北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)詳解

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括和兩代系統(tǒng)，是中國(guó)研發(fā)的。北斗個(gè)已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗二號(hào)則是一個(gè)正在建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和、被確認(rèn)為全球4個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心供應(yīng)商北斗一號(hào)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國(guó)建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。該系統(tǒng)由四顆（兩顆工作衛(wèi)星、2顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號(hào)）、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、二十四小時(shí)的即時(shí)定位服務(wù)，授時(shí)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(shí)精度約100ns。美國(guó)的GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高至U6m,C/A碼目前己由25-10

2、0m提高到12m,授時(shí)精度日前約20ns。北斗一號(hào)導(dǎo)航定位衛(wèi)星由中國(guó)空間技術(shù)研究院研究制造。2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，它將在交通、場(chǎng)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(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱為BD,在ITU（國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)）登記的無線電頻段為L(zhǎng)波段（發(fā)射）和S波段（接收）。系統(tǒng)工作原理北斗一號(hào)"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(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)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(chǔ)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

3、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(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶。北斗一號(hào)”的覆蓋范圍是北緯5°55°,東經(jīng)70°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（T）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(shí)540000戶。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(shí)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(gè)漢字的

4、短報(bào)文信息；由于對(duì)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(shí)性。同時(shí)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(huì)超過GSM短信息的長(zhǎng)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(tái)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)：1、速度快，實(shí)時(shí)性好，不掉線；2、可以雙向通信，及時(shí)返回終端信息；3、設(shè)備體積小，操作簡(jiǎn)單；4、由于控制中心無須專門設(shè)置大功率發(fā)射電臺(tái)，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(shí)：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用戶提供20

5、ns-100ns時(shí)間同步精度北斗系統(tǒng)地面定位手持機(jī)北斗1號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點(diǎn)北斗1號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)的定位是依照美國(guó)工程師1982年提出的雙星主動(dòng)式衛(wèi)星定位系統(tǒng)”原理而實(shí)施的，在設(shè)計(jì)定型時(shí)就知道該技術(shù)是屬于十分落后的一種。美國(guó)人和歐洲人都沒有采用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)GP繇統(tǒng)。為什么我軍要用呢，因?yàn)閲?guó)外這部分的技術(shù)資料幾乎全部是開源，成本較低，可以達(dá)到全部“國(guó)產(chǎn)”！想想伊拉克的計(jì)算機(jī)通訊設(shè)施也是全部“國(guó)產(chǎn)”的，至少不是美國(guó)的，感覺上應(yīng)該是很“安全”的吧?為什么在實(shí)戰(zhàn)中聯(lián)也聯(lián)不上，通也通不了，伊拉克軍隊(duì)就像沒有指揮的民團(tuán)而被各個(gè)擊潰，導(dǎo)致家破國(guó)亡呢？北斗GPSII航系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大并發(fā)終端服務(wù)容量為150臺(tái)/秒，平均每天運(yùn)

6、營(yíng)費(fèi)用數(shù)以幾十萬計(jì)，它并不是真正意義上的GPSW是只覆蓋亞洲部分地區(qū)的導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗GPSII航系統(tǒng)可以說軍事應(yīng)用值價(jià)很低，中國(guó)“北斗一號(hào)”的定位原理與美國(guó)GPS勺完全不同，主要在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上，一是北斗一號(hào)”定位終端是有源的，即兼具發(fā)射和接收功能，而美國(guó)GPS勺定位終端只需要接收功能；二是北斗一號(hào)”定位終端的位置、速度解算是在地面控制中心，而美國(guó)的GPS勺定位終端本身具有解算能力。這兩個(gè)關(guān)鍵差別導(dǎo)致在軍事應(yīng)用時(shí)：1）由于北斗一號(hào)”定位終端是有源終端，定位過程發(fā)射電磁信號(hào)，馬上暴露了使用者的位置，如果是特種部隊(duì)、戰(zhàn)艦使用，無疑是主動(dòng)申請(qǐng)敵方向我開炮！而美國(guó)的GP笑端是無源的監(jiān)聽者，使用起來十分安

7、全、隱蔽；2）由于北斗一號(hào)”定位終端使用時(shí)是雙向通信，由地面控制站把定位信息返傳給定位終端，時(shí)延長(zhǎng)（秒級(jí)），不能應(yīng)用于音速飛行的裝備，如導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)等。而美國(guó)的GP笑端是在終端解算定位信息，反應(yīng)時(shí)間只與終端的運(yùn)算速度相關(guān)（毫秒級(jí)），即使高亞音速的巡航導(dǎo)彈亦能應(yīng)用。3）由于北斗一號(hào)”的定位過程需要地面控制中心與定位終端之間進(jìn)行通信，受信道限制，同時(shí)服務(wù)的終端數(shù)有限（百臺(tái)級(jí)），戰(zhàn)場(chǎng)上的大規(guī)模應(yīng)用成為不可能，試想作戰(zhàn)時(shí)，數(shù)百臺(tái)戰(zhàn)車、數(shù)百臺(tái)戰(zhàn)艦、數(shù)千官兵同時(shí)需要定位服務(wù)，光通信排隊(duì)都要等半天，如何敢用？！而美國(guó)的GPSC作原理是無源定位、分散運(yùn)算，故沒有信道瓶頸，軍用、民用均沒有終端數(shù)量的限制。4）同樣

8、由于3）點(diǎn)，戰(zhàn)時(shí)北斗一號(hào)”系統(tǒng)極易被阻塞而發(fā)揮不到作用。敵方只要把偵測(cè)到的定位終端發(fā)射信號(hào)進(jìn)行高密度、重復(fù)發(fā)送,就會(huì)造成象無數(shù)臺(tái)定位終端在同時(shí)申請(qǐng)服務(wù)的假象，阻塞了有限的信道，使真正的定位終端不能工作、或響應(yīng)減慢。5）由于北斗一號(hào)”定位終端需要有發(fā)射單元，成本高、使用條件受約束大，單兵、單武器應(yīng)用的可能性低，主要還是車、船載應(yīng)用。6）如果戰(zhàn)時(shí)地面控制站被硬殺傷”、或被電磁壓制、或內(nèi)部破壞，則全系統(tǒng)武功全廢”。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體制結(jié)構(gòu)看，“北斗一號(hào)”是Server（地面控制中心）-Client（定位終端）式體系結(jié)構(gòu)，上述的缺憾是C/S體系結(jié)構(gòu)造成的，該體系結(jié)構(gòu)完全不適用于戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境，只有分布式體系結(jié)構(gòu)

9、在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境才最具生存能力，象INTERNETS調(diào)點(diǎn)-點(diǎn)通信能力，INTERNET勺工作站在通信層上均是平等的，沒有主、從之分。美國(guó)的GP淀位系統(tǒng)類似WebService樣的分布式體系，定位終端獨(dú)立工作，24顆GPSS星只起參照系作用，沒有控制作用。鑒于以上種種缺點(diǎn)，北斗2號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)誕生了。北斗一號(hào)導(dǎo)航定位衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間分別為：?2000年10月31日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星北斗-1A。?2000年12月21日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星北斗-1B。?2003年5月25日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星北斗-1C。?2007年2月3日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成

10、功發(fā)射北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星北斗-1D。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航北斗2號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)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(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)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度0.2米/秒。第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是：空間段衛(wèi)星接收地面運(yùn)控系統(tǒng)上行注入的導(dǎo)航電文及參數(shù)，并且連續(xù)向地面用戶發(fā)播衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，用戶接收到至少4顆衛(wèi)星信號(hào)后，進(jìn)行偽距測(cè)量和定位解算，最后得到定位結(jié)果。同時(shí)為了保持地面運(yùn)控系統(tǒng)各站之間時(shí)間同步，以及地面站與衛(wèi)星之間時(shí)間同步，通過站間和星地時(shí)間比對(duì)觀測(cè)與處理完成地面站間和衛(wèi)星與地面站

11、間時(shí)間同步。分布國(guó)土內(nèi)的監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)對(duì)其可視范圍內(nèi)的衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集各類觀測(cè)數(shù)據(jù)后將其發(fā)送至主控站，由主控站完成衛(wèi)星軌道精密確定及其它導(dǎo)航參數(shù)的確定、廣域差分信息和完好性信息處理，形成上行注入的導(dǎo)航電文及參第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)雖然目前仍為區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但服務(wù)區(qū)比北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)大了很多，具有連續(xù)實(shí)時(shí)三維定位測(cè)速能力，授權(quán)服務(wù)在增強(qiáng)服務(wù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供RDS物能和信號(hào)功率增強(qiáng)服務(wù)。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用范圍和行業(yè)不斷擴(kuò)展，全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模以每?jī)赡攴环乃俣瓤焖僭鲩L(zhǎng)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)測(cè)繪、工程勘測(cè)、資源調(diào)查、地震監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)和海洋勘測(cè)等領(lǐng)域。北斗衛(wèi)星導(dǎo)

12、航系統(tǒng)的建成，可促進(jìn)我國(guó)自主衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展，體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力，使我國(guó)在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，打破美國(guó)的壟斷，并帶動(dòng)一大批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用具有廣泛的應(yīng)用潛力。比如公安保衛(wèi)、遇險(xiǎn)搶救、海岸緝私、巡邏搜索、囚車與運(yùn)鈔車監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)收集、各種災(zāi)害的預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)、交通管制、遠(yuǎn)距離輸電以及個(gè)人旅游、娛樂等諸多方面都有著廣大的潛在用戶。套用一句形容的話就是：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景“僅受限于人們的想象力”。隨著系統(tǒng)建設(shè)的不斷發(fā)展，很多潛在的應(yīng)用必將被發(fā)掘出來，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，從而產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)展時(shí)間進(jìn)展2007年4月14日第一顆<“北斗二號(hào)”非靜止軌道衛(wèi)星成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)正式啟動(dòng)第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建設(shè)計(jì)劃2009年4月15日第二顆<“北斗二號(hào)”系統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星成功發(fā)射2010年1月17日第三顆“北斗二號(hào)”系統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星成功發(fā)射2010年6月2日第四顆“北斗二號(hào)”系統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星成功發(fā)射2010年8月1日第五顆“北斗二號(hào)”系統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入了組網(wǎng)高峰期12月18日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道2012年覆蓋亞太。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)建成，首先提