北斗系統(tǒng)關鍵技術及應用

1、衛(wèi)星通信與導航大作業(yè)（二）題目：北斗系統(tǒng)關鍵技術及應用班級：021212學號：02121128姓名：文威威目 錄目 錄 I第一章北斗系統(tǒng)概述1第一節(jié)北斗系統(tǒng)工作原理1第二節(jié)北斗系統(tǒng)組成1第三節(jié)北斗系統(tǒng)功能2第二章北斗系統(tǒng)授時技術及應用3第一節(jié)北斗系統(tǒng)授時原理3第二節(jié)北斗系統(tǒng)授時應用3第二章北斗系統(tǒng)導航定位技術及應用5第一節(jié)北斗系統(tǒng)導航定位系統(tǒng)基本原理5第二節(jié)北斗系統(tǒng)導航定位技術的應用第三章北斗系統(tǒng)短報文通信技術及應用7第一節(jié)北斗系統(tǒng)短報文通信概述7第二節(jié)北斗系統(tǒng)短報文通信應用7第四章發(fā)展與展望 8笫1章北斗系統(tǒng)概述笫1節(jié)北斗系統(tǒng)工作原理“北斗”是中國獨立自主設計、建沒的衛(wèi)星導航系統(tǒng).也是聯(lián)合國

2、有關機構 認定的全球衛(wèi)星導航定位四大核心供應商之一。按照“先區(qū)域，后全球”的總體建 設規(guī)劃，中國在2003年正式開通的北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)即北斗一代，成為繼 GPS、GLONASS之后，能夠獨立提供服務的三大衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一。北斗一號系統(tǒng)定位采用三球交會測量原理進行定位，地面控制中心根據(jù)用戶 設備主動發(fā)送的定位申請信號，結合大地高程數(shù)據(jù)解算出用戶所在位置的坐標。北斗二號系統(tǒng)定位將采用多顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星陣列，用戶設備根據(jù)接收到的4 顆以上衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)解算出所在位置的坐標，實現(xiàn)無源定位。第2節(jié)北斗系統(tǒng)組成北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由導航通信衛(wèi)星、地面控制中心和用戶終端三部分組 成。其中，導航通信衛(wèi)星主要

3、執(zhí)行地面控制中心和用戶終端間信號傳遞的中繼服 務；地面控制中心主要負責信號的發(fā)送、接收、信息處理以及整個系統(tǒng)的監(jiān)控管 理；用戶終端是直接由用戶使用的設備，主要用于接收地面控制中心經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)的 出站信號以及經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)向地面控制中心發(fā)送服務申請。第3節(jié)北斗系統(tǒng)功能北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)具有快速定位、簡短數(shù)字報文通信和精密授時等三大 主要功能?？焖俣ㄎ唬捍_定用戶地理位置，為用戶提供定位導航服務。報文通信：為用戶之間提供雙向數(shù)字報文通信服務，電文最長可達120個漢 字。精密授時：根據(jù)不同的精度需求，為用戶提供單向和雙向兩種授時功能，供 用戶進行時間同步。笫二章北斗系統(tǒng)授時技術及應用第一節(jié)北斗系統(tǒng)授時原理

4、 北斗系統(tǒng)授時可分為單向授時模式和雙向授時模式。在單向授時模式下，用戶機不需要與地面中心站進行交互，但需已知接收機精 密坐標，從而可計算出衛(wèi)星信號傳輸時延，經(jīng)修正得出本地精確的時間。中心控制 站精確保持的標準北斗時間，并定時播發(fā)授時信息，為定時用戶提供時延修正值。 標準時間信息經(jīng)過中心站到衛(wèi)星的上行傳輸延遲、衛(wèi)星到用戶機的下行延遲以及其 它各種延遲(對流層、電離層等)傳送到用戶機，用戶機通過接收導航電文及相關信 息自主計算出鐘差并修正本地時間，使本地時間和北斗時間同步，系統(tǒng)設計授時指 標為100ns o雙向定時的所有信息處理都在中心控制站進行，用戶機只需把接收的時標信號 返回即可。其無需知道用

5、戶機位置和衛(wèi)星位置，通過來回雙向傳播時間除以2的方 式獲取，更精確的反映了各種延遲信息，因此其估計精度較高。在北斗系統(tǒng)中單向 定時精度的系統(tǒng)設計值為100ns,雙向定時為20ns<.第2節(jié)北斗系統(tǒng)授時應用(1)在電網(wǎng)建設中的應用隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設與完善，基于北斗系統(tǒng)開展在電力系統(tǒng)授時方面 的應用已是大勢所趨。目前在電力應用領域中的授時產(chǎn)品主要以全球定位系統(tǒng) (global positioning system, GPS)和北斗一代系統(tǒng)為主。GPS系統(tǒng)由美國軍方控 制，對于國家安全存在巨大隱患；北斗一代系統(tǒng)可實現(xiàn)雙向授時，授時精度可達 20ns,但其用戶容量受到極大限制，不利于授時

6、系統(tǒng)的大范圍推廣。北斗二代系統(tǒng) 可實現(xiàn)單向授時，授時精度為100ns,可滿足電力領域大多數(shù)的應用需求。(2)在 AIS (Automatic Identification System)岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用AIS系統(tǒng)即船舶自動識別系統(tǒng)，是一種工作在甚高頻頻段的通信系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能夠有效的提高船舶航行安全。根據(jù)中國海事局的規(guī)劃，我國己在沿海、沿江地 區(qū)建立了龐大的岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)。岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行對時間準確度要求很高，高精 度的時間基準能有效的保證岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)的實時性。為保證時間的準確度，目前不論是國內還是國外均選擇采用衛(wèi)星授時技術， 而目前就國內而言大多采用GPS作為衛(wèi)星授時的時鐘源。而GPS的

7、時鐘源的精度是 受美國軍方控制的，因此，采用作為授時時鐘源是無法保證系統(tǒng)的安全性。需要一 個安全、精度高、穩(wěn)定的時鐘源。北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是我國擁有自主研發(fā)知識 產(chǎn)權的、全天候衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有授時功能，是一個不錯的選擇。笫2章北斗系統(tǒng)導航定位技術及應用第1節(jié) 北斗系統(tǒng)導航定位系統(tǒng)基本原理衛(wèi)星導航系統(tǒng)（衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)）主要包括導航星座、地面監(jiān)測網(wǎng)和用戶 導航定位設備（簡稱用戶機）三大部分。以導航衛(wèi)星為基準點，用戶通過接收衛(wèi)星 導航信號，測算出用戶到導航衛(wèi)星之間的距離，根據(jù)導航衛(wèi)星每一時刻的速度和位 置，可以確定用戶當前的位置和速度。進行衛(wèi)星導航定位至少需要同時觀測到4顆衛(wèi)星。用戶通過導

8、航電文中的星歷 表，選擇可以提供最佳幾何圖形的4顆衛(wèi)星；再根據(jù)導航信號的傳播時間計算出用 戶到導航衛(wèi)星的距離；通過查詢星歷表的相關參數(shù)計算出4顆衛(wèi)星的位置。如果用 戶攜帶與全球定位系統(tǒng)時間同步的精確時鐘，只需要3顆衛(wèi)星就可以完成導航任 務，此時用戶便處于3個以衛(wèi)星為球心的圓球交點之上。第2節(jié)北斗系統(tǒng)導航定位技術的應用（1）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在抗震救災與應急指揮中的應用在“5.12”汶川地震后的抗震救災工作中，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作 用，保障了抗震救災與應急指揮的順利進行，充分體現(xiàn)了北斗導航定位系統(tǒng)在抗震 救災應用中的不可替代性。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在“5.12”抗震救災中的應用主要有：為“5

9、.12”抗震救災 的救援直升機提供了導航定位;在地震造成通訊中斷、道路損毀的情況下為抗震救 災提供可靠的通信保障，為災區(qū)一線和指揮部建立了實時通信通道，把災區(qū)的實時 情況及時傳回指揮部，在決策、搜救、醫(yī)療等過程中發(fā)揮了關鍵作用，為取得 5.12抗震救災的偉大勝利奠定了決定性的基礎;為減災防災提供遠程監(jiān)測和災情預 警;為社會大眾提供公共應急信息服務。（2）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在野外地質調查和安全保障中的應用北斗一號衛(wèi)星系統(tǒng)對地質調查的安全保障起著重要的應用，目前已初步形成 了基于北斗一代衛(wèi)星的野外地質調查管理與安全保障技術體系?！笆晃濉逼陂g，中國地質調查局牽頭承擔了國家發(fā)改委高技術產(chǎn)業(yè)化示范工 程

10、項目“基于我國衛(wèi)星的野外地質調查應用高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程”，研究基于國 產(chǎn)遙感衛(wèi)星和北斗一代衛(wèi)星的野外地質調查服務與管理應用系統(tǒng)技術體系，形成了 一套服務于野外地質調查的“雙星野外地質調查服務與管理系統(tǒng)”。通過北斗一代 衛(wèi)星的定位功能滿足地質調查領域基于位置的服務需求，利用北斗一代衛(wèi)星的通訊 功能實現(xiàn)野外人員與管理中心之間的實時通訊，保障野外人員的作業(yè)安全。笫3章北斗系統(tǒng)短報文通信技術及應用第一節(jié)北斗系統(tǒng)短報文通信概述北斗衛(wèi)星的短報文通信功能是美國GPS和俄羅斯GLONASS都不具備的特殊 功能，是全球首個在定位、授時之外具備報文通信為一體的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星短報文通信具有用戶機與用戶機、

11、用戶機與地面控制中心間雙向數(shù)字 報文通信功能，一般的用戶機可一次可傳輸36個漢字，申請核準的可以達到傳送 120個漢字或240個代碼。短報文不僅可點對點雙向通信，而且其提供的指揮端 機可進行一點對多點的廣播傳輸，為各種平臺應用提供了極大便利。第2節(jié) 北斗系統(tǒng)短報文通信應用北斗系統(tǒng)短報文通信應用前景十分廣闊。比如可以向緊急救援服務單位提供移動信號中斷，如地震、災難時的緊急救 援的文字信息等?；蛘咛峁┫矚g去偏遠地區(qū)遠足的人提供查詢最近的停車位、餐 廳、旅館等，以及無信息覆蓋的遇險情況下的求救服務等。當在無信號覆蓋的沙漠、偏遠山區(qū)、以及海洋等人煙稀少地區(qū)進行搜索救援 時，北斗設備除導航定位外，具備的短報文通信功能可及時報告所處位置和受災情 況，有效提高救援搜索效率。第4章發(fā)展與展望北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國具有自主產(chǎn)權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，既有導航定位功能