是基于上世紀(jì)的電子技術(shù)，現(xiàn)在這種技術(shù)問題已經(jīng)不復(fù)存在。這些信號(hào)將提供超越GPS的民用定位性能。無奈在歐盟缺錢，衛(wèi)星星座遲遲無法布滿，組網(wǎng)進(jìn)度似乎已被北斗趕超。倒是接收機(jī)廠商動(dòng)作很快，衛(wèi)星沒發(fā)齊接收機(jī)到處都有了，和衛(wèi)星打齊了沒有接收機(jī)的irnss形成鮮明對(duì)比。

　　5、QZSS系統(tǒng)。QZSS是日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)，它是GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)發(fā)射三顆衛(wèi)星，現(xiàn)在發(fā)射了一顆。所謂“準(zhǔn)天頂”，就是通過規(guī)劃一個(gè)斜的8字軌道，讓系統(tǒng)的三顆衛(wèi)星三班倒，在日本本土，任何時(shí)間總有一顆位于接近90度仰角的天頂位置。在日本高樓林立的街道上，這顆衛(wèi)星可以提供良好的可見性，提供GPS增強(qiáng)信息，彌補(bǔ)SBAS系統(tǒng)仰角低，可見性不好的缺點(diǎn)。

　　6、IRNSS系統(tǒng)。印度發(fā)展的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，和北斗類似，擁有3顆GEO和4顆IGSO衛(wèi)星。目前已經(jīng)完成組網(wǎng)，但支持的設(shè)備真心少。理論上在我國西部可以利用它定位。它基本采用和GPS一致的體系，特色在于，其他的系統(tǒng)，包括GPS、GLONASS、北斗、伽利略、QZSS、SBAS，都只在L波段(1.2GHz)播發(fā)信號(hào)，而IRNSS擁有目前世界唯一一個(gè)S波段(2.4GHz)民用導(dǎo)航信號(hào)。在新的波段，電磁波傳播具有不同的特性，值得研究。

　　7、SBAS系統(tǒng)。SBAS系統(tǒng)全稱星基增強(qiáng)系統(tǒng)，它采用GEO衛(wèi)星，用GPS L1和L5波段播發(fā)GPS廣域差分修正信息，增強(qiáng)GPS的性能。它有不同國家運(yùn)行的幾個(gè)不同的系統(tǒng)組成，分別是

　　美國的WAAS(Wide Area Augmentation System)

　　俄羅斯的SDCM(System for Differential Corrections and Monitoring)

　　歐洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)

　　日本的MSAS(Multi-functional Satellite Augmentation System)

　　印度的GAGAN(GPS Aided Geo Augmented Navigation)

　　中國在早年也策劃過類似的系統(tǒng)，但可能沒有實(shí)施。他相當(dāng)于GPS系統(tǒng)中的GEO衛(wèi)星，起到的作用和北斗GEO衛(wèi)星在北斗二代中的功能類似。有的衛(wèi)星只能播發(fā)修正信息，有的還能參與定位。

　　最初美國搞WAAS的目的是希望讓GPS增強(qiáng)到擁有在任何地方都可以引導(dǎo)飛機(jī)盲降的精度和可靠性，但這個(gè)目標(biāo)比較難以實(shí)現(xiàn)。

　　GPS至今是衛(wèi)星定位界的老大，他帶了SBAS、QZSS幾個(gè)小弟。我們可以把SBAS、QZSS看作GPS的輔助系統(tǒng)。

　　GLONASS是第二個(gè)全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)之無愧的第二把金交椅。

　　北斗三代和伽利略是努力追趕的、建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　北斗二代和IRNSS是已經(jīng)投入運(yùn)營的，已建成的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。