　　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所做的市場在售接收機不同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)備同時接受幾種信號的能力，除了可知多星座組合導(dǎo)航正成為一種行業(yè)標(biāo)準特征之外，請注意：雙模接收機中綠色(GPS+GLONASS)和藍色(GPS+BeiDou)的數(shù)量對比，以及三模接收機中紫色(GPS+Galileo+GLONASS)和剩余部分(兼容BeiDou)的數(shù)量對比。

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

　　第一個問題：

　　“格洛納斯使用較少”這個說法是錯誤的。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，無論是手機、導(dǎo)航儀、消費級模塊還是測繪接收機，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。

　　第二個問題：

　　簡要介紹一下幾大GNSS系統(tǒng)各自特點。

　　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(雖然官方宣稱這個文縐縐的名字是是個巧合，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)航理論和實踐的開創(chuàng)者，由美國軍方運營。無論從技術(shù)上還是運營上，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)星補充，GPS衛(wèi)星的長壽甚至成為GPS系統(tǒng)升級的阻礙——老衛(wèi)星總是用不壞，新一代衛(wèi)星只能等著。

　　GPS系統(tǒng)進入試驗階段后，其定位精度遠遠出乎最初設(shè)計人員的預(yù)料，于是GPS早年對民用信號的精度給予限制，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)通過一臺位置已知的接收機獲取觀測量，可以把人為加進去的誤差給消掉，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。

　　對于測繪級精密定位，需要雙頻觀測來修正電離層誤差。早年GPS在L1和L2兩個頻率上播發(fā)有信號，其中L1是民用和軍用信號，L2上只有軍用信號。但是不甘寂寞的接收機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)打開了民用雙頻測量的大門。

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

　　GPS的CA碼碼速率是1.023MHz。目前(2016年實測)GPS開闊地單點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，使用了第三個頻率L5，開發(fā)新的軍用信號，GPS依然保持著業(yè)界老大的地位，短期內(nèi)無人能敵。

　　2、GLONASS 的命運坎坷。GPS開始部署后，蘇聯(lián)人認為我們也需要一個相似的系統(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)濟不振，斷斷續(xù)續(xù)直到199x年才補全了衛(wèi)星，后來由于衛(wèi)星壽命太短，和GPS動輒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，二十一世紀初，終于布滿了星座。其代價是，現(xiàn)在，除了25顆左右的在用衛(wèi)星，軌道上還有130多個GLONASS衛(wèi)星的尸體……

　　GLONASS在設(shè)計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加擾的策略，美國在200x年關(guān)閉加擾策略時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)計上照顧了這一點。在高緯度地區(qū)，如極地，衛(wèi)星分布和定位表現(xiàn)會比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。對接收機帶寬要求略高。為了平衡這個問題，GLONASS 民用信號選擇了較低的碼速率以節(jié)約帶寬，其碼速率只有GPS民用信號速率一半，大概511kHz，導(dǎo)致單點定位精度低于GPS，現(xiàn)在標(biāo)準差橢圓半徑在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，需要一些經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)換坐標(biāo)位置。俄羅斯在2013年將GLONASS升級了坐標(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，已不需要考慮坐標(biāo)變換問題。

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

　　最后不得不贊揚俄羅斯科學(xué)家的強到變態(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)星運動原理提出的“開普勒軌道參數(shù)”和一些修正項來描述某一時刻衛(wèi)星在空間的位置，通過一些諸如牛對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)雜的多項式修正獲取衛(wèi)星實時位置……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，有一個網(wǎng)站叫分析中心，網(wǎng)址http://link.zhihu.com/?target=https%3A//glonass-iac.ru/點開里面可以選英語，提供GLONASS和GPS衛(wèi)星的實時參數(shù)和系統(tǒng)狀況，以及性能分析。相比北斗那兩個網(wǎng)站，遮遮掩掩，全是新聞和會議報道，不知要高到哪里去了。

　　3、北斗。北斗目前進行到第二代，正在試驗第三代?，F(xiàn)在建成的北斗二代是一個只為亞太地區(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個衛(wèi)星，就可以建起一個低成本的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。經(jīng)過一些試驗后，北斗一代提供服務(wù)。北斗一代和GPS/GLONASS不同，它的用戶機必須發(fā)信號才能完成定位，而GPS/GLONASS只要接收就可以了。由于定位需要進行雙向衛(wèi)星通信，北斗一代的用戶容量是有限的。這導(dǎo)致注定這個權(quán)宜之計下搞出的系統(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)星實現(xiàn)的，所以它還有一個副業(yè)，就是短報文通信。我至今沒有用過北斗一代這套系統(tǒng)。

　　隨著中國經(jīng)濟發(fā)展，中國覺得這個一代不靠譜，需要也搞一個像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)星會乖乖地定在中國上空。由于只用GEO衛(wèi)星，會造成南北方向變態(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四倍的民用信號帶寬，2.046MHz，數(shù)學(xué)上講其信號性能是最好的，實測北斗碼測量結(jié)果也確實十分細膩。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確度的，主要是是地面測控站分布不夠廣泛導(dǎo)致測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)時中國發(fā)射了唯一一顆可以全球轉(zhuǎn)的MEO試驗衛(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(據(jù)外媒……外國學(xué)術(shù)論文報道，這顆衛(wèi)星遇到了嚴重的時鐘問題，不久就壞掉了)。高同學(xué)使用一個不到2m的拋物面天線跟蹤了這顆衛(wèi)星，在B1、B2和B3三個頻率上觀察到了導(dǎo)航信號。她把信號錄下來分析，發(fā)現(xiàn)了三個重復(fù)周期分別為1ms、1ms、10ms的信號。要知道GPS民用信號重復(fù)時間是1ms。軍用信號重復(fù)時間長達1周，高同學(xué)想當(dāng)然的認為，這三個都是民用公開信號，于是通過一些信號處理算法得到了碼序列，然后通過杰出的數(shù)學(xué)算法獲得了三個信號的生成多項式，即信號的生成結(jié)構(gòu)，發(fā)表了那篇后來給她帶來一世罵名的論文。國外的接收機廠商借助這篇論文，很快開發(fā)了高性能的北斗接收機，讓國內(nèi)通過延遲發(fā)布ICD保護本土廠商的計劃(可能有，沒有證據(jù)支持，純粹個人猜想)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，但此事也絕對曾讓國內(nèi)的某些決策和研發(fā)人員大跌眼鏡當(dāng)場懵逼。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，和高同學(xué)搞出來的那個是一樣的。N個月后又公布了B2頻率的民用信號——和B1上的信號結(jié)構(gòu)是一樣的=_=b，但沒忘寫了一句，B2上的這個信號可能會改……(大概在新型號體制實驗取得成功后)。

　　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還有進步的空間。

　　最近幾年，北斗三代的試驗星已經(jīng)上天了。對于這些實驗工作，可能包括新信號、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。一旦時機成熟，使用新信號的北斗三代會噌噌地發(fā)射，組網(wǎng)，服務(wù)，如果按照白皮書的計劃，2020年，北斗會成為第三個全球組網(wǎng)的定位系統(tǒng)。

　　4、伽利略系統(tǒng)。伽利略系統(tǒng)具有最先進的紙面設(shè)計，就實際發(fā)射的幾顆衛(wèi)星看來，實際性能也將會很出色。Galileo擁有先進的新信號體制，從一開始就處在技術(shù)新高度上，不用兼容老產(chǎn)品。Galileo擁有一個達到51MHz帶寬民用信號……所謂信號帶寬太大會增加接收機成本到不可接受是基于上世紀的電子技術(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)進度似乎已被北斗趕超。倒是接收機廠商動作很快，衛(wèi)星沒發(fā)齊接收機到處都有了，和衛(wèi)星打齊了沒有接收機的irnss形成鮮明對比。

　　5、QZSS系統(tǒng)。QZSS是日本的準天頂系統(tǒng)，它是GPS的增強系統(tǒng)。預(yù)計發(fā)射三顆衛(wèi)星，現(xiàn)在發(fā)射了一顆。所謂“準天頂”，就是通過規(guī)劃一個斜的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增強信息，彌補SBAS系統(tǒng)仰角低，可見性不好的缺點。

　　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，而IRNSS擁有目前世界唯一一個S波段(2.4GHz)民用導(dǎo)航信號。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GPS的性能。它有不同國家運行的幾個不同的系統(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增強到擁有在任何地方都可以引導(dǎo)飛機盲降的精度和可靠性，但這個目標(biāo)比較難以實現(xiàn)。

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

　　GLONASS是第二個全球覆蓋的衛(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)投入運營的，已建成的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。