北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)

1、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)目錄 簡介 系統(tǒng)工作原理 與GPS系統(tǒng)對比 雙星定位不同于“多星”定位 北斗系統(tǒng)三大功能 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用服務(wù)提供商 北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)民用終端設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢 “北斗一號”GPS 汶川地震中起重要作用 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)將首先應(yīng)用于北京奧運(yùn)會 · “北斗一號”GPS 汶川地震中起重要作用 · 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)將首先應(yīng)用于北京奧運(yùn)會 編輯本段簡介北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。該系統(tǒng)由三顆（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。北斗定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十

2、四小時的即時定位服務(wù)，授時精度可達(dá)數(shù)十納秒(ns)的同步精度，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。美國的GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25-100m提高到12m，授時精度日前約20ns。北斗一號導(dǎo)航定位衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院研究制造。三顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星的發(fā)射時間分別為：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日，第三顆是備用衛(wèi)星。2008年北京奧運(yùn)會期間，它將在交通、場館安全的定位監(jiān)控方面，和已有的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)一起，發(fā)揮“雙保險(xiǎn)”作用。北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文簡稱為BD，在ITU（國際電信聯(lián)合會）登記的無線

3、電頻段為L波段（發(fā)射）和S波段（接收）。 北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文為Compass（即指南針），在ITU登記的無線電頻段為L波段。北斗一號系統(tǒng)的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授時。北斗二代系統(tǒng)的功能與GPS相同，即定位與授時。 編輯本段系統(tǒng)工作原理“北斗一號”衛(wèi)星定位系出用戶到第一顆衛(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(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加

4、密由出站信號發(fā)送給用戶?！氨倍芬惶枴钡母采w范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米(1)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。 編輯本段與GPS系統(tǒng)對比1、覆蓋范圍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°一140°，北緯5°一55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點(diǎn)、任何時間能同時觀測到6-9顆衛(wèi)星(

5、實(shí)際上最多能觀測到11顆)。2、衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時58分。3、定位原理：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動式雙向測距二維導(dǎo)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(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自位解算在那里而不是由用戶設(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨(dú)立運(yùn)行。而“北斗一號”系統(tǒng)從原理上排

6、除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。4、實(shí)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，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時間延遲就更長了，因此對于高速運(yùn)動體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點(diǎn)，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設(shè)備簡單價(jià)廉、能實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位、通訊等多用途，可滿足當(dāng)前我國陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航定位的需求。缺點(diǎn)是不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位

7、，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受一定限制。但最重要的是，“北斗一號”導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨(dú)立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)少的初步起步系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)并不排斥國內(nèi)民用市場對GPS的廣泛使用。相反，在此基礎(chǔ)上還將建立中國的GPS廣域差分系統(tǒng)?？梢允故躍A干擾的GPS民用碼接收機(jī)的定位精度由百米級修正到數(shù)米級，可以更好的促進(jìn)GPS在民間的利用。當(dāng)然，我們也需要認(rèn)識到，隨著我軍高技術(shù)武器的不斷發(fā)展，對導(dǎo)航定位的信息支持要求越來越高。 編輯本段雙星定位不同于“多星”定位“一代北斗只用雙星定位，比GPS等投資小、建成快，”范本堯說這是我國國情決定的，也對一代“北斗”的技術(shù)路線提出了特

8、殊的要求，“所以我們的定位系統(tǒng)具有自己的特點(diǎn)。”美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，都是使用24顆衛(wèi)星（GPS還另有3顆備份衛(wèi)星，GLONASS則因經(jīng)費(fèi)問題損失了幾顆衛(wèi)星）組成網(wǎng)絡(luò)。這些衛(wèi)星不中斷地向地面站發(fā)回精確的時間和它們的位置。GPS接收器利用GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號確定衛(wèi)星在太空中的位置，并根據(jù)無線電波傳送的時間來計(jì)算它們間的距離。等計(jì)算出至少34顆衛(wèi)星的相對位置后，GPS接收器就可以用三角學(xué)來算出自己的位置。每個GPS衛(wèi)星都有4個高精度的原子鐘，同時還有一個實(shí)時更新的數(shù)據(jù)庫，記載著其他衛(wèi)星的現(xiàn)在位置和運(yùn)行軌跡。當(dāng)GPS接收器確定了一個衛(wèi)星的位置時，它可以下載其他所有衛(wèi)星的位置信息，這有

9、助于它更快地得到所需的其他衛(wèi)星的信息。“1983年，兩彈一星功勛獎?wù)芦@得者陳芳允院士和合作者提出利用兩顆同步定點(diǎn)衛(wèi)星進(jìn)行定位導(dǎo)航的設(shè)想，經(jīng)過分析和初步實(shí)地試驗(yàn)，證明效果良好，”中國計(jì)量科學(xué)研究院的黃秉英研究員說，這一系統(tǒng)被稱為“雙星定位系統(tǒng)”。一代“北斗”采用的基本技術(shù)路線最初來自于陳芳允先生的“雙星定位”設(shè)想，正式立項(xiàng)是在1994年。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和用戶終端等3部分即可完成定位。一代“北斗”與GPS系統(tǒng)不同，對所有用戶位置的計(jì)算不是在衛(wèi)星上進(jìn)行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置及時間信息，并負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。有源無源是關(guān)鍵不

10、同點(diǎn)“一代北斗采用的是有源定位，GPS和GLONASS等都是無源定位，”范本堯說，“這是它們質(zhì)上的不同點(diǎn)。”所謂有源定位就用戶需要通過地面中心站聯(lián)系及地面中心站的傳輸，通訊就不必通過其他的通訊衛(wèi)星了，一星多用符合我國國情。GPS和GLONASS沒有設(shè)計(jì)通訊功能，主要原因就在于不需要地面站中轉(zhuǎn)服務(wù)的無源定位不能提供通訊服務(wù)。區(qū)域性基于技術(shù)水平北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。中國衛(wèi)星導(dǎo)航工程中心副主任冉承其介紹，北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義,并有一些GPS系統(tǒng)所沒有的長處，如在靜態(tài)地圖的基礎(chǔ)上，可以把道路擁堵的實(shí)時情況在導(dǎo)航儀上反映出來。一代“北斗”是區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，只能全天

11、候、全天時用于中國及其周邊地區(qū)；而GPS和GLONASS都是全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，在全球的任何一點(diǎn)，只要衛(wèi)星信號未被遮蔽或干擾，都能接收到三維坐標(biāo)。“區(qū)域性是我國雙星定位的技術(shù)特點(diǎn)、水平以及國家需求決定的，”范本堯說。GPS和GLONASS的空間部分是高度在2萬千米左右的衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)。GPS的衛(wèi)星平均分布在6個軌道平面上，GLONASS衛(wèi)星平均分布在3個軌道平面上，不停地繞地球旋轉(zhuǎn)。這樣，在全球的任何位置、任何時間都可同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星，通過它們就可以獲得高精度的三維定位數(shù)據(jù)。“北斗”一號是雙星定位，軌道偏高，距離地面3萬6千千米，是地球同步靜止軌道衛(wèi)星。之所以要在這么高的高度是因?yàn)槲覀冎?/p>

12、有兩顆定位衛(wèi)星，不能覆蓋整個地球，如果在較低軌道上繞地運(yùn)行，每天就要有一定時間不能監(jiān)控我國所在區(qū)域。二代“北斗”可稱“中國的GPS”“我國發(fā)展二代北斗不會采取一步到位的方式，也不會停掉一代，另外發(fā)展二代，”范本堯說，“我們會在一代的基礎(chǔ)上不斷補(bǔ)充衛(wèi)星數(shù)，增加其功能，提高其整體水平?！边@位將繼續(xù)承擔(dān)二代“北斗”設(shè)計(jì)工作的科學(xué)家說：“二代北斗可以稱為中國的GPS，不過它仍然會比GPS多一個通訊為發(fā)展我國二代“北斗”的關(guān)鍵技術(shù)提供了準(zhǔn)備。范本堯舉例說，此次定位的“北斗”一號備份衛(wèi)星上新裝載了用于衛(wèi)星定位的激光反射器，能夠參照其他星，把自身位置精確定格在幾個厘米的尺度以內(nèi)。這顆衛(wèi)星已定位成功，表明這種

13、技術(shù)是有效而可靠的。這樣，當(dāng)我們不斷發(fā)射新的衛(wèi)星構(gòu)建二代“北斗”體系時，眾多衛(wèi)星就會找準(zhǔn)自己的位置，構(gòu)成符合標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。此外，“北斗”一號的3顆星壽命都是8年，專家正不斷研究，預(yù)計(jì)下一次發(fā)射的衛(wèi)星壽命就能達(dá)到10年左右了；而目前GPS衛(wèi)星的壽命都是12年左右，GLONASS衛(wèi)星的壽命則是3到5年。“20世紀(jì)原子鐘最輝煌的應(yīng)用莫過于由它構(gòu)成了全球定位系統(tǒng)的核心，”黃秉英說，導(dǎo)航星和地面站全離不開它。目前的原子鐘主要有3種：銣鐘、銫鐘和氫鐘。結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、壽命長的原子鐘正是發(fā)展全球定位系統(tǒng)必需的。在結(jié)構(gòu)方面，銣鐘最小體積已達(dá)到6立方厘米；在頻率穩(wěn)定度方面，氫鐘最好；而在長期頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度

14、方面，則以銫鐘最佳。目前，設(shè)在中國計(jì)量科學(xué)研究院的國家授時中心使用的就是被稱為“激光冷卻銫原子噴泉頻率基準(zhǔn)”的銫鐘，我國的授時基準(zhǔn)-UTC（NIM）都是由它提供并不斷同國際基準(zhǔn)校正的，而“北斗”將建成，屆時，國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域都將從中獲得更大的效益。2003年5月25日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將第三顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送上太空，標(biāo)志著我國擁有了自己的第一代完善的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是第一代全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，它由兩顆工作星和一顆備份星組成。前兩顆“北斗一號”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為船舶運(yùn)輸、公路

15、交通、鐵路運(yùn)輸、野外作業(yè)、水文測報(bào)、森林防火、漁業(yè)生產(chǎn)、勘察設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)以及其他有特殊調(diào)度指揮要求的單位提供定位、通信和授時等綜合服務(wù)。2000年，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射，標(biāo)志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，這對于滿足我國國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)的需要，促進(jìn)我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位事業(yè)的發(fā)展，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)由北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域?yàn)橹袊爸苓厙到y(tǒng)可廣泛應(yīng)用于船舶運(yùn)輸、公路交通、鐵路運(yùn)輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測報(bào)、森林防火、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)，以及軍隊(duì)、公安、海關(guān)等其他有特

16、殊指揮調(diào)度要求的單位。 編輯本段北斗系統(tǒng)三大功能快速定位：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時定位服務(wù)，定位精度20100m；短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報(bào)文信息；由于對包含車輛的位置和狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)要求有一定的實(shí)時性。同時車輛與調(diào)控中心之間的信息溝通實(shí)際上也是一種數(shù)據(jù)的通信方式，其信息量一般也不會超過GSM短信息的長度范圍。因此利用GSM的短消息業(yè)務(wù)基本可滿足系統(tǒng)通信的需要。 其次，通過短信息方式發(fā)送數(shù)據(jù)其成本代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它方式（如通過話音信道）。與其他無線電臺等傳統(tǒng)方式比較，采用GSM短信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

17、1、 速度快，實(shí)時性好，不掉線；2、 可以雙向通信，及時返回終端信息；3、 設(shè)備體積小，操作簡單； 4、 由于控制中心無須專門設(shè)置大功率發(fā)射電臺，將大大降低安裝費(fèi)用；5、 覆蓋面廣受地理環(huán)境精密授時：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。 編輯本段北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用服務(wù)提供商目前有五家，以神州天鴻（北京神州天鴻科技有限公司）和北斗星通（北京北斗星通衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司）最為出色。神州天鴻公司的網(wǎng)址是：北斗星通公司的網(wǎng)址是： 編輯本段北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)民用終端設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)北斗一號民用車（船）載遇險(xiǎn)報(bào)警終端設(shè)備技術(shù)要求和使用要求（標(biāo)準(zhǔn)編號為JT/T590-2

18、004）北斗一號民用數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備技術(shù)要求和使用要求（標(biāo)準(zhǔn)編號為JT/T591-2004）北斗一號民用車（船）載終端設(shè)備技術(shù)要求和使用要求（標(biāo)準(zhǔn)編號為JT/T592-2004） 編輯本段北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持；覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24小時全天候服務(wù)，無通信區(qū)；特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時解決“我在哪”和“你在哪”；自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。 編輯本段“北斗一號”GPS 汶川地震中起重要作用“北斗一號”在通信中斷情況下發(fā)揮重要作用 中國自主研制的“北斗一號”系統(tǒng)在通信中斷的情況下發(fā)揮重要作用，救災(zāi)部隊(duì)攜帶的北斗系統(tǒng)正在陸續(xù)發(fā)回各種災(zāi)情和救援信息。 “北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)監(jiān)測到，一支攜帶了“北斗一號”終端機(jī)的部隊(duì)，從中午12時開始，沿著馬爾康、黑水、理縣到汶川的317國道，以每小時6公里左右的速度一路急進(jìn)。6個小時前進(jìn)了近40公里，已經(jīng)進(jìn)入汶川縣境內(nèi)，離縣城還有40公里