北斗卫星导航系统详解

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1、北斗卫星导航系统包括和两代系统，是中国研发的。北斗一号是一 个已投入使用的区域性卫星导航系统，北斗二号则是一个正在建设 中的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统和、被确认为全球4 个卫星导航系统核心供应商。北斗一号北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面 控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统 可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数 十纳秒（ns）的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时 精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高 到6m，C

2、/A码目前己由25-100m提高到12m,授时精度日前约20ns。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。2008 年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面， 和已有的 GPS 卫星定位系统一起，发挥“双保险”作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD,在ITU （国际电信联合 会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。系统工作原理“北斗一号”卫星定位系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

3、值,又可知道用 户出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。“北斗一号”的覆盖范围是北纬5一55,东经70一140之间的心 脏地区,上大下小,最宽处在北纬 35左右。其定位精度为水平精度 100米（1o），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。工作频率： 2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。 北斗系统三大功能快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20100m；短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送 40-6

4、0 个汉字的短报文信息；由于对包含车辆的位置和状态信息的数据要求有一定的实时性。同 时车辆与调控中心之间的信息沟通实际上也是一种数据的通信方式， 其信息量一般也不会超过GSM短信息的长度范围。因此利用GSM 的短消息业务基本可满足系统通信的需要。 其次，通过短信息方式 发送数据其成本代价远远低于其它方式（如通过话音信道）。与其他无线电台等传统方式比较，采用GSM短信息网络系统具有以下优点：1、速度快，实时性好，不掉线；2、可以双向通信，及时返回终端信息；3、设备体积小，操作简单；4、由于控制中心无须专门设置大功率发射电台，将大大降低安装 费用；5、覆盖面广受地理环境 精密授时：北斗系统具有精密

5、授时功能， 可向用户提供20ns-100ns 时间同步精度。北斗系统地面定位手持机北斗1号导航系统的缺点北斗1号导航系统的定位是依照美国工程师1982年提出的“双星主 动式卫星定位系统”原理而实施的，在设计定型时就知道该技术是属 于十分落后的一种。美国人和欧洲人都没有采用此技术实现GPS系 统。为什么我军要用呢，因为国外这部分的技术资料几乎全部是开源， 成本较低，可以达到全部“国产”！想想伊拉克的计算机通讯设施也 是全部“国产”的，至少不是美国的，感觉上应该是很“安全”的吧？为什么在实战中联也联不上，通也通不了，伊拉克军队就像没有指挥 的民团而被各个击溃，导致家破国亡呢？北斗 GPS 导航系统

6、设计最大并发终端服务容量为150 台/秒，平 均每天运营费用数以几十万计，它并不是真正意义上的GPS而是只覆 盖亚洲部分地区的导航系统。北斗GPS导航系统可以说军事应用值价很低，中国“北斗一号” 的定位原理与美国GPS的完全不同，主要在两个关键点上，一是“北 斗一号”定位终端是有源的，即兼具发射和接收功能，而美国 GPS 的 定位终端只需要接收功能；二是“北斗一号”定位终端的位置、速度解 算是在地面控制中心，而美国的 GPS 的定位终端本身具有解算能力。 这两个关键差别导致在军事应用时：1）由于“北斗一号”定位终端是有源终端，定位过程发射电磁信 号，马上暴露了使用者的位置，如果是特种部队、战舰

7、使用，无疑是 主动申请敌方“向我开炮！”。而美国的 GPS 终端是无源的监听者，使 用起来十分安全、隐蔽；2）由于“北斗一号”定位终端使用时是双向通信，由地面控制站 把定位信息返传给定位终端，时延长（秒级），不能应用于音速飞行 的装备，如导弹、战机等。而美国的 GPS 终端是在终端解算定位信息， 反应时间只与终端的运算速度相关（毫秒级），即使高亚音速的巡航 导弹亦能应用。3）由于“北斗一号”的定位过程需要地面控制中心与定位终端之 间进行通信，受信道限制，同时服务的终端数有限（百台级），战场 上的大规模应用成为不可能，试想作战时，数百台战车、数百台战舰、 数千官兵同时需要定位服务，光通信排队都要

8、等半天，如何敢用？！ 而美国的 GPS 工作原理是无源定位、分散运算，故没有信道瓶颈，军 用、民用均没有终端数量的限制。4）同样由于 3）点，战时“北斗一号”系统极易被阻塞而发挥不到 作用。敌方只要把侦测到的定位终端发射信号进行高密度、重复发送， 就会造成象无数台定位终端在同时申请服务的假象，阻塞了有限的信 道，使真正的定位终端不能工作、或响应减慢。5）由于“北斗一号”定位终端需要有发射单元，成本高、使用条 件受约束大，单兵、单武器应用的可能性低，主要还是车、船载应用。6）如果战时地面控制站被“硬杀伤”、或被电磁压制、或内部破 坏，则全系统“武功全废”。从计算机系统体制结构看，“北斗一号”是S

9、 erver 地面控制中 心）-Client （定位终端）式体系结构，上述的缺憾是C/S体系结构 造成的，该体系结构完全不适用于战争环境，只有分布式体系结构在 战争环境才最具生存能力，象 INTERNET 强调点-点通信能力， INTERNET 的工作站在通信层上均是平等的，没有主、从之分。美国 的GPS定位系统类似Web Serviced羊的分布式体系，定位终端独立工 作，24颗GPS卫星只起参照系作用，没有控制作用。鉴于以上种种缺点，北斗2号导航系统诞生了。北斗一号导航定位卫星的发射时间分别为： 2000 年 10 月 31 日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验 卫星北斗TA。 200

10、0 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TD。北斗二代卫星导航北斗2号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨 道卫星组成，提供两种服务方式，即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50纳秒，测速精度0. 2米/秒。第二代北斗卫星导航系统的基本工作原理是：空间段卫星接收地面 运控系统上行注入的导航电文及参数，并且连续

11、向地面用户发播卫星 导航信号，用户接收到至少4颗卫星信号后，进行伪距测量和定位解 算，最后得到定位结果。同时为了保持地面运控系统各站之间时间同 步，以及地面站与卫星之间时间同步，通过站间和星地时间比对观测 与处理完成地面站间和卫星与地面站间时间同步。分布国土内的监测 站负责对其可视范围内的卫星进行监测，采集各类观测数据后将其发 送至主控站，由主控站完成卫星轨道精密确定及其它导航参数的确 定、广域差分信息和完好性信息处理，形成上行注入的导航电文及参 数。第二代北斗导航系统虽然目前仍为区域卫星导航系统，但服务 区比北斗导航试验系统扩大了很多，具有连续实时三维定位测速能 力，授权服务在增强服务基础上

12、，进一步提供RDSS功能和信号功率 增强服务。目前，卫星导航定位的应用范围和行业不断扩展，全国卫星导 航应用市场规模以每两年翻一番的速度快速增长。卫星导航定位技术 已广泛应用于交通运输、基础测绘、工程勘测、资源调查、地震监测、 气象探测和海洋勘测等领域。北斗卫星导航系统的建成，可促进我国自主卫星导航事业的发展，体现国家综合实力，使我国在卫星应用方面摆脱对国外卫星导航 系统的依赖，打破美国的垄断，并带动一大批高技术产业，形成新的 经济增长点。北斗导航系统的应用具有广泛的应用潜力。比如公安保 卫、遇险抢救、海岸缉私、巡逻搜索、囚车与运钞车监控、环境数据 收集、各种灾害的预报与监测、交通管制、远距离

13、输电以及个人旅游、 娱乐等诸多方面都有着广大的潜在用户。套用一句形容的话就是：北 斗卫星导航系统的应用前景“仅受限于人们的想象力”。随着系统建 设的不断发展，很多潜在的应用必将被发掘出来，北斗卫星导航系统 必将会得到越来越广泛的应用，从而产生巨大的社会和经济效益。北斗二代卫星导航系统建设进展时间进展2007 年 4 月 14 日第一颗“北斗一号”非静止轨道卫星成功 发射，标志着我国正式启动第二代卫星导航 定位系统建设计划2009 年 4 月 15第二颗“北斗二号”系统地球同步轨道卫日星成功发射2010 年 1 月 17第三颗“北斗二号”系统地球同步轨道卫日星成功发射2010年6月2第四颗“北斗

14、二号”系统地球同步轨道卫日星成功发射2010年8月1日第五颗“北斗二号”系统地球同步轨道卫 星成功发射，北斗二代卫星导航系统进入了 组网高峰期12月18日在西昌卫星发射中心，第七颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道2012 年覆盖亚太。北斗二代卫星导航系统组网建成，首先提供覆盖亚太地区的定位覆盖全球。聿成由5颗静止轨道卫星和302020 年颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统，在国内市场取代数据来源：安信证券研究中心制表：凤凰网财经北斗卫星系统是继美俄之后，全球第三套技术成熟的全球定位导航 系统，09 年我国的卫星系统将进入组网高峰期，今明两年将要发射 越十颗导航卫星，预计将在2015 年建成一个由30 颗卫星组成的全 球导航系统，届时我国将会逐渐摆脱对美国GPS系统的依赖。