北斗導航技術(shù)

1、北斗導航技術(shù)與測試介紹北斗導航技術(shù)與測試介紹硬件測試組 黃玲概述概述 1.北斗導航技術(shù)系統(tǒng)簡介 2.一代北斗 3.二代北斗 4.北斗測試北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System） 簡稱北斗系統(tǒng)，英文縮寫為BDS，曾用名為COMPASS，是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是繼美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng), 與伽利略導航系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng) 。分為北斗1代和北斗2代。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介 北斗系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導航、授

2、時服務，并能向有更高要求的授權(quán)用戶提供進一步服務，軍用與民用目的兼具。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介 應用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介 發(fā)展歷程 試驗系統(tǒng)（北斗一代）：1983年陳芳允院士提出，1994年開始研制，2003年完成組建 伽利略系統(tǒng)合作計劃 正式系統(tǒng)（北斗二代）：2004年-2020年北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介 北斗衛(wèi)星北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球衛(wèi)星中地球衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點位置為東經(jīng)58.75、80、110.5、140、160，中地球軌道衛(wèi)

3、星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120均勻分布。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介 北斗衛(wèi)星IGSO：傾斜衛(wèi)星同步軌道：傾斜衛(wèi)星同步軌道GEO：地球靜止軌道：地球靜止軌道MEO：中地球軌道：中地球軌道北斗一代 試驗系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)又稱為北斗一號，是中國的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，即有源區(qū)域衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1994年正式立項，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，試驗系統(tǒng)完成組建，該系統(tǒng)服務范圍為東經(jīng)70140，北緯555。在衛(wèi)星的壽命到期后（設計值8年），系統(tǒng)已停止工作。北斗一代 系統(tǒng)組成系統(tǒng)分為三個部分，分別為空間段、地面段、用戶段：空間段：由3顆地

4、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)星失效時予以接替。 地面段：由中心控制系統(tǒng)和標校系統(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、用戶短報文信息交換等。標校系統(tǒng)可提供距離觀測量和校正參數(shù)。 用戶段：用戶的終端。北斗一代 工作原理北斗一代 工作原理 首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務內(nèi)容進行相應

5、的數(shù)據(jù)處理。 中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。北斗一代 定位原理（雙星定位法）中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距 離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶 處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩 顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。

6、另外中心控 制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用 戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準橢球 面平行的橢球面上。即可以推算出用戶位置。北斗一代 主要參數(shù) 服務區(qū)：我國及周邊地區(qū) 定位精度：水平精度100米（1），設立標校站之后為20米（類似差分狀態(tài)）。 定位時間：幾秒鐘 授時精度：單向100ns，雙向20ns 通信能力：雙向短報文通信120個漢字北斗一代 優(yōu)點成本低定位快雙向通信與授時位置報告 缺點缺乏隱蔽性用戶容量受限制定位精度不高，無測速功能北斗二代 正式系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”一詞一般用來特指第二代系統(tǒng)。此衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展目標是對全球提供無源定位，與GPS相似。在計劃中，整個系

7、統(tǒng)將由35顆衛(wèi)星組成，其中5顆是靜止衛(wèi)星，以與使用靜止軌道衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)兼容。2012年實現(xiàn)區(qū)域性覆蓋，預計在2020年達到全球覆蓋。北斗二代 頻段 B1頻點：1559.052MHz1591.788MHz B2頻點：1166.220MHz1217.370MHz B3頻點：1250.618MHz1286.423MHz 注：其中B1、B2是民用信號，B3是軍用信號。B1的標稱頻率為1561.098MHz。北斗二代 定位技術(shù)-三球交匯定位（與GPS定位原理一致）北斗二代 定位技術(shù)題外：DGPS 分為局域差分（LADGPS)與廣域差分(WADGPS)兩種WADGPS可覆蓋整個國家，包括SB

8、AS衛(wèi)星就是利用靜止軌道衛(wèi)星建立的地區(qū)性廣域差分增強系統(tǒng)?，F(xiàn)有的SBAS衛(wèi)星包括EGONS(歐洲）、WAAS（美國）、MSAS（日本）、GAGAN（印度）。LADGPS覆蓋范圍一般在10100km，精度可達到厘米級。依靠基準站校準發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。電文采用的協(xié)議為RTCM-104。北斗二代 定位技術(shù)北斗二代融衛(wèi)星導航與廣域差分為一體，向用戶實時播發(fā)衛(wèi)星導航信息、廣域差分改正信息及完好性信息等。導航信息可為用戶提供基本的導航定位服務；廣域增強信息根據(jù)用戶的不同等級，可為用戶提供更高精度的定位精度，改善區(qū)域的導航性能，為所覆蓋區(qū)域?qū)Ш接脩籼峁┤?/p>

9、候、高性能的導航定位服務。完好性信息可為用戶提供區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的可用性信息，當系統(tǒng)不可用或?qū)Ш骄冉档蜁r，及時向用戶告警。 北斗二代 定位技術(shù)北斗導航定位增強系統(tǒng)主要包括三部分：空間部分、地面部分和用戶部分?？臻g部分由攜帶導航轉(zhuǎn)發(fā)器的地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星組成。地面部分由若干參考站和主控站組成。北斗導航定位增強系統(tǒng)具有三種功能，即地球靜止衛(wèi)星（GEO）測距功能、完好性監(jiān)測功能和廣域差分功能。 北斗二代 增強型定位技術(shù)（差分定位）通過北斗用戶機周圍建立位置已知的北斗差分基準站，用基準站測得的偽距與其真實位置的差值，由基準站發(fā)射到用戶，北斗用戶在測距過程中將之差掉，以此提高精度。目前，交通運輸部

10、東海航海保障中心在我國黃海南部和長江口水域進行了國內(nèi)首次無線電指向標差分北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(RBNDBDS)播發(fā)與接收試驗，并取得圓滿成功。誤差可由10米降為1米。北斗二代 時間系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的系統(tǒng)時間叫做北斗時，屬于原子時，溯源到中國的協(xié)調(diào)世界時，與協(xié)調(diào)世界時的誤差在100納秒內(nèi)，起算時間是協(xié)調(diào)世界時2006年1月1日0時0分0秒。 北斗二代 ICD文件北斗的空間信號接口控制文件(Interface Control Document/ICD)是約束、規(guī)范和定義北斗導航衛(wèi)星與接收終端之間信號接口的文件，它說明了衛(wèi)星導航射頻信號、擴頻測距碼、導航電文結(jié)構(gòu)、導航電文參數(shù)及算法四個方面內(nèi)容，只

11、有掌握了這些特征和參數(shù)，才能正確接收北斗導航衛(wèi)星播發(fā)的信號，繼而進行定位和導航。 北斗二代 主要參數(shù)（開放服務） 服務區(qū)：全球 定位精度：定位精度平面10米、高程10米 定位時間：幾分鐘（與GPS相同） 授時精度：授時精度單向50納秒，開放服務不提供雙向高精度授時 通信能力：不提供北斗二代 主要參數(shù)（授權(quán)服務） 服務區(qū)：全球（需要獲得授權(quán)） 定位精度：未知，可達1m以內(nèi) 定位時間：兼容北斗1代，可達幾秒（僅限亞太地區(qū)） 通信能力：軍用版容量為120個漢字，民用版49個漢字（僅限亞太地區(qū)） 北斗測試 目前國內(nèi)實力較強的北斗芯片廠商 泰斗微電子（基帶射頻芯片以及模塊） 北斗星通/和芯星通（芯片及模

12、塊） 東方聯(lián)星 廣州潤芯（射頻芯片） 華力創(chuàng)通北斗測試 市場上北斗模塊描述 系統(tǒng)：GPS+BDS（可分離為單GPS及單北斗） 頻率：L1+B1 協(xié)議：NMEA0183 功能：三維測速、三維定位、精確授時 通道：大于32 channels北斗測試 衛(wèi)星編號 目前還沒有統(tǒng)一的規(guī)范，市場上的北斗模塊各自定義不一樣。東方聯(lián)星杭州中科微電子北斗測試 NMEA$GNGGA,050800.000,3113.3181,N,12121.2744,E,1,20,0.8,49.0,M,0.0,M,*47$GNGLL,3113.3181,N,12121.2744,E,050800.000,A,0*34$GPGSA,A

13、,3,14,21,18,15,24,31,25,12,22,1.3,0.8,1.1*33$BDGSA,A,3,02,01,07,03,06,10,14,09,04,05,13,1.3,0.8,1.1*26$GPGSV,3,1,09,12,47,099,46,14,39,308,44,15,16,088,34,18,80,179,44*7E$GPGSV,3,2,09,21,17,202,37,22,61,307,46,24,36,041,45,25,43,151,44*73$GPGSV,3,3,09,31,12,234,41*41$BDGSV,3,1,11,01,49,146,40,02,34,241,36,03,52,200,38,04,35,123,36*6C$BDGSV,3,2,11,05,15,255,33,06,63,180,40,07,71,309,41,09,75,264,40*65$BDGSV,3,3,11,10,51,266,38,13,83,303,42,14,40,141,42*58$GNRMC,050800.000,A,3113.3181,N,12121.2744,E,0.25,0.00,270313,A*71$GNVTG,0.00