北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)_維基百科課件

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中華人民共和國正在實(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)，致力于向全球用戶提供定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。中國在2003年完成了具有區(qū)域?qū)Ш焦δ艿谋倍沸l(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，之后開始構(gòu)建服務(wù)全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于2012年起向亞太大部分地區(qū)正式提供服務(wù)，并計劃至2020年完成全球系統(tǒng)的構(gòu)建。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟伽利略定位系統(tǒng)（Galileo）為聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會認(rèn)定的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大核心供應(yīng)商。目錄1歷史與發(fā)展31.1早期研究31.2試驗(yàn)系統(tǒng)31.3加入歐盟伽利略計劃

2、31.4正式系統(tǒng)31.5東盟各國加入合作41.6全球組網(wǎng)42試驗(yàn)系統(tǒng)42.1系統(tǒng)組成52.2性能53正式系統(tǒng)63.1亞太服務(wù)63.2全球服務(wù)84系統(tǒng)構(gòu)成94.1空間段94.2地面段104.3用戶段115原理115.1空間定位原理115.2有源與無源定位125.3精度136技術(shù)136.1衛(wèi)星平臺146.2衛(wèi)星制造與發(fā)射146.3時間系統(tǒng)156.4信號傳輸157應(yīng)用167.1開放服務(wù)177.2授權(quán)服務(wù)177.3應(yīng)用狀況178參見189注釋1810參考文獻(xiàn)1811外部鏈接241歷史與發(fā)展1.1早期研究1970年代，中國開始研究衛(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”的研究計劃被取消。1983

3、年，中國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。1.2試驗(yàn)系統(tǒng)1994年，中國正式開始北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（北斗一號）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。1.3加入歐盟伽利略計劃2003年9月，中國打算加入歐盟的伽利略定位系統(tǒng)計劃，并在接下來的幾年中投入了2.3億歐元的資金。由此，人們相信中國的北斗系統(tǒng)只會用于自己的武裝力量。中國與歐盟在2004年10月9日正式簽署伽利略計劃技術(shù)合

4、作協(xié)議。2008年1月，香港南華早報在中國不當(dāng)“伽利略”計劃小伙伴的報道中指出：中國不滿其在伽利略計劃中的配角地位，并將推出北斗二號與伽利略定位系統(tǒng)在亞洲市場競爭。1.4正式系統(tǒng)2004年，中國啟動了具有全球?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），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年開始對中國和周邊地區(qū)提供測試服務(wù)，2012年完成了對亞太大部分地區(qū)的覆蓋并正式提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。中國為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)制定了“三步走”發(fā)展規(guī)劃，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

5、兩個階段，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)計劃，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在2020年完成，屆時將實(shí)現(xiàn)全球的衛(wèi)星導(dǎo)航功能。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三步走發(fā)展規(guī)劃時間節(jié)點(diǎn)200420122020實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域有源定位區(qū)域無源定位全球無源定位1.5東盟各國加入合作中國科學(xué)技術(shù)部部長萬鋼在2013年1月19日中國科技工作會議上透露，2013年將積極實(shí)施“中國東盟科技伙伴計劃”，啟動“中國-東盟聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“中國-東盟技術(shù)轉(zhuǎn)移中心”建設(shè)，在東盟各國合作建設(shè)北斗系統(tǒng)地面站網(wǎng)。1.6全球組網(wǎng)2015年9月30日，第20顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星準(zhǔn)確飛入地球傾斜同步軌道。這顆北斗衛(wèi)星會和兩個多月前發(fā)射的北斗

6、雙星實(shí)現(xiàn)"空間對話"，測試導(dǎo)航信號，并進(jìn)行中軌道和高軌道間的星間鏈路試驗(yàn)，這種異軌道面間的試驗(yàn)是北斗系列的首次。2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，是中國的第一代衛(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)70°140°，北緯5°55°。在衛(wèi)星的壽命到期后（設(shè)計值8年），系統(tǒng)已停止工作。北斗試驗(yàn)系統(tǒng)覆蓋范圍（藍(lán)色區(qū)域）2.1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：l 空間段：由3顆地球靜止軌

7、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。l 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、用戶短報文信息交換等。標(biāo)校系統(tǒng)可提供距離觀測量和校正參數(shù)。l 用戶段：用戶的終端。2.2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，也能向外界報告自身位置和發(fā)送消息，授時精度：單向 100納秒，雙向 20納秒，定位響應(yīng)時

8、間為1秒，短報文通信：120個漢字/次。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)無測速功能，不能用于精確制導(dǎo)武器。因而與可能的沖突中，使用正式系統(tǒng)乃是必要的，不能當(dāng)作備用。3正式系統(tǒng)正式的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也被稱為北斗二號，是中國的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文簡稱BDS，曾用名COMPASS，“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”一詞一般用來特指第二代系統(tǒng)。此衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是對全球提供無源定位，與全球定位系統(tǒng)相似。在計劃中，整個系統(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

9、。其總設(shè)計師為孫家棟院士。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)也是一個軍民兩用的系統(tǒng)。項(xiàng)目的主要參與者為中國人民解放軍總參謀部、總裝備部、國家國防科技工業(yè)局、中國科學(xué)院、中國航天科技集團(tuán)公司、中國電子科技集團(tuán)公司、國防科技大學(xué)。截至2012年，中國為試驗(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。3.1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，2011年開始對中國和周邊提供測試服務(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

10、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、測速、授時服務(wù)，定位精度：水平 10米，高程 10米，測速精度0.2米/秒，授時精度：單向 50納秒，雙向 20納秒，短報文通信：120個漢字/次，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、測速、授時、通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息，這類用戶為中國軍隊(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)提供無源定位技術(shù)所不能完成的服務(wù)，如短報文通信。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在2012年的服務(wù)范圍北斗系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域北斗-M5衛(wèi)星（2012-050A）的地面軌跡圖，白點(diǎn)為其在某時之位置，而白線包

11、圍的區(qū)域?yàn)槠湓谠撎幍姆?wù)范圍。3.2全球服務(wù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計劃在2020年完成對全球的覆蓋，為全球用戶提供定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，中國將發(fā)射大量的中地球軌道衛(wèi)星，計劃約35顆衛(wèi)星，同時因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的衛(wèi)星壽命也會到期，也將會在2020年前完成替換。中國原計劃在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)。但實(shí)際到2015年才開始發(fā)射新一代衛(wèi)星。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展4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。4.1空間段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段計劃由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

12、76;、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個軌道平面上，軌道平面之間為相隔120°均勻分布。至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時，已為正式系統(tǒng)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）。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星列表序號衛(wèi)星發(fā)射日期發(fā)射地點(diǎn)火箭運(yùn)行軌道使用狀況狀態(tài)1北斗-M12007-04-14西昌長征三號甲中地球軌道，高度21559×21518公里，傾角56.8&#

13、176;試驗(yàn)星未使用M12北斗-G22009-04-15西昌長征三號丙有誤差的地球靜止軌道，高度36027×35539公里，傾角2.2°失控未使用G23北斗-G12010-01-17西昌長征三號丙地球靜止軌道140.0°E，高度35807×35782公里，傾角1.6°使用中G14北斗-G32010-06-02西昌長征三號丙地球靜止軌道110.6°E，高度35809×35777公里，傾角1.3°使用中G35北斗-IGSO12010-08-01西昌長征三號甲傾斜地球同步軌道，高度35916×35669公里，傾

14、角54.6°使用中IGSO16北斗-G42010-11-01西昌長征三號丙地球靜止軌道160.0°E，高度35815×35772公里，傾角0.6°使用中G47北斗-IGSO22010-12-18西昌長征三號甲傾斜地球同步軌道，高度35883×35691公里，傾角54.8°使用中IGSO28北斗-IGSO32011-04-10西昌長征三號甲傾斜地球同步軌道，高度35911×35690公里，傾角55.9°使用中IGSO39北斗-IGSO42011-07-27西昌長征三號甲傾斜地球同步軌道，高度35879×35

15、709公里，傾角54.9°使用中IGSO410北斗-IGSO52011-12-02西昌長征三號甲傾斜地球同步軌道，高度35880×35710公里，傾角54.9°使用中IGSO511北斗-G52012-02-25西昌長征三號丙地球靜止軌道58.7°E，高度35801×35786公里，傾角1.4°使用中G512北斗-M32012-04-30西昌長征三號乙中地球軌道，高度21607×21463公里，傾角55.3°使用中M313北斗-M42012-04-30西昌長征三號乙中地球軌道，高度21617×21453公里

16、，傾角55.2°使用中M414北斗-M52012-09-19西昌長征三號乙中地球軌道 ，高度21597×21473公里，傾角55.0°使用中M515北斗-M62012-09-19西昌長征三號乙中地球軌道，高度21576×21494公里，傾角55.1°使用中M616北斗-G62012-10-25西昌長征三號丙地球靜止軌道80.2°E，高度35803×35783公里，傾角1.7°使用中G617北斗-I1-S2015-03-30西昌長征三號丙傾斜地球同步軌道，高度35602×35983公里，傾角54.9

17、6;使用中IGSO18北斗-M1-S2015-07-25西昌長征三號乙高度21520.9×21549.9公里，傾角55.0°使用中BEIDOU-3 M119北斗-M2-S2015-07-25西昌長征三號乙高度21,521.3×21,550.5公里，傾角55.0°使用中BEIDOU-3 M220北斗-I2-S2015-09-30西昌長征三號乙高度35,614.2×35,961.8公里，傾角55.0°使用中BEIDOU I2-S21北斗-M3-S2016-02-01西昌長征三號丙高度21,530.6×21,538.9公里，傾角5

18、5°使用中BEIDOU M3-S22北斗2016-03-30西昌長征三號甲使用中4.2地面段系統(tǒng)的地面段由主控站、注入站、監(jiān)測站組成。l 主控站用于系統(tǒng)運(yùn)行管理與控制等。主控站從監(jiān)測站接收數(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。l 注入站用于向衛(wèi)星發(fā)送信號，對衛(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)航電文和差分完好性信息向衛(wèi)星發(fā)送。l 監(jiān)測站用于接收衛(wèi)星的信號，并發(fā)送給主控站，可實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的監(jiān)測，以確定衛(wèi)星軌道，并為時間同步提供觀測資料。4.3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)的信號接收機(jī)，也可以是同時兼容其他衛(wèi)星

19、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，根據(jù)數(shù)據(jù)按一定的方式進(jìn)行定位計算，最終得到用戶的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。北斗系統(tǒng)用戶段5原理5.1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為圓心的另兩個圓球，即D點(diǎn)一定在這三個圓球的交匯點(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。北斗系統(tǒng)三球交會原理5.2有源與無源定位當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時間測距來定位時，用戶

20、終端通過導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個申請定位的信號，之后地面控制中心發(fā)出測距信號，根據(jù)信號傳輸?shù)臅r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數(shù)據(jù)庫，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，三球交匯定位的條件已經(jīng)全部滿足，控制中心可以計算出用戶的位置，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)航系統(tǒng)使用無源時間測距技術(shù)時，用戶接收至少4顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的信號，根據(jù)時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算其空間位置。此即為GPS所使用的技

21、術(shù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也使用了此技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全球的衛(wèi)星定位。5.3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)成無源定位，但由于衛(wèi)星時鐘和用戶終端使用的時鐘間一般會有誤差，而電磁波以光速傳播，微小的時間誤差將會使得距離信息出現(xiàn)巨大失真，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)認(rèn)為時鐘差距不是0而是一個未知數(shù)t，如此方程中就有4個未知數(shù)，即客戶端的三位坐標(biāo)（X，Y，Z），以及時鐘差距t，故需要4顆衛(wèi)星來列出4個關(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

22、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，可以將衛(wèi)星每組4顆分為多個組，列出多組方程，后通過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30萬千米/秒的光速傳播，在測量衛(wèi)星距離時，若衛(wèi)星鐘有一納秒（十億分之一秒）時間誤差，會產(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，也會累積較大誤差，因此地面工作站會監(jiān)視衛(wèi)星時鐘，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，最終用戶通過接收機(jī)可以得到經(jīng)過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

23、知的精確坐標(biāo)與通過導(dǎo)航系統(tǒng)給出的坐標(biāo)相比較，可以得出修正數(shù)，對外發(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。 6技術(shù)6.1衛(wèi)星平臺在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，能使用無源時間測距技術(shù)為全球提供無線電衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)（RNSS），也同時也保留了試驗(yàn)系統(tǒng)中的有源時間測距技術(shù)，即提供無線電衛(wèi)星測定服務(wù)（RDSS），但僅在亞太地區(qū)實(shí)現(xiàn)。從衛(wèi)星所起到的功能來區(qū)分，可以分成下列兩類：l 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)星使用東方紅三號通信衛(wèi)星平臺并略有改進(jìn)，其有效載荷都為RNS

24、S載荷。l 靜止軌道衛(wèi)星：這類衛(wèi)星使用改進(jìn)型東方紅三號平臺，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、用作無源定位的RNSS載荷、用于客戶端間短報文服務(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文服務(wù)只能在亞太提供。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時使用靜止軌道與非靜止軌道衛(wèi)星，對于亞太范圍內(nèi)的區(qū)域?qū)Ш絹碚f，無需借助中地球軌道衛(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

25、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，壽命將延長至12年或更多，還會往小型化發(fā)展。6.2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)射間隔過久，則后續(xù)衛(wèi)星發(fā)射時，可能早期的衛(wèi)星已近退役，所以北斗的衛(wèi)星需要在短時間發(fā)射，中國在3年的時間內(nèi)共發(fā)射了14顆北斗衛(wèi)星，這是中國首次使用“一次設(shè)計，組批生產(chǎn)”的方式對衛(wèi)星快速批量生產(chǎn)。到2020年時，在2010年前后發(fā)射的衛(wèi)星已經(jīng)退役

26、，因此在2012到2020年的8年時間里，中國需要為準(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。中國在1981年就成功執(zhí)行過“一箭多星”，不過此技術(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)星送入了同一個軌道面上，其即衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡相同，其差別在于軌位。6.3時間系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)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。北斗試驗(yàn)系統(tǒng)的衛(wèi)星原子鐘是由瑞士進(jìn)口，北斗二號的

27、星載原子鐘逐漸開始使用中國航天科工二院203所提供的國產(chǎn)原子鐘。北斗的衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師楊慧在2012年表示，北斗已經(jīng)開始全部使用國產(chǎn)原子鐘，其性能與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)。6.4信號傳輸北斗衛(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)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，在L波段的B1、B2、B3頻點(diǎn)上發(fā)送服務(wù)信號，包括開放的信號和需要授權(quán)的信號。l B1頻點(diǎn)

28、：1559.052MHz1591.788MHzl B2頻點(diǎn)：1166.220MHz1217.370MHzl B3頻點(diǎn)：1250.618MHz1286.423MHz2007年，在北斗-M1衛(wèi)星發(fā)射后，被檢測到于圖示紅色的波段上發(fā)出信號，與伽利略定位系統(tǒng)使用或計劃使用的波段相重合。國際電信聯(lián)盟分配了E1（1590MHz）、E2（1561MHz）、E6（1269MHz）和E5B（1207MHz）四個波段給北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這與伽利略定位系統(tǒng)使用或計劃使用的波段存在重合。然而，根據(jù)國際電信聯(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)。2007年，中國發(fā)射了北斗-M1，之后在相

29、應(yīng)波段上被檢測到信號：1561.098MHz±2.046MHz，1589.742MHz，1207.14MHz±12MHz，1268.52MHz±12MHz，以上波段與伽利略定位系統(tǒng)計劃使用的波段重合，與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的L波段也有小部分重合。2007年北斗-M1衛(wèi)星發(fā)射后，被檢測到于圖示紅色的波段上發(fā)出信號，與伽利略定位系統(tǒng)使用或計劃使用的波段相重合。北斗-M1是一個實(shí)驗(yàn)性的衛(wèi)星，用于發(fā)射信號的測試和驗(yàn)證，并能以先占的原則確定對相應(yīng)頻率的使用權(quán)。北斗-M1衛(wèi)星在E2、E5B、E6頻段進(jìn)行信號傳輸，傳輸?shù)男盘柗殖?類，分別被稱作“I”和“Q”?！癐”的信號具有較短的

30、編碼，可能會被用于開放服務(wù)（民用）， 而“Q”部分的編碼更長，且有更強(qiáng)的抗干擾性，可能會被用作需要授權(quán)的服務(wù)（軍用）。在北斗-M1發(fā)射后，法國、美國等工程師即展開了對信號的研究，研究者包括在中國引起熱議的高杏欣，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，但其研究內(nèi)容與軍用碼的安全問題無關(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。7應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，分為開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。7.1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：l 定位精度平面10米、高程10米l 測速精度0.2米/秒l 授時精度單向50納秒，開

31、放服務(wù)不提供雙向高精度授時7.2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，區(qū)分軍用和民用：l 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。l 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，提供更高的定位精度，最高為1米。l 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個漢字，民用版44個漢字。l 雙向授時：授時精度 20納秒。7.3應(yīng)用狀況截至2012年底，中國有約4萬艘漁船安裝了北

32、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，高峰時每月發(fā)送70萬條。同時，中國有10萬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格，相對于GPS系統(tǒng)，北斗終端設(shè)備的芯片成本較高，若能夠廣泛生產(chǎn)和使用則可降低價格。2014年12月，央視在探討東風(fēng)-41型彈道導(dǎo)彈的節(jié)目中由評論員表示，北斗衛(wèi)星的軍用信號基本已經(jīng)全球覆蓋(可能是持續(xù)式或機(jī)動式覆蓋)，并且可讓解放軍的多彈頭洲際導(dǎo)彈接收信號，從集束式邁向分導(dǎo)式多彈頭，分裂后的每一個子彈頭都有導(dǎo)向能力可變軌飛向目標(biāo)。2015年2月，央視報導(dǎo)電子公車站牌已經(jīng)接入北斗定位，上海近4,000輛公車已經(jīng)完成配備，站牌使用太陽能供電。8

33、參見北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)格洛納斯系統(tǒng)伽利略定位系統(tǒng)9注釋1. 根據(jù)近期實(shí)際觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的推算。高度數(shù)值分別為遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)，靜止軌道衛(wèi)星因相對地球靜止，其經(jīng)度數(shù)值表示衛(wèi)星在赤道上空的定點(diǎn)位置。各項(xiàng)數(shù)值會有細(xì)微變化。2. 根據(jù)近期實(shí)際觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的推算。3. 衛(wèi)星進(jìn)入正確軌道，但之后地面未能獲得對衛(wèi)星的控制，因此無法使用，衛(wèi)星被遺棄。在近似的地球靜止軌道上持續(xù)繞行，于赤道上空每日向東偏移約0.15°。10參考文獻(xiàn)1. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)英文名稱正式公布.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站.中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.2012-12-27 2015-07-26（中文）.2. 2.0 2.1

34、2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站(中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室).2010-01-15 2015-07-26（中文）.3. 3.0 3.1 3.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)今日正式提供區(qū)域服務(wù).中國新聞網(wǎng).2012-12-27 2015-07-26（中文）.4. 姜連舉,楊寶峰.“北斗”成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大核心供應(yīng)商之一.解放軍報.2012-11-23 2015-07-26（中文）.5. 王敏,程群.中國導(dǎo)航衛(wèi)星品牌“北斗導(dǎo)航衛(wèi)星”研制歷程回顧.新華網(wǎng).2012-12-27 2015-07-26（中文）.6. 6.0 6.1 6.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展歷程.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站.中

35、國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室.2010-08-20.7. 性能不亞于美俄“北斗一號”為中國導(dǎo)航.中國國家航天局網(wǎng)站.2003-05-30.8. 余建斌.“北斗”開始導(dǎo)航中國 定位精度約25米.人民日報.2011-12-28.9. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展計劃. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2010-08-20 2012-12-31.10. 孫自法. 中國將在東盟各國合作建設(shè)北斗系統(tǒng)地面站網(wǎng). 中國新聞網(wǎng). 2013-01-19.11. 北斗衛(wèi)星全球組網(wǎng). AirForceW. 2015-10-10.12. BeiDou 1 Experimental Sat

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38、ew mirror19. 中共中央國務(wù)院中央軍委對北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開通服務(wù)的賀電. 新華網(wǎng). 2012-12-28 2013-01-01.20. 黃子娟. 冉承其：未來10年北斗將建全球性計劃 投入四五百億. 人民網(wǎng). 2012年12月27日.21. “5+5+4”這樣的星座結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 2012-12-26 2013-01-01.22. China sends Beidou navigation satellite to orbit. SPACEFLIGHT NOW. 2013-01-01.23. 23.0 23.1 建造北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還需攻克哪

39、些難題？. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 2012-12-26 2012-12-31.24. 24.0 24.1 我國為什么要選擇北斗導(dǎo)航衛(wèi)星來嘗試組批生產(chǎn)方式？. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 2012-12-26 2012-12-31.25. 孫自法, 申冉. 中國2015年前發(fā)射新一代北斗衛(wèi)星 推進(jìn)全球組網(wǎng). 中國新聞網(wǎng). 2014-05-21 2014-11-04 （中文）.26. 王敏, 劉斐. 北斗閃耀星空 照亮國人之路訪中國航天科技集團(tuán)公司總經(jīng)理馬興瑞. 新華網(wǎng). 2012-12-28 2014-11-04 （中文）.27. 27.

40、0 27.1 余建斌. 我國成功發(fā)射新一代導(dǎo)航衛(wèi)星 北斗邁向全球通. 人民日報. 2015-04-01 2015-04-01 （中文）.28. 28.0 28.1 白禹. 韓建平, 編. 我國成功發(fā)射首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星. 新華網(wǎng). 2015-03-31 2015-04-01 （中文）.29. 張建松. 北斗系統(tǒng)試驗(yàn)衛(wèi)星2015年發(fā)射. 新華每日電訊 (新華通訊社). 2014-11-04 2014-11-04 （中文）.30. 30.0 30.1 30.2 30.3 30.4 30.5 30.6 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng). 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2010-

41、08-20 2012-12-31.31. 31.0 31.1 后續(xù)北斗中圓軌道衛(wèi)星會有改動嗎？. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2012-12-31.32. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 發(fā)射記錄. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.33. 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù) 已完全覆蓋亞太地區(qū). 新浪. 2013-01-01.34. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星狀態(tài). 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 2014-09-27 2014-10-24 （中文）.35. Compass due Next Year. Magazine article. Asian S

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46、-26 2012-12-31 （中文）.53. 53.0 53.1 有源或無源時間測距的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)原理. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2010-08-04 2012-12-31 （中文）.54. 54.0 54.1 54.2 衛(wèi)星定位基本原理. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2010-10-29 2012-12-31 （中文）.55. 幾顆GPS衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位?. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2011-05-16 2012-12-31 （中文）.56. 不可忽視的時鐘誤差. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)管理辦公室. 2011-05-16 2012-12-31.57. 57.0 57.1 57.2 三種北斗星座組網(wǎng)衛(wèi)星有什么區(qū)別？. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 2012-12-26 2012-12-31.58. 58.0 58.1 "Preliminary Results of GPS/Compass Integrated Positioning and Navigation", presented in the COMPASS Workshop held during the I