北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位原理及應用

1、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位原理及其應用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國建立的區(qū)域導航定位系統(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） 、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 時的即時定位服務，授時精度可達數(shù)十納秒(ns)的同步精度，北斗導航系統(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。北斗一號導航定位衛(wèi)星由中國空間技術研究院研究制造。四顆導航定位衛(wèi)星的發(fā)射時間分別為： 2000

2、年 10 月 31 日；2000年 12 月 21 日；2003年 5 月 25 日，2007 年 4 月 14 日，第三、四顆是備用衛(wèi)星。 2008 年北京奧運會期間，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? 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。其工作

3、原理如下：?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)星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內的數(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 準橢球面平行的橢球面上。 從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經加密由出站信號發(fā)送給用戶。 ?北斗一號? 的覆蓋范圍是北緯 5°一 55 °，東經 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

4、米 (1 ) ，設立標校站之后為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。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 ?的技術路線提出了特殊的要求， ?所以我們的定位系統(tǒng)具有自己的特點。 ?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上不斷補充衛(wèi)星數(shù)，增加其功能，提高其整體水平。?這位將繼續(xù)承擔二代?北斗?設計工作的科學家說： ?二代北斗可以稱為中

5、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 ?的關鍵技術提供了準備。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。這顆衛(wèi)星已定位成功，表明這種技術是有效而可靠的。這樣，當我們不斷發(fā)射新的衛(wèi)星構建二代 ?北斗 ?體系時，眾多衛(wèi)星就會找準自己的位置，構成符合標準的網絡。此外，?北斗 ?一號的 3 顆星壽命都是 8 年，專家正不斷研究，預計下一次發(fā)射的衛(wèi)星壽命就能達到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。北斗衛(wèi)星的

6、工作流程如圖 2所示，地面控制中心向衛(wèi)星 i 和衛(wèi)星ii 同時發(fā)送詢問信號，經衛(wèi)星轉發(fā)器向服務區(qū)內的用戶廣播。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，經衛(wèi)星轉發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接 收并解調用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶申請的服務內容進行相應的數(shù)據(jù)處理。 對定位申請， 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， 經某一顆衛(wèi)星轉發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應信號，經同一顆衛(wèi)星轉發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應信號，經另一顆衛(wèi)星轉發(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，可以由上述兩個延遲量計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；另外，中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又知道用戶處于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。因此，中心控制系統(tǒng)利用數(shù)值地圖可計算出用戶所在點的三維坐標，并與相關信息或通信內容發(fā)送到衛(wèi)星，經衛(wèi)星轉發(fā)器傳送給用戶或收件人。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間基礎設施，可提供高精度的定位、測速和授時服務，能帶來巨大的社 *