北斗導航系統(tǒng)的發(fā)展

1、目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，英文縮寫B(tài)DS）是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO并稱為全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。簡介 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面控制和用戶終端三大部分組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u空間部分 空間衛(wèi)星部分由 5 顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星和 30顆非地球靜止軌道（Non-GEO）衛(wèi)星組成。其中Non-GEO衛(wèi)星由 27 顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星和 3 顆傾斜地球同步軌道（IG

2、SO）衛(wèi)星組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u地面部分 地面控制部分由主控站、時間同步/注入站和監(jiān)測站組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u用戶部分 用戶終端部分是指各北斗用戶終端，包括與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容的終端，以滿足不同領域和行業(yè)的應用需求。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設與發(fā)展，以應用推廣和產業(yè)發(fā)展為根本目標，不僅要建成系統(tǒng)，更要用好系統(tǒng)，強調質量、安全、應用、效益，遵循以下建設原則：開放性自主性兼容性漸進性 建設原則 系統(tǒng)介紹 開放性 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設、應用和發(fā)展將對全世界開放，為全球用戶提供高質量免費服務，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進各衛(wèi)星導航系統(tǒng)間的兼容與互操作，

3、推動衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設和產業(yè)的發(fā)展。建設原則 系統(tǒng)介紹 自主性 中國將自主建設和運行北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可獨立為全球用戶提供服務。建設原則 系統(tǒng)介紹 兼容性 在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會（ICG）和國際電聯(lián)（ITU）框架下，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與世界各衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)兼容與互操作，使所有用戶都能享受到衛(wèi)星導航發(fā)展的成果。建設原則 系統(tǒng)介紹 漸進性 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將依據(jù)中國技術和經濟發(fā)展實際，遵循循序漸進的發(fā)展模式，積極穩(wěn)妥地推進系統(tǒng)建設，不斷完善服務質量，并實現(xiàn)各階段的無縫銜接。建設原則 系統(tǒng)介紹u北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的時間基準為北斗時（BDT）。BDT 采用國際單位制（SI）秒為基本單

4、位連續(xù)累計，不閏秒，起始歷元為 2006 年 1 月1 日協(xié)調世界時（UTC）00 時 00 分 00 秒。uBDT 通過中國科學院國家授時中心保持的UTC,即UTC（NTSC）與國際 UTC 建立聯(lián)系，BDT與UTC的偏差保持在100 納秒以內（模1秒）。BDT與UTC之間的閏秒信息在導航電文中播報。時間系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹u北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的坐標框架采用中國2000大地坐標系統(tǒng)（CGCS2000）。uCGCS2000與國際地球參考框架ITRF的一致性約為 5個厘米，對于大多數(shù)應用來說，可以不考慮 CGCS2000和ITRF的坐標轉換。 坐標系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹 系統(tǒng)在L、S頻段發(fā)播導航信號，L頻段 B

5、1、B2和 B3 三個頻點上發(fā)射開放和授權服務信號 B1：1559.052MHz-1591.788MHz B2：1166.22MHz-1217.37MHz B3：1250.618MHz-1286.423MHz導航信息 系統(tǒng)介紹第一步北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng) 1994 年，中國啟動北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)建設；2000 年相繼發(fā)射 2 顆北斗導航試驗衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)，成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家；2003 年發(fā)射第 3 顆北斗導航試驗衛(wèi)星，進一步增強了北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)性能。發(fā)展計劃 系統(tǒng)介紹第二步北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)區(qū)域服務 2004 年中國啟動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程建設，20

6、12年底完成 5 顆GEO衛(wèi)星、5 IGSO顆衛(wèi)星和 4 顆MEO衛(wèi)星組網。 截至 2012 年 10 月 25 日，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已成功發(fā)射 16 顆衛(wèi)星，并于 2012 年底組網運行，形成區(qū)域服務能力，面向我國及周邊大部分地區(qū)提供無源定位、導航和授時等服務。發(fā)展計劃 系統(tǒng)介紹發(fā)展計劃第16顆北斗衛(wèi)星發(fā)射 系統(tǒng)介紹發(fā)展計劃 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)給亞太地區(qū)帶來了更多的導航衛(wèi)星資源，通過與其他系統(tǒng)兼容使用，可提供更可靠、穩(wěn)定的服務。 目前，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)運行連續(xù)、穩(wěn)定，服務區(qū)域內的系統(tǒng)性能滿足指標要求，部分地區(qū)性能優(yōu)于指標要求。 發(fā)展計劃 系統(tǒng)介紹 中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室于2012

7、年12月27日公布了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間信號接口控制文件（1.0 版），于 2013 年 12 月 27 日公布了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開服務性能規(guī)范（1.0 版）以及北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間信號接口控制文件（2.0 版）。 中、英文兩種版本文檔可在北斗政府網站（http:/）查看下載。發(fā)展計劃 系統(tǒng)介紹第三步北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球服務 2014年開始，繼續(xù)開展后續(xù)組網衛(wèi)星發(fā)射，提升區(qū)域服務性能，并向全球擴展。到 2020 年左右，共將發(fā)射約 40 顆北斗導航衛(wèi)星，完成覆蓋全球的系統(tǒng)建設目標。發(fā)展計劃北斗系統(tǒng)第二階段北斗系統(tǒng)第三階段 系統(tǒng)介紹一代系統(tǒng) 2000年以來，中國已成功發(fā)射了4顆“北斗導航試驗衛(wèi)

8、星”，建成北斗導航試驗系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個系統(tǒng)具備在中國及其周邊地區(qū)范圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域逐步發(fā)揮著重要作用。建設目標 系統(tǒng)介紹二代系統(tǒng) 中國正在建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務（屬于第二代系統(tǒng)）。開放服務是在服務區(qū)免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10米，定位響應時間：1類用戶30s；2類用戶10s；3類用戶1s。連續(xù)定位更新時間達到1s。一次性定位成功率95。授時精度為50納秒，測速精度02米/秒。授權服

9、務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統(tǒng)完好性信息。建設目標目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結 北斗一代1983年，“兩彈一星”功勛獎章獲得者陳芳允院士和合作者提出利用兩顆同步定點衛(wèi)星進行定位導航的設想，經過分析和初步實地試驗，證明效果良好，這一系統(tǒng)被稱為“雙星定位系統(tǒng)”。雙星定位導航系統(tǒng)為我國“九五”列項，其工程代號取名為“北斗一號”。 一代“北斗”采用的基本技術路線最初來自于陳芳允先生的“雙星定位”設想，正式立項是在1994年。兩顆定位衛(wèi)星分別發(fā)射于2000年10月31日和12月21日，備份星于2003年5月25日、2007年02月03日發(fā)射。一代系統(tǒng)介紹 北斗

10、一代 基本工作原理是“雙星定位”：以2顆在軌衛(wèi)星的已知坐標為圓心，各以測定的衛(wèi)星至用戶終端的距離為半徑，形成2個球面，用戶終端將位于這2個球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數(shù)學方法求解圓弧與地球表面的交點即可獲得用戶的位置。 工作原理 北斗一代 用戶利用一代“北斗”定位的辦法是這樣的，首先是用戶向地面中心站發(fā)出請求，地面中心站再發(fā)出信號，分別經兩顆衛(wèi)星反射傳至用戶，地面中心站通過計算兩種途徑所需時間即可完成定位。一代“北斗”與GPS系統(tǒng)不同，對所有用戶位置的計算不是在衛(wèi)星上進行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站

11、可以保留全部北斗用戶的位置及時間信息，并負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。 由于在定位時需要用戶終端向定位衛(wèi)星發(fā)送定位信號，由信號到達定位衛(wèi)星時間的差值計算用戶位置，所以被稱為“有源定位”工作原理 北斗一代 雙星定位不同于，多星定位，一代“北斗”只用雙星定位，比GPS等投資小、建成快，這是我國國情決定的，當然也對一代北斗的技術路線提出了特殊的要求。 “北斗一號”的這種工作原理帶來了兩個方面的問題，一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性，這在軍事上是不利的，另一方面由于設備必須包含發(fā)射機，因此在體積、重量、價格和功耗方面處于不利地位。工作原理 北斗一代快速定位實時導航簡短通信精密授時系統(tǒng)功能 北斗一代“北斗

12、”具有定位和通信雙重作用,具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的?！氨倍贰倍ㄎ痪?0米左右。目前”北斗”終端價格已經趨于GPS終端價格。采用接收終端不需鋪設地面基站。災難中心的船只一秒鐘就可以發(fā)出信息。自身特點 北斗一代 同美國的GPS相比,有其獨特之處，如其具有短信通訊功能就是GPS所不具備的，但總體來看，北斗一號存在明顯不足： 1.定位原理：北斗一號是主動式雙向測距二維導航，地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)；GPS是被動式偽碼單向測距三維導航，由用戶設備獨立解算自己三維定位數(shù)據(jù)。 2.用戶容量：北斗一號由于是主動雙向測距的詢問應答系統(tǒng)，其用戶設備容量有限；GPS是單向測距系統(tǒng)，用

13、戶設備只要接收導航衛(wèi)星發(fā)出的導航電文即可進行測距定位，因此GPS的用戶設備容量是無限的與GPS對比 北斗一代 3.生存能力：和所有導航定位衛(wèi)星一樣，北斗一號基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是北斗一號對中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大的多，因為定位解算在那里而不是由用戶設備完成 4.實時性：北斗一號用戶的定位申請要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，因此對于高速運行體就加大了定位的誤差與GPS對比目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結 北斗二代2006年中國航天白皮書宣布在未來5年啟動五大航天工程，其中具有軍事用途的第二代“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)將4年內完成部署?！?/p>

14、北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)需要發(fā)射35顆衛(wèi)星，足足要比GPS多出11顆。按照規(guī)劃，“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)將有5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，30顆非靜止軌道衛(wèi)星又細分為27顆中軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜同步(IGSO)衛(wèi)星組成，27顆MEO衛(wèi)星平均分布在傾角55度的三個平面上，軌道高度21500公里。二代系統(tǒng)介紹 北斗二代 北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位的基本原理是：根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。工作原理 北斗二代 2011年12月27日，國務院新聞辦公室舉行“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)試運行情況”新聞發(fā)布會，會上北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)新聞發(fā)

15、言人、中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其宣布，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在保留北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)有源導航定位和短報文通信服務的同時，從2011年12月27日開始，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的無源導航、定位和授時服務。系統(tǒng)功能 北斗二代 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，包括開放服務和授權服務兩種方式。 開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。 授權服務是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統(tǒng)完好性信息。系統(tǒng)功能 北斗二代短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用

16、戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息。 精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。 定位精度：水平精度100米，設立標校站之后為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)：每小時540000戶。 系統(tǒng)功能 北斗二代與GPS對比 北斗二代與GPS對比 與GPS相比北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)缺陷： 第一，如果要保持衛(wèi)星導航的高精度，衛(wèi)星上必須配有高穩(wěn)定性、高精度的原子鐘，“在原子鐘的技術精度和穩(wěn)定性上，我們和美國還有差距，需要花大力氣進行自主研發(fā)?！?第二，作為當今世界唯一的超級大國，美國擁有雄厚的經濟實力，并掌握著其他國

17、家難以企及的戰(zhàn)略資源。這些都可以保證美國實現(xiàn)在全球范圍內布控衛(wèi)星監(jiān)控網絡。而中國則只能在本國區(qū)域內布網，這對于衛(wèi)星上天后的測控和維護是一大難點。 北斗二代與GPS對比 第三，GPS在問世的近30年時間里積累了大量的空間實驗數(shù)據(jù)，而其中最重要的太陽光壓變化對于衛(wèi)星所產生影響的數(shù)據(jù)，已經建立起數(shù)據(jù)模型，精度很高?！岸袊谋倍废到y(tǒng)還處于起步階段，還需要在摸索中前進?！?北斗二代北斗二代與北斗一代體制上的差別 第二代導航衛(wèi)星系統(tǒng)與第一代導航衛(wèi)星系統(tǒng)在體制上的差別主要是：第二代用戶機可免發(fā)上行信號，不再依靠中心站電子高程圖處理或由用戶提供高程信息，而是直接接收衛(wèi)星單程測距信號自己定位，系統(tǒng)的用戶容量不受限制，并可提高用戶位置隱蔽