北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

1、“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”講座之前 請大家先到本樓一樓正門 前觀看演示。10北斗導(dǎo)航系統(tǒng)引言1714 年，英國國會懸賞了兩萬英鎊給任何人能夠設(shè)計(jì)出在海上找出 30 海哩範(fàn)圍經(jīng)度之方法，在那時(shí)兩萬英鎊可是一筆不得了的財(cái)富。衛(wèi)星定位 是利用已知人造衛(wèi)星在空間軌道上的坐標(biāo)， 從而確定 觀測者的位置，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的定位導(dǎo)航功能。國外有GPS（美國），GLONASS俄羅斯）和伽里略系統(tǒng)（歐盟開發(fā)中，我國參與）雙星定位 是衛(wèi)星無線電定位的一種，它利用兩顆地球同步衛(wèi)星及 相應(yīng)的地面設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對各種運(yùn)動載體或固定位置的精確導(dǎo)航定 位或雙向數(shù)據(jù)通信。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) （簡稱北斗系統(tǒng)） 是我國自主知識產(chǎn)權(quán) 的、

2、軍民共用的區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)， 可以為我國全境及周邊地區(qū)的用戶 提供全天候、全天時(shí)的衛(wèi)星定位、通信和授時(shí)服務(wù)。北斗一號雙星定位系統(tǒng)二十年的研制歷程 北斗雙星定位系統(tǒng)的組成及工作原理 北斗雙星定位系統(tǒng)的應(yīng)用前景 北斗衛(wèi)星定位用戶機(jī)的功能與特點(diǎn)一， 北斗一號雙星定位系統(tǒng)二十年的研制歷程1984 年我國成功發(fā)射了同步衛(wèi)星； 國內(nèi)醞釀“快速定位通訊系統(tǒng)”1985年美國GEOSTA公司想與我國一起合作搞 GEOSTA系統(tǒng)，但要在中國建一基站，論證過程中（國內(nèi)誰出經(jīng)費(fèi)等問題），GEOSTA公司倒閉，但是我國從中獲得 GEOSTA系統(tǒng)的一些資料。19861987 年航天部想與鐵道部合作，未果；1986 年三月，

3、航天部“七五”立項(xiàng)，五院副院長 戚發(fā)韌 負(fù)責(zé)雙星定 位系統(tǒng)的方案論證工作。1987年，做雙星定位系統(tǒng)的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)； 89 年 11 月完成關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)； 1990年，做雙星定位系統(tǒng)的地面實(shí)驗(yàn)， 92 年完成方案論證； 95年 12 月通過方案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收；2000 年底北斗系統(tǒng)正式建成（兩顆衛(wèi)星） ；2001 完成系統(tǒng)測試并通過國家主管部門驗(yàn)收；2002 年系統(tǒng)進(jìn)入試運(yùn)行階段，并在建成北斗民用網(wǎng)管中心后開始面 向我國民用用戶提供服務(wù)；2003年 5月 25 日，隨著第三顆北斗衛(wèi)星的順利發(fā)射升空并進(jìn)入預(yù)定 軌道，北斗系統(tǒng) 2+1 的地球同步衛(wèi)星星座布滿， 標(biāo)志著北斗系統(tǒng)進(jìn)入 全網(wǎng)運(yùn)行階段，可以為我國水利、

4、石油、林業(yè)、鐵路、交通、航運(yùn)等 行業(yè)用戶提供穩(wěn)定、可靠、連續(xù)的運(yùn)營服務(wù)。1,北斗雙星定位系統(tǒng)的組成及工作原理北斗雙星定位系統(tǒng)主要由三部分組成， 即空間衛(wèi)星部分、地面 中心控制站部分和用 戶終端部分。這三個(gè)部 分合起來共同實(shí)現(xiàn)定位功能，缺一不可?？臻g衛(wèi)星部分 包括三顆北斗一號地球同步衛(wèi)星（其中一顆為備份 星），每顆衛(wèi)星上的主要載荷是對地天線和變頻轉(zhuǎn)發(fā)器， 執(zhí)行地面中 心站與用戶之間的雙向無線電中繼任務(wù)。地面中心控制站 的任務(wù)是監(jiān)視同步衛(wèi)星的運(yùn)行，對所有北斗用戶提供定位計(jì)算和信息交換服務(wù)。用戶終端用來接收中心控制站經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的測距詢問信號，變頻后連同注入的用戶標(biāo)識符、通信電文、 氣壓測高數(shù)據(jù)等再

5、發(fā)給衛(wèi)星 而送入中心控制站，最后用戶再接收中心控制站計(jì)算結(jié)果，完成定 位和通信等功能。它的定位原理是：以2顆衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，各以測定的本 星至用戶機(jī)距離為半徑，形成 2個(gè)球面，用戶機(jī)必然位于這2個(gè)球 面交線的圓弧上。電子高程地圖提供的是一個(gè)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。求解圓弧線與地球表面交 點(diǎn)即可獲得用戶位置與GPS全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)的比較北斗雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)設(shè)計(jì)的定位、導(dǎo)航、通信 平臺，在運(yùn)營中不受國際環(huán)境的影響，具有廣泛的政治意義和軍事意 義。北斗雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在覆蓋區(qū)域內(nèi)，不僅具備 GPSffi同的定位 導(dǎo)航功能，還具數(shù)據(jù)通信（短信）功能，

6、可在其他通信設(shè)備無法覆蓋 的區(qū)域自由通信，如沙漠、草原、遠(yuǎn)離陸地的海域等。北斗雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)比 GPS具有更小的觀察死角。北斗雙星定 位導(dǎo)航系統(tǒng)的星座由地球同步衛(wèi)星組成， 與地面同步于3.6萬公里赤 道的上空（GPS在 2萬公里上空）。北斗雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是主動式定位體制，其定位計(jì)算由地面控 制中心來完成，結(jié)果傳給用戶。地面中心可對用戶實(shí)施監(jiān)控（也可由 地面中心協(xié)同集團(tuán)用戶的指揮用戶機(jī)來完成），這一特點(diǎn)在空難、海 難等救險(xiǎn)方面的作用顯得尤為突出。北斗雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供精確授時(shí)。預(yù)計(jì)放號（用戶數(shù)）二百余萬，這是由用戶與地面控制中心通信占用 信道資源所決定的。與其它通訊方式的比較:項(xiàng)目內(nèi)容

7、UHFGSMINMARSAT-C北斗系統(tǒng)通訊網(wǎng)方式專用方式公眾無線網(wǎng)靜止衛(wèi)星三顆靜止衛(wèi)星三顆覆蓋范圍小，不加轉(zhuǎn)發(fā)僅大（限于布網(wǎng)地全世界全國（同時(shí)具有30-50KM區(qū)）定位功能）通訊方式及點(diǎn)對點(diǎn)短消息方式有存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)時(shí)延實(shí)時(shí)時(shí)延長短傳輸速率300BPS-19.2KBPS9.6 KBPS600BPS8KBPS設(shè)備費(fèi)用低低高中通訊費(fèi)用低低高中三，北斗雙星定位系統(tǒng)的應(yīng)用前景3. 1船舶定位船舶配備北 斗船載用戶終 端，用戶建有船 舶監(jiān)控指揮中 心，實(shí)現(xiàn)船岸間 的雙向文字通 信，位置及作業(yè) 信息通過北斗衛(wèi) 星雙向通信鏈路ntflrtfl70M三三 -三三用戶數(shù)據(jù)小社5蝕門KTER燉17PS

8、TS/tSILmu 1中國I-按教中心轉(zhuǎn)發(fā)。船舶指揮中心通過地面公眾網(wǎng)絡(luò)接入神州天鴻網(wǎng)管中心，接收神州天鴻船載用戶終端發(fā)回的 船位報(bào)告、文字、表格等通信內(nèi)容，實(shí) 施監(jiān)控船舶狀態(tài)；也可以向神州天鴻船載用戶終端發(fā)送命令、 通信電 文等。或者利用指揮機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)方式， 接收神州天鴻船載用戶 終端發(fā)回的船位報(bào)告、文字、表格等通信內(nèi)容，實(shí)施監(jiān)控船舶狀態(tài)， 向船載用戶終端發(fā)送命令、通信電文等。北斗系統(tǒng)的廣播功能支持遇險(xiǎn)報(bào)警、航行警報(bào)、氣象預(yù)報(bào)等安全信 息及其他信息的廣播，接收對象可以設(shè)定為全體船舶、某區(qū)域內(nèi)的船舶、具有某種共同屬性的船舶、某一船隊(duì)網(wǎng)船舶等 精密授時(shí)：北斗系統(tǒng)的精密授時(shí)功能可以為海上船舶

9、提供時(shí)間基準(zhǔn)信號，以保證全網(wǎng)通訊和數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)間上保持一致。3.2林業(yè)防火指揮一個(gè)完整的林業(yè) 防火管理信息系統(tǒng)包 括北斗衛(wèi)星終端、北斗 空間衛(wèi)星及地面中心 站和防火指揮中心三 部分；適用的北斗衛(wèi)星 終端設(shè)備主要有機(jī)載、 車載和手持三種類型， 分別安裝配發(fā)到防火 直升機(jī)、防火巡檢車輛和撲火隊(duì)員，由飛機(jī)、汽車供電系統(tǒng)和可充北斗衛(wèi)星各炎終端設(shè)備森林防火捋揮中心電電池供電。3.3油田管道監(jiān)控3. 3. 1北斗系統(tǒng)在油田、管道領(lǐng)域的應(yīng)用模式主要為利用北斗的通信功能，結(jié)合油、氣井或閥門數(shù)據(jù)采集模塊和控制軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管道閥門狀態(tài)信息的采集、傳輸和處理。天然氣管道閥室工作狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)分為四部分：通信部分為北斗

10、終端，每個(gè)閥室一臺，調(diào)度中心 一臺，以點(diǎn)到點(diǎn)方式通信；采集、控制部分使用采集模塊直接讀取業(yè) 務(wù)參數(shù)，并控制終端通信；電源部分包括太陽能板和蓄電池，為北斗 終端和采集部分供電；調(diào)度室后臺軟件對采集信息進(jìn)行處理、 顯示和 控制。北斗衛(wèi)拭%北斗民用電甘中心ADON/NTKRNET/GSM”三三 三三|三二二 亠氣卞三雖 V宏-說：一石油蓿逍監(jiān)控中心332主要功能定時(shí)采集、傳輸油氣井或管道閥門狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)警、報(bào)警，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并采取相應(yīng)措施。主動控制遠(yuǎn)端測站，指令相應(yīng)測站點(diǎn)上報(bào)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵油 氣井或閥室的重點(diǎn)監(jiān)控。可以遠(yuǎn)程控制閥門開關(guān)狀態(tài)，應(yīng)對突發(fā)事故?？梢赃h(yuǎn)程變更閥室

11、自動/人工工作狀態(tài)，滿足生產(chǎn)作業(yè)方式需要。3.4列車全程監(jiān)控r北斗衛(wèi)星=、3. 4. 1北斗系統(tǒng)鐵路1 運(yùn)輸領(lǐng)域中的應(yīng)用模式主 要為利用北斗的定位、通1 信功能，結(jié)合GPS和機(jī)車! 數(shù)據(jù)采集模塊和控制軟件系統(tǒng)達(dá)成鐵路機(jī)車位置、狀態(tài)信息的采集、傳輸和處理。鐵路機(jī)車到站報(bào)點(diǎn)系統(tǒng)共分為四個(gè)部分：通北斗民用運(yùn)背中心機(jī)乍車載終端仝眾電殆網(wǎng)絡(luò) (INTERNET,巾信部分主要由北斗終端和神州天鴻網(wǎng)管中心組成通信鏈路，使鐵路機(jī) 車和調(diào)度中心之間信息互通；定位部分由 GPS設(shè)備和北斗終端組成,GPS是主要定位工具，北斗作為緊急備用手段；數(shù)據(jù)采集部分采集機(jī)車時(shí)速、限速、機(jī)車信號、機(jī)車工況、信號機(jī)編號、信號機(jī)類型

12、、公 里標(biāo)、總重、計(jì)長、輛數(shù)、車次類型、車次、交路號、車站號、司機(jī) 號、副司機(jī)號、機(jī)車號、機(jī)車類型、管壓、預(yù)留等機(jī)車相關(guān)信息；后 臺調(diào)度軟件將采集到的鐵路機(jī)車位置、 狀態(tài)信息進(jìn)行處理加工，以電 子地圖的直觀方式顯示，并且可以以運(yùn)行圖專業(yè)方式顯示和打印。342主要功能實(shí)時(shí)采集、傳輸機(jī)車位置、狀態(tài)信息。通過調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)控和掌握列車在途和到站信息，記錄、顯示 運(yùn)輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動繪制行車運(yùn)行圖。實(shí)時(shí)掌握列車在途運(yùn)行和到發(fā)作業(yè)信息，將列車的運(yùn)行速度、到 站時(shí)間、列車狀況等信息實(shí)時(shí)發(fā)送到調(diào)度中心，為列車調(diào)度提供 可靠的決策信息支持。實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)行車作業(yè)管理的信息化和調(diào)度集中化。3.5水文測報(bào)通

13、信水文野外測站由北斗終端 與水情子系統(tǒng)相連接構(gòu) 成，布放在野外各水情采 集點(diǎn)；水情監(jiān)控中心指揮 機(jī)終端相連接構(gòu)成監(jiān)控中 心站。野外測站將本地水情數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心水情數(shù)據(jù)/會商中補(bǔ)站，由監(jiān)控中心站對遠(yuǎn)端測站發(fā)送相應(yīng)的回執(zhí)確認(rèn)信息，遠(yuǎn)端測站根據(jù)不同的回執(zhí)確認(rèn)信息采取相應(yīng)的行動，自動轉(zhuǎn)入休眠或重新發(fā)送水 情數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心站所發(fā)出的指令或信息以廣播方式播發(fā)至所有野外 測站或單獨(dú)發(fā)送到某一指定測站。 在此過程中，神州天鴻網(wǎng)絡(luò)管理中 心對所有測站發(fā)送的水情數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，用戶可通過登錄到神州天鴻 網(wǎng)絡(luò)管理中心下載相應(yīng)的水情數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)的自動采集，包括水位、流量、降水量等水文要素； 自動測站自動完成各

14、類水文數(shù)據(jù)的采集，然后通過北斗終端將所 有數(shù)據(jù)發(fā)回到中心站，由中心站完成統(tǒng)一處理和統(tǒng)計(jì)；自動測站 可設(shè)定為自動定時(shí)報(bào)、增量報(bào)等。GIS顯示及測站狀態(tài)顯示，通過將遠(yuǎn)端測站相關(guān)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫 與電子地圖顯示相結(jié)合，可以在數(shù)據(jù)控制中心為用戶提供直觀的 視圖顯示功能，將遠(yuǎn)端測站的位置以及工作狀態(tài)在電子地圖上直 觀地顯示。四,北斗衛(wèi)星定位用戶機(jī)的功能與特點(diǎn)國人通信生產(chǎn)的雙星定位用戶終端機(jī)，根據(jù)應(yīng)用場合不同主要分為四種類型：車載式、艦/船載式、手持型、監(jiān)測通信型。這幾 種用戶終端機(jī)適用于不同的場合， 滿足用戶的定位、導(dǎo)航、通信、 監(jiān)測等多方面的需求。北斗用戶機(jī)的特點(diǎn)V 能提供晝夜24小時(shí)全天時(shí)的功能服務(wù)。利用同步軌道衛(wèi)星 完成全球所需區(qū)域覆蓋，從地面觀察，它永遠(yuǎn)懸在空中某一點(diǎn)， 所以晝夜24小時(shí)提供定位、導(dǎo)航、通信和授時(shí)服務(wù)。V 在戰(zhàn)略應(yīng)用上，由于是自主獨(dú)立運(yùn)行體系， 特別適用于軍事 應(yīng)用上的安全可靠性，可以打破外國封鎖，保證國防安全。V 實(shí)現(xiàn)中心監(jiān)控。系統(tǒng)提供了中心監(jiān)控的功能， 數(shù)據(jù)處理集中 在地面中心站，測站的所有服務(wù)項(xiàng)目都在地面中心站完成， 因