學(xué)術(shù)周報(bào)告會綜述

1、學(xué)術(shù)周報(bào)告會綜述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)學(xué)期末，院里組織了三場報(bào)告會，有關(guān)于遙感大數(shù)據(jù)的，有關(guān)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的，還有專業(yè)與空氣污染方面的。下面就北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)給出自己的看法。（一）、概述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可

2、在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10納秒?？臻g段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。2013年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)一周年新聞發(fā)布會在國務(wù)院新聞辦公室新聞發(fā)布廳召開，正式發(fā)布了北斗系統(tǒng)公

3、開服務(wù)性能規(guī)范（1.0版）和北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件（2.0版）兩個(gè)系統(tǒng)文件。2014年11月23日，國際海事組織海上安全委員會審議通過了對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函，這標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式成為全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國際合法地位。中國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已獲得國際海事組織的認(rèn)可。（二）、原理1、定位原理35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間到達(dá)差原理都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在接收機(jī)對衛(wèi)星觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式

4、，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測點(diǎn)的位置（X,Y,Z）。考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。衛(wèi)星定位實(shí)施的是“到達(dá)時(shí)間差”（時(shí)延）的概念：利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導(dǎo)航信息獲得從衛(wèi)星至接收機(jī)的到達(dá)時(shí)間差。衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時(shí)間和位置信息的無線電信號，供接收機(jī)接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素，接

5、收機(jī)接收到信號的時(shí)刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時(shí)刻延遲，通常稱之為時(shí)延，因此，也可以通過時(shí)延來確定距離。衛(wèi)星和接收機(jī)同時(shí)產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)碼，一旦兩個(gè)碼實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，接收機(jī)便能測定時(shí)延；將時(shí)延乘上光速，便能得到距離。每顆衛(wèi)星上的計(jì)算機(jī)和導(dǎo)航信息發(fā)生器非常精確地了解其軌道位置和系統(tǒng)時(shí)間，而全球監(jiān)測站網(wǎng)保持連續(xù)跟蹤。2、衛(wèi)星導(dǎo)航原理蹤衛(wèi)星的軌道位置和系統(tǒng)時(shí)間。位于地面的主控站與其運(yùn)控段一起，至少每天一次對每顆衛(wèi)星注入校正數(shù)據(jù)。注入數(shù)據(jù)包括：星座中每顆衛(wèi)星的軌道位置測定和星上時(shí)鐘的校正。這些校正數(shù)據(jù)是在復(fù)雜模型的基礎(chǔ)上算出的，可在幾個(gè)星期內(nèi)保持有效。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間是由每顆衛(wèi)星上原子鐘的銫和銣原子頻標(biāo)保持的。

6、這些星鐘一般來講精確到世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）的幾納秒以內(nèi)，UTC是由美國海軍觀象臺的“主鐘”保持的，每臺主鐘的穩(wěn)定性為若干個(gè)10-13秒。衛(wèi)星早期采用兩部銫頻標(biāo)和兩部銣頻標(biāo)，后來逐步改變?yōu)楦嗟夭捎勉滎l標(biāo)。通常，在任一指定時(shí)間內(nèi)，每顆衛(wèi)星上只有一臺頻標(biāo)在工作。衛(wèi)星導(dǎo)航原理：衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時(shí)間與到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間之差，稱為偽距。為了計(jì)算用戶的三維位置和接收機(jī)時(shí)鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。13由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用的定位精度只有數(shù)十米量級。為提高定位精度，普遍采用差分定位技術(shù)（如DGPS、DGNSS）

7、，建立地面基準(zhǔn)站 (差分臺)進(jìn)行衛(wèi)星觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分定位技術(shù)，定位精度可提高到米級。（三）、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展概況及組成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。中國高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，一直在努力探索和發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2000年，首先建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等諸多

8、領(lǐng)域，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。特別是在2008年北京奧運(yùn)會、汶川抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。為了更好地服務(wù)于國家建設(shè)與發(fā)展，滿足全球應(yīng)用需求，我國啟動實(shí)施了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)。1、 北斗一代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在國際電信聯(lián)盟登記的頻段為衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)頻段，上行為L頻段（頻率161016265MHz），下行為S頻段（頻率248352500MHz）；登記的衛(wèi)星位置為赤道面東經(jīng)80度、140度和1105度（最后一個(gè)為備份星星位）。北斗一代系統(tǒng)將由中心控制系統(tǒng)經(jīng)衛(wèi)星至用戶機(jī)的信道傳輸體制和信息在信道中的傳輸方式定義為出站信號。在北斗一代系統(tǒng)中，出站信號設(shè)計(jì)成為偽隨機(jī)碼直接序列擴(kuò)頻，雙信道OQPSK調(diào)

9、制方式，采用連續(xù)楨結(jié)構(gòu)信息傳輸方式，其中作為正交方式的I、Q兩個(gè)支路的信號功率可根據(jù)實(shí)際使用情況作出調(diào)整。其中所傳輸?shù)男畔?，在時(shí)域的劃分上分為超幀和幀兩種結(jié)構(gòu)，并固定幀長，即1分鐘為一個(gè)超幀周期，其包含1920幀，每秒為嚴(yán)格的32幀。其中，北斗一代系統(tǒng)衛(wèi)星傳播信號中，I支路用于傳輸定位通信標(biāo)校廣播和其他公用信息，每幀開始由13位巴格碼加1個(gè)“0”組成，巴格碼最后一位“1”下降沿所對應(yīng)的為脈沖為該幀的參考時(shí)標(biāo)。北斗一號共有3顆衛(wèi)星6個(gè)波束，波束服務(wù)區(qū)幾何中心的經(jīng)緯度分別為：· l         

10、;1波束-125度，25度；· l         2波束-115度，40度；· l         3波束-115度，25度；· l         4波束-95度，35度；· l         

11、5波束-125度，25度；· l         6波束-115度，40度。 出站擴(kuò)頻碼有關(guān)參數(shù)碼速率- 4.08M；I支路-255位擴(kuò)頻碼；出站編碼采用m序列生成出站信息碼有關(guān)參數(shù)信息速率-16Kb/s（I，Q支路各為8Kb/s）；編碼形式-卷積碼；編碼效率-R=1/2；出站信息I支路卷積編碼從分幀號開始，至卷尾結(jié)束。出站信息調(diào)制方式出站信息采用雙信道OQPSK（I，Q支路信號功率分配偉1：12：1，可調(diào)），Q支路滯后于I支路1/2個(gè)擴(kuò)頻碼片，Q支路載波相位滯后I支路90度相位。出站

12、超幀周期為1分鐘，幀周期為31.25納秒。2、 北斗二代第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是：空間段衛(wèi)星接收地面運(yùn)控系統(tǒng)上行注入的導(dǎo)航電文及參數(shù)，并且連續(xù)向地面用戶發(fā)播衛(wèi)星導(dǎo)航信號，用戶接收到至少4顆衛(wèi)星信號后，進(jìn)行偽距測量和定位解算，最后得到定位結(jié)果。同時(shí)為了保持地面運(yùn)控系統(tǒng)各站之間時(shí)間同步，以及地面站與衛(wèi)星之間時(shí)間同步，通過站間和星地時(shí)間比對觀測與處理完成地面站間和衛(wèi)星與地面站間時(shí)間同步。分布在國內(nèi)的監(jiān)測站負(fù)責(zé)對其可視范圍內(nèi)的衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測，采集各類觀測數(shù)據(jù)后將其發(fā)送至主控站，由主控站完成衛(wèi)星軌道精密確定及其它導(dǎo)航參數(shù)的確定、廣域差分信息和完好性信息處理，形成上行注入的導(dǎo)航電文及參數(shù)。第二

13、代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)作為覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其服務(wù)區(qū)比北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)大了很多，具有連續(xù)實(shí)時(shí)三維定位測速能力，授權(quán)服務(wù)在增強(qiáng)服務(wù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供RDSS功能和信號功率增強(qiáng)服務(wù)。（四）、系統(tǒng)功能1、短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個(gè)漢字的短報(bào)文信息?？梢赃_(dá)到一次傳送達(dá)120個(gè)漢字的信息。在遠(yuǎn)洋航行中有重要的應(yīng)用價(jià)值。2、精密授時(shí)：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用戶提供20ns-100ns時(shí)間同步精度。定位精度：水平精度100米（1），設(shè)立標(biāo)校站之后為20米（類似差分狀態(tài)）。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：540000戶/小時(shí)。3

14、、軍用功能“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的軍事功能與GPS類似，如：運(yùn)動目標(biāo)的定位導(dǎo)航；為縮短反應(yīng)時(shí)間的武器載具發(fā)射位置的快速定位；人員搜救、水上排雷的定位需求等。這項(xiàng)功能用在軍事上，意味著可主動進(jìn)行各級部隊(duì)的定位，也就是說大陸各級部隊(duì)一旦配備“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，除了可供自身定位導(dǎo)航外，高層指揮部也可隨時(shí)通過“北斗”系統(tǒng)掌握部隊(duì)位置，并傳遞相關(guān)命令，對任務(wù)的執(zhí)行有相當(dāng)大的助益。換言之，大陸可利用“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)執(zhí)行部隊(duì)指揮與管制及戰(zhàn)場管理。4、民用功能個(gè)人位置服務(wù)當(dāng)你進(jìn)入不熟悉的地方時(shí)，你可以使用裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的手機(jī)或車載衛(wèi)星導(dǎo)航裝置找到你要走的路線。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖氣

15、象應(yīng)用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星氣象應(yīng)用的開展，可以促進(jìn)中國天氣分析和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化監(jiān)測和預(yù)測，也可以提高空間天氣預(yù)警業(yè)務(wù)水平，提升中國氣象防災(zāi)減災(zāi)的能力。除此之外，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的氣象應(yīng)用對推動北斗導(dǎo)航衛(wèi)星創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)拓展也具有重要的影響。道路交通管理衛(wèi)星導(dǎo)航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動轉(zhuǎn)發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。鐵路智能交通衛(wèi)星導(dǎo)航將促進(jìn)傳統(tǒng)運(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)升級與轉(zhuǎn)型。例如，在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，通過安裝衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，可極大縮短列車行駛間隔時(shí)間，降低運(yùn)輸成本，有效提高運(yùn)輸效率。未來，北斗衛(wèi)

16、星導(dǎo)航系統(tǒng)將提供高可靠、高精度的定位、測速、授時(shí)服務(wù)，促進(jìn)鐵路交通的現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)度向智能交通管理的轉(zhuǎn)型。海運(yùn)和水運(yùn)海運(yùn)和水運(yùn)是全世界最廣泛的運(yùn)輸方式之一，也是衛(wèi)星導(dǎo)航最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，使海上和水路運(yùn)輸更為高效和安全。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導(dǎo)航定位和安全保障。同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特有的短報(bào)文通信功能將支持各種新型服務(wù)的開發(fā)。航空運(yùn)輸當(dāng)飛機(jī)在機(jī)場跑道著陸時(shí)，最基本的要求是確保飛機(jī)相互間的安全距離。利用衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位與測速的優(yōu)勢，可實(shí)時(shí)確定飛機(jī)的瞬時(shí)位置，有效減小飛機(jī)之間的安全距離，甚至在大

17、霧天氣情況下，可以實(shí)現(xiàn)自動盲降，極大提高飛行安全和機(jī)場運(yùn)營效率。通過將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的有效結(jié)合，將為航空運(yùn)輸提供更多的安全保障。應(yīng)急救援衛(wèi)星導(dǎo)航已廣泛用于沙漠、山區(qū)、海洋等人煙稀少地區(qū)的搜索救援。在發(fā)生地震、洪災(zāi)等重大災(zāi)害時(shí)，救援成功的關(guān)鍵在于及時(shí)了解災(zāi)情并迅速到達(dá)救援地點(diǎn)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除導(dǎo)航定位外，還具備短報(bào)文通信功能，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備可及時(shí)報(bào)告所處位置和受災(zāi)情況，有效縮短救援搜尋時(shí)間，提高搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)效，大大減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失。指導(dǎo)放牧2014年10月，北斗系統(tǒng)開始在青海省牧區(qū)試點(diǎn)建設(shè)北斗衛(wèi)星放牧信息化指導(dǎo)系統(tǒng)，主要依靠牧區(qū)放牧智能指導(dǎo)系統(tǒng)管理平臺、牧民專用北斗智能終端

18、和牧場數(shù)據(jù)采集自動站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸，并通過北斗地面站及北斗星群中轉(zhuǎn)、中繼處理，實(shí)現(xiàn)草場牧草、牛羊的動態(tài)監(jiān)控。2015年夏季，試點(diǎn)牧區(qū)的牧民就能使用專用北斗智能終端設(shè)備來指導(dǎo)放牧。（五）市場應(yīng)用國際應(yīng)用2013年5月22日至23日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)訪問巴基斯坦期間，中巴雙方簽署有關(guān)北斗系統(tǒng)在巴使用的合作協(xié)議。日前，巴基斯坦媒體報(bào)道，中國北京北斗星通導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司將斥資數(shù)千萬美元，在巴基斯坦建立地面站網(wǎng)，強(qiáng)化北斗系統(tǒng)的定位精確度。其次，全國政協(xié)副主席、中國科學(xué)技術(shù)部部長萬鋼日前透露，2013年將中國在東盟各國合作建設(shè)北斗系統(tǒng)地面站網(wǎng)。而根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會最新預(yù)測數(shù)據(jù)，到2015年，中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過2250億元，至2020年則將超過4000億元。2014年7月26日，來自泰國、馬來西亞、文萊、印度尼西亞、柬埔寨、老撾、朝鮮、巴基斯坦等八個(gè)國家的19名學(xué)員代表赴武漢中國光谷北斗基地，參觀學(xué)習(xí)中國最新的北斗技術(shù)。他們是由中國科技部國家遙感中心主辦的“2014北斗技術(shù)與應(yīng)用國際培訓(xùn)班”的學(xué)員，均為各國衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感、地理信息系統(tǒng)、空間探測相關(guān)專業(yè)或從事相關(guān)管理工作的高級人員?；顒訛闁|盟及亞洲地區(qū)國家提供了以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主的空間信息技術(shù)培訓(xùn)，使中國北斗科技加快進(jìn)入東盟及亞洲國家。國內(nèi)示范2014年11月，國家發(fā)展改革委批復(fù)2014年北