衛(wèi)星定位技術(shù)-中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）（工程測量）

第六章全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS

6.1認(rèn)識(shí)衛(wèi)星定位技術(shù)本節(jié)重點(diǎn)GNSS概述2幾種主要的GNSS系統(tǒng)1幾種主要的GNSS系統(tǒng)中國“北斗”系統(tǒng)中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO并稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐洲“伽利略”（GALILEO）等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成由空間段、地面段和用戶段三部分組成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-系統(tǒng)組成空間段：由5顆GEO衛(wèi)星和30顆Non-GEO衛(wèi)星組成。Non-GEO衛(wèi)星GEO衛(wèi)星星座北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-系統(tǒng)組成地面段：由主控站、上行注入站和監(jiān)測站組成。北斗系統(tǒng)地面段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-系統(tǒng)組成用戶段：由北斗用戶終端以及與其它GNSS兼容的終端組成。北斗系統(tǒng)的用戶終端北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-服務(wù)與性能全球服務(wù)開放服務(wù)定位精度:10m測速精度:0.2m/s授時(shí)精度:20ns授權(quán)服務(wù)區(qū)域服務(wù)廣域差分服務(wù)定位精度:1m短報(bào)文通信服務(wù)中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）發(fā)展歷程第一步建設(shè)北斗一號(hào)系統(tǒng)1994年，啟動(dòng)北斗一號(hào)系統(tǒng)工程建設(shè)；2000年，發(fā)射2顆地球靜止軌道衛(wèi)星，建成系統(tǒng)并投入使用，采用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時(shí)、廣域差分和短報(bào)文通信服務(wù)；2003年，發(fā)射第3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能。第二步建設(shè)北斗二號(hào)系統(tǒng)2004年，啟動(dòng)北斗二號(hào)系統(tǒng)工程建設(shè)；2012年年底，完成14顆衛(wèi)星（5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中圓地球軌道衛(wèi)星）發(fā)射組網(wǎng)。北斗二號(hào)系統(tǒng)在兼容北斗一號(hào)系統(tǒng)技術(shù)體制基礎(chǔ)上，增加無源定位體制，為亞太地區(qū)用戶提供定位、測速、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）發(fā)展歷程第三步建設(shè)北斗三號(hào)系統(tǒng)2009年，啟動(dòng)北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2018年年底，完成19顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，完成基本系統(tǒng)建設(shè)，向全球提供服務(wù)；計(jì)劃2020年年底前，完成30顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，全面建成北斗三號(hào)系統(tǒng)。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）截至2018年12月，北斗系統(tǒng)可提供全球服務(wù)，在軌工作衛(wèi)星共33顆，包含15顆北斗二號(hào)衛(wèi)星和18顆北斗三號(hào)衛(wèi)星，具體為5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、7顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和21顆中圓地球軌道衛(wèi)星。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）1北斗系統(tǒng)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯。北斗系統(tǒng)提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，能夠通過多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度。2北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、位置報(bào)告和短報(bào)文通信服務(wù)五大功能。3北斗系統(tǒng)發(fā)展特色中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）未來發(fā)展未來，北斗系統(tǒng)將持續(xù)提升服務(wù)性能，擴(kuò)展服務(wù)功能，增強(qiáng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行能力。2020年年底前，北斗二號(hào)系統(tǒng)還將發(fā)射1顆地球靜止軌道備份衛(wèi)星，北斗三號(hào)系統(tǒng)還將發(fā)射6顆中圓地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和2顆地球靜止軌道衛(wèi)星，進(jìn)一步提升全球基本導(dǎo)航和區(qū)域短報(bào)文通信服務(wù)能力，并實(shí)現(xiàn)全球短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)、國際搜救、精密單點(diǎn)定位等服務(wù)能力。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）基本導(dǎo)航服務(wù)為全球用戶提供服務(wù)，空間信號(hào)精度將優(yōu)于0.5米；全球定位精度將優(yōu)于10米，測速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒；亞太地區(qū)定位精度將優(yōu)于5米，測速精度優(yōu)于0.1米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于10納秒，整體性能大幅提升。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）短報(bào)文通信服務(wù)中國及周邊地區(qū)短報(bào)文通信服務(wù)，服務(wù)容量提高10倍，用戶機(jī)發(fā)射功率降低到原來的1/10，單次通信能力1000漢字（14000比特）；全球短報(bào)文通信服務(wù)，單次通信能力40漢字（560比特）。星基增強(qiáng)服務(wù)按照國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)中國及周邊地區(qū)用戶，支持單頻及雙頻多星座兩種增強(qiáng)服務(wù)模式，滿足國際民航組織相關(guān)性能要求。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）國際搜救服務(wù)按照國際海事組織及國際搜索和救援衛(wèi)星系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)全球用戶。與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同組成全球中軌搜救系統(tǒng)，同時(shí)提供返向鏈路，極大提升搜救效率和能力。精密單點(diǎn)定位服務(wù)服務(wù)中國及周邊地區(qū)用戶，具備動(dòng)態(tài)分米級(jí)、靜態(tài)厘米級(jí)的精密定位服務(wù)能力。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-建設(shè)原則北斗衛(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：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)，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進(jìn)各衛(wèi)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。自主性中國將自主建設(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)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-建設(shè)原則北斗衛(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：兼容性在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會(huì)（ICG）和國際電聯(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。漸進(jìn)性中國將積極穩(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)各階段的無縫銜接。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用北斗系統(tǒng)提供服務(wù)以來，已在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象測報(bào)、通信時(shí)統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，融入國家核心基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用交通運(yùn)輸方面：北斗系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于重點(diǎn)運(yùn)輸過程監(jiān)控、公路基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)控、港口高精度實(shí)時(shí)定位調(diào)度監(jiān)控等領(lǐng)域。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用交通運(yùn)輸方面北斗系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于重點(diǎn)運(yùn)輸過程監(jiān)控、公路基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)控、港口高精度實(shí)時(shí)定位調(diào)度監(jiān)控等領(lǐng)域。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用農(nóng)林漁業(yè)方面基于北斗的農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程管理與精準(zhǔn)作業(yè)。

基于北斗系統(tǒng)的海洋漁業(yè)綜合信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)海洋漁業(yè)應(yīng)用分布中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用水文監(jiān)測方面成功應(yīng)用于多山地域水文測報(bào)信息的實(shí)時(shí)傳輸，提高災(zāi)情預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為制定防洪抗旱調(diào)度方案提供重要支持。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用氣象測報(bào)方面研制一系列氣象測報(bào)型北斗終端設(shè)備，形成系統(tǒng)應(yīng)用解決方案，提高了國內(nèi)高空氣象探空系統(tǒng)的觀測精度、自動(dòng)化水平和應(yīng)急觀測能力。

基于北斗的高原地區(qū)氣象監(jiān)測站基于北斗的珠峰氣象監(jiān)測站中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用北斗/GPS光纖拉遠(yuǎn)授時(shí)示意圖TD-SCDMA抗干擾螺旋天線通信時(shí)統(tǒng)方面突破光纖拉遠(yuǎn)等關(guān)鍵技術(shù)，研制出一體化衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)，開展北斗雙向授時(shí)應(yīng)用。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用電力調(diào)度方面開展基于北斗的電力時(shí)間同步應(yīng)用，為在電力事故分析、電力預(yù)警系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)等高精度時(shí)間應(yīng)用創(chuàng)造了條件。北斗/GPS高精度電力授時(shí)服務(wù)器中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用救災(zāi)減災(zāi)方面基于北斗系統(tǒng)的導(dǎo)航、定位、短報(bào)文通信功能，提供實(shí)時(shí)救災(zāi)指揮調(diào)度、應(yīng)急通信、災(zāi)情信息快速上報(bào)與共享等服務(wù)，顯著提高了災(zāi)害應(yīng)急救援的快速反應(yīng)能力和決策能力。玉樹地震現(xiàn)場利用北斗用戶機(jī)報(bào)告災(zāi)情汶川地震救災(zāi)現(xiàn)場中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）行業(yè)及區(qū)域應(yīng)用公共安全方面全國40余萬部警用終端聯(lián)入警用位置服務(wù)平臺(tái)。北斗系統(tǒng)在亞太經(jīng)濟(jì)合作組織會(huì)議、二十國集團(tuán)峰會(huì)等重大活動(dòng)安保中發(fā)揮了重要作用。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）大眾應(yīng)用北斗系統(tǒng)大眾服務(wù)發(fā)展前景廣闊?；诒倍返膶?dǎo)航服務(wù)已被電子商務(wù)、移動(dòng)智能終端制造、位置服務(wù)等廠商采用，廣泛進(jìn)入中國大眾消費(fèi)、共享經(jīng)濟(jì)和民生領(lǐng)域，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活方式。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）大眾應(yīng)用01國內(nèi)多家電子商務(wù)企業(yè)的物流貨車及配送員，應(yīng)用北斗車載終端和手環(huán)，實(shí)現(xiàn)了車、人、貨信息的實(shí)時(shí)調(diào)度。電子商務(wù)領(lǐng)域02國內(nèi)外主流芯片廠商均推出兼容北斗的通導(dǎo)一體化芯片。2018年前三季度，在中國市場銷售的智能手機(jī)約有470款具有定位功能，其中支持北斗定位的有298款，北斗定位支持率達(dá)到63%以上。智能手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）大眾應(yīng)用03多款支持北斗系統(tǒng)的手表、手環(huán)等智能穿戴設(shè)備，以及學(xué)生卡、老人卡等特殊人群關(guān)愛產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，得到廣泛應(yīng)用。智能穿戴領(lǐng)域

北斗、GPS、GLONASS和Galileo四個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和性能比較比較類目北斗GPSGLONASSGalileo衛(wèi)星數(shù)目5+30242430軌道傾角（度）605564.856普通用戶定位精度（米）101005010特殊用戶定位精度（米）110161通信是否否是所用頻段數(shù)目322>=3信號(hào)CDMACDMAFDMACDMA北斗、GPS、GLONASS和Galileo四個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和性能比較比較類目北斗GPSGLONASSGalileo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°。最終形成全球定位系統(tǒng)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(shí)間能同時(shí)觀測到6-9顆衛(wèi)星(實(shí)際上最多能觀測到11穎)實(shí)現(xiàn)全球定位服務(wù)，可提供高精度的三維空間和速度信息，也提供授時(shí)服務(wù)

“歐洲版GPS”之稱，可提供全球可供民用的定位系統(tǒng)。伽利略系統(tǒng)的基本服務(wù)有導(dǎo)航、定位、授時(shí)；特殊服務(wù)有搜索與救援定位原理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)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(dòng)式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自己三維定位數(shù)據(jù)。定位原理與GPS相似。GLONASS在定位、測速及定時(shí)精度上則優(yōu)于施加選擇可用性（SA）之后的GPS伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由歐盟主導(dǎo)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?！百だ浴庇?jì)劃是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案坐標(biāo)體系中國2000大地坐標(biāo)系（CGS2000）世界大地坐標(biāo)系WGS84前蘇聯(lián)軍事測繪部建立的大地坐標(biāo)框架PZ90GTRF北斗、GPS、GLONASS和Galileo四個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和性能比較比較類目北斗GPSGLONASSGalileo時(shí)間系統(tǒng)北斗時(shí)（BDT）溯源到協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（NTSC），與UTC的時(shí)間偏差小于100納秒。BDT的起算歷元時(shí)間是2006年1月1日零時(shí)零分零秒（UTC）1980年1月6日0時(shí)美國海軍天文臺(tái)華盛頓的協(xié)調(diào)世界時(shí)ＵＴＣ(ＵＳＮＯ)SCT(SystemCommonTime)基于莫斯科的協(xié)調(diào)世界時(shí)ＵＴＣ(ＳＵ),并具有同步跳秒的系統(tǒng)GST(GalileoTime),國際原子時(shí)TAI保持一致用戶范圍軍民兩用，民用為主軍民兩用，軍用為主軍民兩用，軍用為主軍民兩用，民用為主北斗、GPS、GLONASS和Galileo四個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和性能比較比較類目北斗GPSGLONASSGalileo應(yīng)用隨著網(wǎng)絡(luò)的完善用戶在增加較早，非常充分不充分，在中國幾乎沒有剛開始建設(shè)，因合作者眾多，前景看好。2010年1月7日，歐盟委員會(huì)2014年投入運(yùn)營優(yōu)勢它同時(shí)具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持；覆蓋范圍大，系統(tǒng)覆蓋了中國及周邊國家和地區(qū)。特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用

（1）全球全天候定位GPS衛(wèi)星的數(shù)目較多，且分布均勻，保證了地球上任何地方任何時(shí)間至少可以同時(shí)觀測到