北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

1、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國(guó)全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）和美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)已認(rèn)定的供應(yīng)商。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?、定位和授時(shí)能力，定位精度10米，測(cè)速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10納秒。2

2、012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號(hào)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(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)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(huì)在國(guó)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)公開服務(wù)性能規(guī)范（1.0版）和北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（2.0版）兩個(gè)系統(tǒng)文件。2014年11月23日，國(guó)際海事組織海上安全委員會(huì)審議通過(guò)了對(duì)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(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國(guó)際合法地位。中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已獲得國(guó)際海事組織的認(rèn)可。基本信息中文名稱北斗衛(wèi)星導(dǎo)航

3、外文名稱theBigDipperNavigationSystem研制國(guó)家中國(guó)英文縮寫B(tài)DS性質(zhì)地球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)1衛(wèi)星簡(jiǎn)介2發(fā)展歷程2.1早期研究2.2試驗(yàn)系統(tǒng)2.3中國(guó)加入歐盟伽利略計(jì)劃2.4正式系統(tǒng)2.5東盟各國(guó)加入合作2.6全球組網(wǎng)3建設(shè)原則4覆蓋范圍5試驗(yàn)系統(tǒng)5.1系統(tǒng)組成5.2性能6正式系統(tǒng)6.1亞太服務(wù)6.2全球服務(wù)7系統(tǒng)構(gòu)成7.1空間段7.2地面段7.3用戶段8制作原理8.1空間定位原理8.2有源與無(wú)源定位8.3精度9采用技術(shù)9.1衛(wèi)星平臺(tái)9.2衛(wèi)星制造與發(fā)射9.3時(shí)間系統(tǒng)9.4信號(hào)傳輸10應(yīng)用領(lǐng)域10.1開放服務(wù)10.2授權(quán)服務(wù)10.3應(yīng)用狀況11標(biāo)準(zhǔn)制定12國(guó)際認(rèn)可13學(xué)

4、術(shù)年會(huì)北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem是中國(guó)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(guó)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(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)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，空間段包括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(cè)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。3發(fā)展歷程早期

5、研究1970年代，中國(guó)開始研究衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)和方案，但之后這項(xiàng)名為“燈塔”的研究計(jì)劃被取消。21983年，中國(guó)航天專家陳芳允提出使用兩顆靜止軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的導(dǎo)航功能，1989年，中國(guó)使用通信衛(wèi)星進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了其可行性，之后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)即基于此方案。試驗(yàn)系統(tǒng)1994年，中國(guó)正式開始北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（北斗一號(hào)）的研制，并在2000年發(fā)射了兩顆靜止軌道衛(wèi)星，區(qū)域性的導(dǎo)航功能得以實(shí)現(xiàn)。2003年又發(fā)射了一顆備份衛(wèi)星，完成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)的組建。中國(guó)加入歐盟伽利略計(jì)劃2003年09月，中國(guó)打算加入歐盟的伽利略定位系統(tǒng)計(jì)劃，并在接下來(lái)的幾年中投入了2.3億歐元的資金。由此，人

6、們相信中國(guó)的北斗系統(tǒng)只會(huì)用于自己的武裝力量。中國(guó)與歐盟在2004年10月09日正式簽署伽利略計(jì)劃技術(shù)合作協(xié)議。2008年01月，香港南華早報(bào)在“中國(guó)不當(dāng)“伽利略”計(jì)劃小伙伴”的報(bào)道中指出：中國(guó)不滿其在伽利略計(jì)劃中的配角地位，并將推出北斗二代與伽利略定位系統(tǒng)在亞洲市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。正式系統(tǒng)2004年，中國(guó)啟動(dòng)了具有全球?qū)Ш侥芰Φ谋倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)（北斗二號(hào)），并在2007年發(fā)射一顆中地球軌道衛(wèi)星，進(jìn)行了大量試驗(yàn)。2009年起，后續(xù)衛(wèi)星持續(xù)發(fā)射，并在2011年開始對(duì)中國(guó)和周邊地區(qū)提供測(cè)試服務(wù)，2012年完成了對(duì)亞太大部分地區(qū)的覆蓋并正式提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。中國(guó)為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)制定了“三步走”發(fā)展規(guī)劃，

7、從1994年開始發(fā)展的試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）為第一步，2004年開始發(fā)展的正式系統(tǒng)（第二代系統(tǒng)）又分為兩個(gè)階段，即第二步與第三步。至2012年，此戰(zhàn)略的前兩步已經(jīng)完成。根據(jù)計(jì)劃，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在2020年完成，屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)全球的衛(wèi)星導(dǎo)航功能。10北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三步走發(fā)展規(guī)劃時(shí)間節(jié)點(diǎn)200420122020實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域有源定位區(qū)域無(wú)源定位全球無(wú)源定位東盟各國(guó)加入合作中國(guó)科學(xué)技術(shù)部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼在2013年1月19日中國(guó)科技工作會(huì)議上透露，2013年將積極實(shí)施“中國(guó)東盟科技伙伴計(jì)劃”，啟動(dòng)“中國(guó)-東盟聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“中國(guó)-東盟技術(shù)轉(zhuǎn)移中心”建設(shè)，在東盟各國(guó)合作建設(shè)北斗系統(tǒng)地面站網(wǎng)。全球組網(wǎng)2015年

8、7月25日中國(guó)成功發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星總數(shù)增加到19枚。這對(duì)北斗“雙胞胎”弟兄，將為北斗全球組網(wǎng)承擔(dān)“拓荒”使命。據(jù)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍介紹，作為北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的主要衛(wèi)星，新發(fā)射的北斗雙星將為中國(guó)建成全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)開展全面驗(yàn)證，為后續(xù)的全球組網(wǎng)衛(wèi)星奠定基礎(chǔ)。9建設(shè)原則北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，以應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為根本目標(biāo)，不僅要建成系統(tǒng)，更要用好系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量、安全、應(yīng)用、效益，遵循以下建設(shè)原則：1、開放性。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展和應(yīng)用將對(duì)全世界開放，為全球用戶提供高質(zhì)量的免費(fèi)服務(wù)，積極與世界各國(guó)開展廣泛而深入的交流與合作，促進(jìn)各衛(wèi)

9、星導(dǎo)航系統(tǒng)間的兼容與互操作，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2、自主性。中國(guó)將自主建設(shè)和運(yùn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可獨(dú)立為全球用戶提供服務(wù)。3、兼容性。在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（ICG）和國(guó)際電聯(lián)（ITU）框架下，使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與世界各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容與互操作，使所有用戶都能享受到衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展的成果。4、漸進(jìn)性。中國(guó)將積極穩(wěn)妥地推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，不斷完善服務(wù)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)各階段的無(wú)縫銜接。覆蓋范圍北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國(guó)本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋范圍東經(jīng)約70140，北緯555。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)東南亞實(shí)現(xiàn)全覆蓋。4試驗(yàn)系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)又稱為北斗一號(hào)，是

10、中國(guó)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即有源區(qū)域衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1994年正式立項(xiàng)，2000年發(fā)射2顆衛(wèi)星后即能夠工作，2003年又發(fā)射了一顆備份衛(wèi)星，試驗(yàn)系統(tǒng)完成組建，該系統(tǒng)服務(wù)范圍為東經(jīng)70140，北緯555。系統(tǒng)組成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)于2003年完全建成系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別為空間段、地面段、用戶段：空間段：由3顆地球靜止軌道衛(wèi)星組成，兩顆工作衛(wèi)星定位于東經(jīng)80和140赤道上空，另有一顆位于東經(jīng)110.5的備份衛(wèi)星，可在某工作衛(wèi)星失效時(shí)予以接替。地面段：由中心控制系統(tǒng)和標(biāo)校系統(tǒng)組成。中心控制系統(tǒng)主要用于衛(wèi)星軌道的確定、電離層校正、用戶位置確定、用戶短報(bào)文信息交換等。標(biāo)校系統(tǒng)可提供距離觀測(cè)量和校正參數(shù)

11、。用戶段：用戶的終端。性能北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)于2000年能夠使用后，其定位精度100米，使用地面參照站校準(zhǔn)后為20米，與當(dāng)時(shí)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)民用碼相當(dāng)。系統(tǒng)用戶能實(shí)現(xiàn)自身的定位，也能向外界報(bào)告自身位置和發(fā)送消息，授時(shí)精度20納秒，定位響應(yīng)時(shí)間為1秒。5由于是采用少量衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的有源定位，該系統(tǒng)成本較低，但是系統(tǒng)在定位精度、用戶容量、定位的頻率次數(shù)、隱蔽性等方面均受到限制。另外該系統(tǒng)無(wú)測(cè)速功能，不能用于精確制導(dǎo)武器。正式系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在2012年的服務(wù)范圍正式的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也被稱為北斗二號(hào)，是中國(guó)的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)稱BDS，曾用名COMPASS，“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”一詞一般

12、用來(lái)特指第二代系統(tǒng)。此衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是對(duì)全球提供無(wú)源定位，與全球定位系統(tǒng)相似。在計(jì)劃中，整個(gè)系統(tǒng)將由35顆衛(wèi)星組成，其中5顆是靜止軌道衛(wèi)星，以與使用靜止軌道衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)兼容。其總設(shè)計(jì)師為孫家棟。北斗從其試驗(yàn)系統(tǒng)開始就有其軍事目的，其正式系統(tǒng)也是一個(gè)軍民兩用的系統(tǒng)。項(xiàng)目的主要參與者為中國(guó)人民解放軍總參謀部、總裝備部、國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司、國(guó)防科技大學(xué)。截至2012年，中國(guó)為試驗(yàn)系統(tǒng)和覆蓋亞太的正式系統(tǒng)共花費(fèi)了數(shù)百億人民幣，為了實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的目標(biāo)，還將投入四五百億以上。亞太服務(wù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)于2004年啟動(dòng)，201

13、1年開始對(duì)中國(guó)和周邊提供測(cè)試服務(wù)，2012年12月27日起正式提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，服務(wù)范圍涵蓋亞太大部分地區(qū)，南緯55度到北緯55度、東經(jīng)55度到東經(jīng)180度為一般服務(wù)范圍。該導(dǎo)航系統(tǒng)提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速、授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，測(cè)速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10納秒，在服務(wù)區(qū)的較邊緣地區(qū)精度稍差。授權(quán)服務(wù)則是向授權(quán)用戶提供更安全與更高精度的定位、測(cè)速、授時(shí)、通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息，這類用戶為中國(guó)軍隊(duì)和政府等。由于該正式系統(tǒng)繼承了試驗(yàn)系統(tǒng)的一些功能，能在亞太地區(qū)提供無(wú)源定位技術(shù)所不能完成的服務(wù)，如短報(bào)文通信。全球服務(wù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

14、計(jì)劃在2020年完成對(duì)全球的覆蓋，為全球用戶提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，中國(guó)將發(fā)射大量的中地球軌道衛(wèi)星，同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的衛(wèi)星壽命也會(huì)到期，也將會(huì)在2020年前完成替換。中國(guó)將在2014年發(fā)射一顆試驗(yàn)星，以驗(yàn)證全球系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)構(gòu)成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段、用戶段組成?？臻g段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段計(jì)劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75、80、110.5、140、160，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個(gè)軌道面上，軌道面之間為相隔120均勻分布。至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時(shí)，已為正式系統(tǒng)

15、發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務(wù)，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（均在傾角55的軌道面上），4顆中地球軌道衛(wèi)星（均在傾角55的軌道面上）。序號(hào)衛(wèi)星發(fā)射日期發(fā)射地點(diǎn)火箭運(yùn)行軌道使用狀況1北斗-M12007年04月14日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲中地球軌道，高度2155921518公里，傾角56.8試驗(yàn)星未使用2北斗-G22009年04月15日西昌長(zhǎng)征三號(hào)丙有誤差的地球靜止軌道，高度3602735539公里，傾角2.2失控未使用3北斗-G12010年01月17日西昌長(zhǎng)征三號(hào)丙地球靜止軌道140.0E，高度3580735782公里，傾角1.6使用中4北斗-G32010年06月02日西

16、昌長(zhǎng)征三號(hào)丙地球靜止軌道110.6E，高度3580935777公里，傾角1.3使用中5北斗-IGSO12010年08月01日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲傾斜地球同步軌道，高度3591635669公里，傾角54.6使用中6北斗-G42010年11月01日西昌長(zhǎng)征三號(hào)丙地球靜止軌道160.0E，高度3581535772公里，傾角0.6使用中7北斗-IGSO22010年12月18日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲傾斜地球同步軌道，高度3588335691公里，傾角54.8使用中8北斗-IGSO32011年04月10日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲傾斜地球同步軌道，高度3591135690公里，傾角55.9使用中9北斗-IGSO42011年07月2

17、7日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲傾斜地球同步軌道，高度3587935709公里，傾角54.9使用中10北斗-IGSO52011年12月02日西昌長(zhǎng)征三號(hào)甲傾斜地球同步軌道，高度3588035710公里，傾角54.9使用中11北斗-G52012年02月25日西昌長(zhǎng)征三號(hào)丙地球靜止軌道58.7E，高度3580135786公里，傾角1.4使用中12北斗-M32012年04月30日西昌長(zhǎng)征三號(hào)乙中地球軌道，高度2160721463公里，傾角55.3使用中13北斗-M42012年04月30日西昌長(zhǎng)征三號(hào)乙中地球軌道，高度2161721453公里，傾角55.2使用中14北斗-M52012年09月19日西昌長(zhǎng)征三號(hào)乙中地

18、球軌道，高度2159721473公里，傾角55.0使用中15北斗-M62012年09月19日西昌長(zhǎng)征三號(hào)乙中地球軌道，高度2157621494公里，傾角55.1使用中16北斗-G62012年10月25日西昌長(zhǎng)征三號(hào)丙地球靜止軌道80.2E，高度3580335783公里，傾角1.7使用中展開地面段北斗-M5衛(wèi)星（2012-050A）的地系統(tǒng)的地面段由主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站組成。主控站用于系統(tǒng)運(yùn)行管理與控制等。主控站從監(jiān)測(cè)站接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，生成衛(wèi)星導(dǎo)航電文和差分完好性信息，而后交由注入站執(zhí)行信息的發(fā)送。注入站用于向衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制管理，在接受主控站的調(diào)度后，將衛(wèi)星導(dǎo)航電文和差分完好

19、性信息向衛(wèi)星發(fā)送。監(jiān)測(cè)站用于接收衛(wèi)星的信號(hào)，并發(fā)送給主控站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)，以確定衛(wèi)星軌道，并為時(shí)間同步提供觀測(cè)資料。用戶段用戶段即用戶的終端，即可以是專用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)接收機(jī)，也可以是同時(shí)兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機(jī)。接收機(jī)需要捕獲并跟蹤衛(wèi)星的信號(hào)，根據(jù)數(shù)據(jù)按一定的方式進(jìn)行定位計(jì)算，最終得到用戶的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息制作原理空間定位原理在空間中若已經(jīng)確定A、B、C三點(diǎn)的空間位置，且第四點(diǎn)D到上述三點(diǎn)的距離皆已知的情況下，即可以確定D的空間位置，原理如下：因?yàn)锳點(diǎn)位置和AD間距離已知，可以推算出D點(diǎn)一定位于以A為圓心、AD為半徑的圓球表面，按照此方法又可以得到以B、C為

20、圓心的另兩個(gè)圓球，即D點(diǎn)一定在這三個(gè)圓球的交匯點(diǎn)上，即三球交匯定位。北斗的試驗(yàn)系統(tǒng)和正式系統(tǒng)的定位都依靠此原理。有源與無(wú)源定位當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時(shí)間測(cè)距來(lái)定位時(shí)，用戶終端通過(guò)導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個(gè)申請(qǐng)定位的信號(hào)，之后地面控制中心發(fā)出測(cè)距信號(hào)，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間得到用戶與兩顆衛(wèi)星的距離。除了這些信息外，地面控制中心還有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為地球表面各點(diǎn)至地球球心的距離，當(dāng)認(rèn)定用戶也在此不均勻球面的表面時(shí)，三球交匯定位的條件已經(jīng)全部滿足，控制中心可以計(jì)算出用戶的位置，并將信息發(fā)送到用戶的終端。北斗的試驗(yàn)系統(tǒng)完全基于此技術(shù)，而之后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了使用新的技術(shù)外，也保留了這項(xiàng)技術(shù)。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航

21、系統(tǒng)使用無(wú)源時(shí)間測(cè)距技術(shù)時(shí)，用戶接收至少4顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，根據(jù)時(shí)間信息可獲得距離信息，根據(jù)三球交匯的原理，用戶終端自行可以自行計(jì)算其空間位置。此即為GPS所使用的技術(shù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也使用了此技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全球的衛(wèi)星定位。精度參照三球交匯定位的原理，根據(jù)3顆衛(wèi)星到用戶終端的距離信息，根據(jù)三維的距離公式，就依靠列出3個(gè)方程得到用戶終端的位置信息，即理論上使用3顆衛(wèi)星就可達(dá)成無(wú)源定位，但由于衛(wèi)星時(shí)鐘和用戶終端使用的時(shí)鐘間一般會(huì)有誤差，而電磁波以光速傳播，微小的時(shí)間誤差將會(huì)使得距離信息出現(xiàn)巨大失真，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)認(rèn)為時(shí)鐘差距不是0而是一個(gè)未知數(shù)t，如此方程中就有4個(gè)未知數(shù)，即客戶端的三位坐標(biāo)（X，Y

22、，Z），以及時(shí)鐘差距t，故需要4顆衛(wèi)星來(lái)列出4個(gè)關(guān)于距離的方程式，最后才能求得答案，即用戶端所在的三維位置，根據(jù)此三維位置可以進(jìn)一步換算為經(jīng)緯度和海拔高度。若空中有足夠的衛(wèi)星，用戶終端可以接收多于4顆衛(wèi)星的信息時(shí)，可以將衛(wèi)星每組4顆分為多個(gè)組，列出多組方程，后通過(guò)一定的算法挑選誤差最小的那組結(jié)果，能夠提高精度。電磁波以30萬(wàn)千米/秒的光速傳播，在測(cè)量衛(wèi)星距離時(shí)，若衛(wèi)星鐘有一納秒（十億分之一秒）時(shí)間誤差，會(huì)產(chǎn)生三十厘米距離誤差。盡管衛(wèi)星采用的是非常精確的原子鐘，也會(huì)累積較大誤差，因此地面工作站會(huì)監(jiān)視衛(wèi)星時(shí)鐘，并將結(jié)果與地面上更大規(guī)模的更精確的原子鐘比較，得到誤差的修正信息，最終用戶通過(guò)接收機(jī)可以

23、得到經(jīng)過(guò)修正后的更精確的信息。當(dāng)前有代表性的衛(wèi)星用原子鐘大約有數(shù)納秒的累積誤差，產(chǎn)生大約一米的距離誤差。為提高定位精度，還可使用差分技術(shù)。在地面上建立基準(zhǔn)站，將其已知的精確坐標(biāo)與通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)給出的坐標(biāo)相比較，可以得出修正數(shù)，對(duì)外發(fā)布，用戶終端依靠此修正數(shù)，可以將自己的導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行再次的修正，從而提高精度。例如，全球定位系統(tǒng)使用差分全球定位系統(tǒng)后，定位精度可達(dá)到5米左右。采用技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，能使用無(wú)源時(shí)間測(cè)距技術(shù)為全球提供無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)（RNSS），也同時(shí)也保留了試驗(yàn)系統(tǒng)中的有源時(shí)間測(cè)距技術(shù)，即提供無(wú)線電衛(wèi)星測(cè)定服務(wù)（RDSS），但僅在亞太地區(qū)實(shí)現(xiàn)。

24、從衛(wèi)星所起到的功能來(lái)區(qū)分，可以分成下列兩類：非靜止軌道衛(wèi)星：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中地球軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星使用東方紅三號(hào)通信衛(wèi)星平臺(tái)并略有改進(jìn)，其有效載荷都為RNSS載荷。靜止軌道衛(wèi)星：這類衛(wèi)星使用改進(jìn)型東方紅三號(hào)平臺(tái)，其五顆衛(wèi)星的定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75到160之間，每顆均有3種有效載荷，即用作有源定位的RDSS載荷、用作無(wú)源定位的RNSS載荷、用于客戶端間短報(bào)文服務(wù)的通信載荷。由于此類衛(wèi)星僅定點(diǎn)在亞太地區(qū)上空，故需要用到RDSS載荷的有源定位服務(wù)以及用到通訊載荷的短報(bào)文服務(wù)只能在亞太提供。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)使用靜止軌道與非靜止軌道衛(wèi)星，對(duì)于亞太范圍內(nèi)的區(qū)域?qū)Ш絹?lái)說(shuō)，無(wú)需借助中地球軌

25、道衛(wèi)星，只依靠北斗的地球靜止軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星即可保證服務(wù)性能。而數(shù)量龐大的中地球軌道衛(wèi)星，主要服務(wù)于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。此外，如果傾斜地球同步軌道衛(wèi)星發(fā)生故障，則中地球軌道衛(wèi)星可以調(diào)整軌道予以接替，即作為備份星。截至2012年發(fā)射的北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命都是8年，而后續(xù)又有數(shù)量眾多的中地球軌道衛(wèi)星需要發(fā)射，這些衛(wèi)星將采用專門的中地球軌道衛(wèi)星平臺(tái)，壽命將延長(zhǎng)至12年或更多，還會(huì)往小型化發(fā)展。衛(wèi)星制造與發(fā)射因?yàn)樾枰欢〝?shù)量的衛(wèi)星才能提供質(zhì)量可靠的導(dǎo)航服務(wù)，從衛(wèi)星的壽命方面考慮，若發(fā)射間隔過(guò)久，則后續(xù)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，可能早期的衛(wèi)星已近退役，所以北斗的衛(wèi)星需要在短時(shí)間發(fā)射，中國(guó)在3年的時(shí)間內(nèi)共

26、發(fā)射了14顆北斗衛(wèi)星，這是中國(guó)首次使用“一次設(shè)計(jì)，組批生產(chǎn)”的方式對(duì)衛(wèi)星快速批量生產(chǎn)。到2020年時(shí)，在2010年前后發(fā)射的衛(wèi)星已經(jīng)退役，因此在2012到2020年的8年時(shí)間里，中國(guó)需要為準(zhǔn)備覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)再生產(chǎn)出30多顆衛(wèi)星。中國(guó)在1981年就成功執(zhí)行過(guò)“一箭多星”，不過(guò)此技術(shù)一般用于發(fā)射一顆大衛(wèi)星附帶幾顆小衛(wèi)星，將衛(wèi)星送入不同的軌道。2012年使用“一箭雙星”發(fā)射北斗衛(wèi)星，是中國(guó)首次用一枚火箭發(fā)射兩顆相同的大質(zhì)量衛(wèi)星，火箭將兩顆衛(wèi)星送入了同一個(gè)軌道面上，其即衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡相同，其差別在于軌位。時(shí)間系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間叫做北斗時(shí)，屬于原子時(shí)，溯源到中國(guó)的協(xié)調(diào)世界時(shí)，與協(xié)

27、調(diào)世界時(shí)的誤差在100納秒內(nèi)，起算時(shí)間是協(xié)調(diào)世界時(shí)2006年1月1日0時(shí)0分0秒。北斗試驗(yàn)系統(tǒng)的衛(wèi)星原子鐘是由瑞士進(jìn)口，北斗二號(hào)的星載原子鐘逐漸開始使用中國(guó)航天科工二院203所提供的國(guó)產(chǎn)原子鐘。北斗的衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊慧在2012年表示，北斗已經(jīng)開始全部使用國(guó)產(chǎn)原子鐘，其性能與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)。信號(hào)傳輸2007年，在北斗-M1衛(wèi)星發(fā)射后，被檢北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用碼分多址技術(shù)，與全球定位系統(tǒng)和伽利略定位系統(tǒng)一致，而不同于格洛納斯系統(tǒng)的頻分多址技術(shù)。兩者相比，碼分多址有更高的頻譜利用率，在由L波段的頻譜資源非常有限的情況下，選擇碼分多址是更妥當(dāng)?shù)姆绞?。此外，碼分多址的抗干擾性能，以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

28、的兼容性能更佳。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的官方宣布，在L波段和S波段發(fā)送導(dǎo)航信號(hào)，在L波段的B1、B2、B3頻點(diǎn)上發(fā)送服務(wù)信號(hào)，包括開放的信號(hào)和需要授權(quán)的信號(hào)。B1頻點(diǎn)：1559.052MHz1591.788MHzB2頻點(diǎn)：1166.220MHz1217.370MHzB3頻點(diǎn)：1250.618MHz1286.423MHz國(guó)際電信聯(lián)盟分配了E1（1590MHz）、E2（1561MHz）、E6（1269MHz）和E5B（1207MHz）四個(gè)波段給北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這與伽利略定位系統(tǒng)使用或計(jì)劃使用的波段存在重合。然而，根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的頻段先占先得政策，若北斗系統(tǒng)先行使用，即擁有使用相應(yīng)頻段的優(yōu)先權(quán)。200

29、7年，中國(guó)發(fā)射了北斗-M1，之后在相應(yīng)波段上被檢測(cè)到信號(hào)：1561.098MHz2.046MHz，1589.742MHz，1207.14MHz12MHz，1268.52MHz12MHz，以上波段與伽利略定位系統(tǒng)計(jì)劃使用的波段重合，與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的L波段也有小部分重合。北斗-M1是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的衛(wèi)星，用于發(fā)射信號(hào)的測(cè)試和驗(yàn)證，并能以先占的原則確定對(duì)相應(yīng)頻率的使用權(quán)。北斗-M1衛(wèi)星在E2、E5B、E6頻段進(jìn)行信號(hào)傳輸，傳輸?shù)男盘?hào)分成2類，分別被稱作“I”和“Q”?！癐”的信號(hào)具有較短的編碼，可能會(huì)被用來(lái)作開放服務(wù)（民用），而“Q”部分的編碼更長(zhǎng)，且有更強(qiáng)的抗干擾性，可能會(huì)被用作需要授權(quán)的服務(wù)（軍

30、用）。在北斗-M1發(fā)射后，法國(guó)、美國(guó)等工程師即展開了對(duì)信號(hào)的研究，研究者包括在中國(guó)引起熱議的高杏欣，她和團(tuán)隊(duì)分析出了北斗-M1衛(wèi)星的民用碼信道編碼方式并予以公開，但其研究?jī)?nèi)容與軍用碼的安全問(wèn)題無(wú)關(guān)，事實(shí)上全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和伽利略定位系統(tǒng)的民用碼也早已被破解。應(yīng)用領(lǐng)域北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，分為開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。開放服務(wù)任何擁有終端設(shè)備的用戶可免費(fèi)獲得此服務(wù)，其精度為：定位精度平面10米、高程10米測(cè)速精度0.2米/秒授時(shí)精度單向50納秒，開放服務(wù)不提供雙向高精度授時(shí)授權(quán)服務(wù)除了面向全球的免費(fèi)開放服務(wù)外，還有需要獲得授權(quán)方可使用的服務(wù)，授權(quán)又分成不同等級(jí)，區(qū)分軍用和民

31、用：高精度：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供比開放服務(wù)更佳的精確度，需要獲得授權(quán)，其具體性能指標(biāo)未知。廣域差分：在亞太地區(qū)借助與類似于廣域增強(qiáng)系統(tǒng)的廣域差分技術(shù)（廣域增強(qiáng)），根據(jù)授權(quán)用戶的不同等級(jí)，提供更高的定位精度，最高為1米。信息收發(fā)：授權(quán)用戶可以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還為提供信息的收發(fā)，即短報(bào)文服務(wù)，這項(xiàng)服務(wù)僅限于亞太地區(qū)。軍用版容量為120個(gè)漢字，民用版49個(gè)漢字。應(yīng)用狀況截至2012年底，中國(guó)有約4萬(wàn)艘漁船安裝了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端，終端向手機(jī)發(fā)送短信為3角人民幣，高峰時(shí)每月發(fā)送70萬(wàn)條。同時(shí)，中國(guó)有10萬(wàn)輛車已安裝北斗的導(dǎo)航設(shè)備。制約北斗導(dǎo)航民用的最大瓶頸是芯片價(jià)格，相對(duì)于GPS系統(tǒng)，北斗終端

32、設(shè)備的芯片成本較高，若能夠廣泛生產(chǎn)和使用則可降低價(jià)格。1標(biāo)準(zhǔn)制定北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作示意圖北斗接收機(jī)國(guó)際通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂是北斗全球應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性工作之一，與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)密切相關(guān)的RTCM差分系列標(biāo)準(zhǔn)、RINEX接收機(jī)交換數(shù)據(jù)格式、NMEA接收機(jī)導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)接口等通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)幾乎是世界上所有衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)都必須遵守的通用標(biāo)準(zhǔn)。然而，全球有多個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）接收設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定組織，參與其中的中國(guó)企業(yè)和機(jī)構(gòu)卻寥寥無(wú)幾。例如，成立于1947年的國(guó)際海事無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)（RTCM）目前有130多個(gè)成員，卻只有2家中國(guó)企業(yè)成員。成立于1957年的美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)（NMEA

33、），535個(gè)成員中只有1家中國(guó)企業(yè)成員。對(duì)于正式提供服務(wù)近兩年的北斗系統(tǒng)而言，參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。全國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)于2014年成立，15項(xiàng)北斗應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，部分關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃在今年底對(duì)外發(fā)布。屆時(shí)，北斗系統(tǒng)將完成北斗產(chǎn)業(yè)鏈中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范關(guān)鍵環(huán)節(jié)的布局，北斗應(yīng)用也將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化以及通用化的快車道。在國(guó)際方面，在中國(guó)民航局、交通部海事局、工信部科技司等部門指導(dǎo)下，依托中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所、北京航空航天大學(xué)、交通部水運(yùn)科學(xué)研究院、工信部電信研究院、武漢導(dǎo)航與位置服務(wù)工業(yè)技術(shù)研究院等科研院所，先后啟動(dòng)了北斗系統(tǒng)進(jìn)入國(guó)際民航、海事、移動(dòng)通信、接收機(jī)通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等國(guó)際標(biāo)

34、準(zhǔn)工作。經(jīng)過(guò)各方協(xié)作和配合，北斗國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作捷報(bào)頻傳。國(guó)際民航組織(ICAO)同意北斗系統(tǒng)逐步進(jìn)入ICAO標(biāo)準(zhǔn)框架；國(guó)際海事組織（IMO）批準(zhǔn)發(fā)布了船載北斗接收機(jī)設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了北斗國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的零突破，完成了北斗系統(tǒng)作為全球無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)(WWRNS)重要組成部分的技術(shù)認(rèn)可工作，有望在今年底成為第三個(gè)被IMO認(rèn)可的WWRNS；第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化伙伴項(xiàng)目(3GPP)支持北斗定位業(yè)務(wù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已獲得通過(guò)。北斗已經(jīng)開啟了走向國(guó)際民航、國(guó)際海事、國(guó)際移動(dòng)通信等高端應(yīng)用領(lǐng)域的破冰之旅。2014年9月8日至9日，國(guó)際海事無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)第104專業(yè)委員會(huì)（RTCMSC-104）全體會(huì)議在美國(guó)佛羅里達(dá)州

35、坦帕市會(huì)議中心召開，來(lái)自Trimble、Novatel、Geo+、USCG（美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)）等全球20多個(gè)GNSS高精度知名企業(yè)（機(jī)構(gòu)）和重要用戶單位的30多位專家代表與會(huì)。武漢導(dǎo)航與位置服務(wù)工業(yè)技術(shù)研究院和上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司組團(tuán)參加，圓滿完成各項(xiàng)既定任務(wù)。RTCMSC-104主要負(fù)責(zé)差分全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（DGNSS）系列推薦標(biāo)準(zhǔn)的制修訂，以及參與接收機(jī)自主交換格式（RINEX）、接收機(jī)導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)輸出接口協(xié)議（NMEA-0183）等國(guó)際通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。該委員會(huì)由全球從事衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)、系統(tǒng)服務(wù)的知名企業(yè)機(jī)構(gòu)成員組成，下設(shè)GLONASS、Galileo、RINEX、NMEA、BDS等工作組。武漢導(dǎo)航院為BDS工作組主席單位，北斗專項(xiàng)應(yīng)用推廣與產(chǎn)業(yè)化專家組專家韓紹偉博士任BDS工作組主席。會(huì)上，武漢導(dǎo)航院韓紹偉博士代表BDS工作組，向委員會(huì)全體會(huì)議匯報(bào)了對(duì)BDSNH碼的處理方法，澄清了對(duì)NH碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程中因符號(hào)規(guī)則理解差異造成的差分解算失效、接收機(jī)無(wú)法兼容等問(wèn)題，給出了解決方案并獲得委員會(huì)一致通過(guò)。該問(wèn)題的解決打消了國(guó)際社會(huì)對(duì)BDS高精度可靠應(yīng)用的疑慮，對(duì)促進(jìn)北斗高