北斗卫星导航系统介绍

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1、北斗卫星导航系统介绍北斗卫星导航系统介绍北斗卫星导航系统BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System包括北斗一号和北斗二号两代系统，是中国研发的卫星导航系统。北斗一号是一个已投入使用的区域性卫星导航系统1，北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统2。北斗卫星导航系统和美国 GPS、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系統被联合国一起确认为全球四个卫星导航系统核心供应商。34该系统于 2011 年 12 月 27 日宣布试运行。 5目录1 组成与精度2 發射時間3 系统构成与工作原理3.1 卫星3.2 北斗一号卫星导航系统工作原理4 北斗一号与 GP

2、S 系统比较5 北斗二号和未来发展6 其它卫星导航系统7 注释8 参考文献9 外部链接编辑组成与精度较早投入使用的北斗一号由三颗定位卫星（两颗工作卫星、一颗備份卫星註 1） 、地面控制中心为主的地面部分以及用户终端三部分组成。北斗一号卫星导航定位系统可向用户提供全天候的即时定位服务。校准精度為 20 米，未校准精度 100 米6。正在发展中的北斗二号则将在 2012 年底由 10 余颗卫星覆盖亚太大部分地区，民用定位精度为 10 米7。远期目标为 2020 年由 35 颗卫星提供覆盖全球的导航能力。编辑發射時間北斗一号導航定位衛星的發射時間分別為：2000 年 10 月 31 日，西昌卫星发射

3、中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1A。2000 年 12 月 21 日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1B。2003 年 5 月 25 日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1C。2007 年 2 月 3 日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1D。北斗二号导航定位卫星的发射时间分别為：2007 年 4 月 14 日 4 时 11 分，第一颗北斗导航卫星(M1)从西昌卫星发射中心被“长征三号甲”运载火箭送入太空。2009 年 4 月 15 日，第二颗北斗导航卫星(G2)由长征三号丙火箭顺利发射，位于地球静止同步轨道。2010 年 1 月 17 日，西昌

4、卫星发射中心用长征三号丙运载火箭发射第三颗北斗导航卫星(G1)。82010 年 6 月 2 日夜间，第四颗北斗导航卫星(G3)在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功送入太空预定轨道。92010 年 8 月 1 日 5 时 30 分，第五颗北斗导航卫星(I1)在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空轨道，这是长征系列运载火箭第 126 次飞行。102010 年 11 月 1 日 0 时 26 分，第六颗北斗导航卫星(G4)在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功送入太空，这是长征系列运载火箭的第 133 次飞行。112010 年 12 月 18 日 4 时 20 分，

5、第七颗北斗导航卫星(I2)在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空，这是长征系列运载火箭的第 136 次飞行，亦是該年中国的最後一次发射。122011 年 4 月 10 日 4 时 47 分，第八颗北斗导航卫星(I3)在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道。此次发射是长征系列火箭的第 137 次发射，标志着中国航天 2011 年高密度发射拉开序幕，同时也是“十二五”期间的首次航天发射。132011 年 7 月 27 日 5 时 44 分，第九颗北斗导航卫星(I4)在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道，这是中国北斗导航系统组

6、网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。142011 年 12 月 2 日 5 时 07 分，第十颗北斗导航卫星(I5)在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道。这是中国北斗导航系统组网的第五颗倾斜地球同步轨道卫星。2012 年 2 月 25 日 0 时 12 分，第十一颗北斗导航卫星(G5)在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功送入太空轨道，这是长征系列运载火箭第 158 次飞行。152012 年 4 月 30 日，北京时间凌晨 4 时 50 分，中国在西昌卫星发射中心成功发射“一箭双星” ，用“长征三号乙”运载火箭将中国第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星顺利送入

7、太空预定转移轨道。这是中国北斗卫星导航系统首次采用“一箭双星”方式发射导航卫星，也是中国首次采用“一箭双星”方式发射两颗地球中高轨道卫星。该次“一箭双星”发射的两颗北斗导航卫星及“长征三号乙”运载火箭，分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是中国“长征”系列运载火箭第 160 次航天飞行。16数分钟后，火箭两节残骸分别落入广西壮族自治区隆林各族自治县隆或乡龙爽村陇弄屯和介廷乡马窑村龙艾屯，这是火箭残骸首次落在该县境内。编辑系统构成与工作原理编辑卫星日期火箭卫星轨道17 使用状况 系统世代2000 年 10 月 31 日 长征三号 A北斗-1A36,08

8、6 x 36,256 km 废弃卫星轨道 58E停止工作 北斗一号2000 年 12 月 21 日 长征三号 A北斗-1B35,883 x 36,264 km 废弃卫星轨道停止工作2003 年 5 月 25 日长征三号 A北斗-1C地球静止轨道 110.5E正常，備份星2007 年 2 月 3 日 长征三号 A北斗-1D35844 x 36365 km 废弃卫星轨道失效，脫離轨道2007 年 4 月 14 日长征三号 A北斗-M1中地球轨道 21500km正常，測試星北斗二号2009 年 4 月 15 日长征三号 C北斗-G2漂移失效，脫離轨道2010 年 1 月 17 日长征三号 C北斗-G

9、1地球静止轨道 140E正常2010 年 6 月 2 日 长征三号 C北斗-G3地球静止轨道 84E正常2010 年 8 月 1 日 长征三号 A北斗-I1倾斜地球同步轨道 倾角55正常2010 年 11 月 1 日长征三号 C北斗-G4地球静止轨道 160E正常2010 年 12 月 18 日 长征三号 A北斗-I2倾斜地球同步轨道 倾角 55正常2011 年 4 月 10 日长征三号 A北斗-I3倾斜地球同步轨道 200kmX35991km，倾角 55 正常2011 年 7 月 27 日长征三号 A北斗-I4倾斜地球同步轨道正常2011 年 12 月 2 日长征三号 A北斗-I5倾斜地球同

10、步轨道正常2012 年 2 月 25 日长征三号 C北斗-G5地球静止轨道正常2012 年 4 月 30 日长征三号 B北斗-M3中地球轨道 21500km正常2012 年 4 月 30 日长征三号 B北斗-M4中地球轨道 21500km正常编辑北斗一号卫星导航系统工作原理北斗一号卫星导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I 和卫星 II 同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测

11、出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户

12、所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。短报文通信：一次可传送多达 120 个汉字的訊息。精密授时：精度达 10 纳秒。定位精度：水平精度 100 米（1） ，设立标校站之后为 20 米（类似差分状态） 。工作频率：2491.75MHz。系统容量：每小时 540000 户。编辑北斗一号与 GPS 系统比较覆盖范围：北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约 70-140，北纬 5-55。GPS 是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到 6-9 颗卫星（实际上最多能观测到 11 颗） 。卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上

13、设置 2 颗地球同步卫星，卫星的赤道角距约 60。GPS 是在 6 个轨道平面上设置 24 颗卫星，轨道赤道倾角 55，轨道面赤道角距 60。GPS导航卫星轨道为准同步轨道，绕地球一周 11 小时 58 分。定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS 是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。 “北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十

14、米，授时精度约100ns。GPS 三维定位精度 P 码目前己由 16m 提高到 6m，C/A 码目前已由 25-100m 提高到 12m，授时精度目前约 20ns。用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS 是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此 GPS 的用户设备容量是无限的。生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，

15、“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS 已经在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后 GPS 卫星可以独立运行。而“北斗一号” 系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。实时性:“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发和中心控制系统的处理，时间延迟就更长了。因此，对于高速运动体，其定位误差将加大。“北斗一号”卫星导航系统还有一些

16、其他的特点，比如其具备的短信通讯功能就是 GPS 所缺少的。编辑北斗二号和未来发展规划相继发射 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。此前，已成功发射了 10 顆北斗导航卫星。按照建设规划，2012 年左右，北斗卫星导航系统将首先具备覆盖亚太地区的导航、授时和短报文通信服务能力。2020 年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。18北斗二号是中国开发的独立的全球卫星地位系统，不是北斗一号的简单延伸，更类似于 GPS（全球定位系统）和伽利略。正在建设的北斗二号卫星导航系统空间段将由 5 颗静止轨道卫星和30 颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为 10 米，授时精度为 10 纳秒，测速精度为 0.2 米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息19。2007 年初，北斗二号的第一颗卫星已经成功