北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展

1、目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結(jié) 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，英文縮寫B(tài)DS）是中國正在實(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)。與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。簡介 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面控制和用戶終端三大部分組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u空間部分 空間衛(wèi)星部分由 5 顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星和 30顆非地球靜止軌道（Non-GEO）衛(wèi)星組成。其中Non-GEO衛(wèi)星由 27 顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星和 3 顆傾斜地球同步軌道（IG

2、SO）衛(wèi)星組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u地面部分 地面控制部分由主控站、時(shí)間同步/注入站和監(jiān)測站組成。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 u用戶部分 用戶終端部分是指各北斗用戶終端，包括與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端，以滿足不同領(lǐng)域和行業(yè)的應(yīng)用需求。系統(tǒng)組成 系統(tǒng)介紹 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：開放性自主性兼容性漸進(jìn)性 建設(shè)原則 系統(tǒng)介紹 開放性 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、應(yīng)用和發(fā)展將對全世界開放，為全球用戶提供高質(zhì)量免費(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，

3、推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。建設(shè)原則 系統(tǒng)介紹 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)。建設(shè)原則 系統(tǒng)介紹 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，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。建設(shè)原則 系統(tǒng)介紹 漸進(jìn)性 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將依據(jù)中國技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際，遵循循序漸進(jìn)的發(fā)展模式，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)，不斷完善服務(wù)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)各階段的無縫銜接。建設(shè)原則 系統(tǒng)介紹u北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)為北斗時(shí)（BDT）。BDT 采用國際單位制（SI）秒為基本單

4、位連續(xù)累計(jì)，不閏秒，起始?xì)v元為 2006 年 1 月1 日協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）00 時(shí) 00 分 00 秒。uBDT 通過中國科學(xué)院國家授時(shí)中心保持的UTC,即UTC（NTSC）與國際 UTC 建立聯(lián)系，BDT與UTC的偏差保持在100 納秒以內(nèi)（模1秒）。BDT與UTC之間的閏秒信息在導(dǎo)航電文中播報(bào)。時(shí)間系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹u北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)框架采用中國2000大地坐標(biāo)系統(tǒng)（CGCS2000）。uCGCS2000與國際地球參考框架ITRF的一致性約為 5個(gè)厘米，對于大多數(shù)應(yīng)用來說，可以不考慮 CGCS2000和ITRF的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 坐標(biāo)系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹 系統(tǒng)在L、S頻段發(fā)播導(dǎo)航信號(hào)，L頻段 B

5、1、B2和 B3 三個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)射開放和授權(quán)服務(wù)信號(hào) B1：1559.052MHz-1591.788MHz B2：1166.22MHz-1217.37MHz B3：1250.618MHz-1286.423MHz導(dǎo)航信息 系統(tǒng)介紹第一步北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng) 1994 年，中國啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)；2000 年相繼發(fā)射 2 顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家；2003 年發(fā)射第 3 顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，進(jìn)一步增強(qiáng)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)性能。發(fā)展計(jì)劃 系統(tǒng)介紹第二步北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)區(qū)域服務(wù) 2004 年中國啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)，20

6、12年底完成 5 顆GEO衛(wèi)星、5 IGSO顆衛(wèi)星和 4 顆MEO衛(wèi)星組網(wǎng)。 截至 2012 年 10 月 25 日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成功發(fā)射 16 顆衛(wèi)星，并于 2012 年底組網(wǎng)運(yùn)行，形成區(qū)域服務(wù)能力，面向我國及周邊大部分地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)。發(fā)展計(jì)劃 系統(tǒng)介紹發(fā)展計(jì)劃第16顆北斗衛(wèi)星發(fā)射 系統(tǒng)介紹發(fā)展計(jì)劃 系統(tǒng)介紹 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)給亞太地區(qū)帶來了更多的導(dǎo)航衛(wèi)星資源，通過與其他系統(tǒng)兼容使用，可提供更可靠、穩(wěn)定的服務(wù)。 目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)、穩(wěn)定，服務(wù)區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)性能滿足指標(biāo)要求，部分地區(qū)性能優(yōu)于指標(biāo)要求。 發(fā)展計(jì)劃 系統(tǒng)介紹 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室于2012

7、年12月27日公布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（1.0 版），于 2013 年 12 月 27 日公布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開服務(wù)性能規(guī)范（1.0 版）以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（2.0 版）。 中、英文兩種版本文檔可在北斗政府網(wǎng)站（http:/）查看下載。發(fā)展計(jì)劃 系統(tǒng)介紹第三步北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球服務(wù) 2014年開始，繼續(xù)開展后續(xù)組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射，提升區(qū)域服務(wù)性能，并向全球擴(kuò)展。到 2020 年左右，共將發(fā)射約 40 顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，完成覆蓋全球的系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。發(fā)展計(jì)劃北斗系統(tǒng)第二階段北斗系統(tǒng)第三階段 系統(tǒng)介紹一代系統(tǒng) 2000年以來，中國已成功發(fā)射了4顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)

8、星”，建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時(shí)、報(bào)文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮著重要作用。建設(shè)目標(biāo) 系統(tǒng)介紹二代系統(tǒng) 中國正在建設(shè)的北斗衛(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)（屬于第二代系統(tǒng)）。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，定位響應(yīng)時(shí)間：1類用戶30s；2類用戶10s；3類用戶1s。連續(xù)定位更新時(shí)間達(dá)到1s。一次性定位成功率95。授時(shí)精度為50納秒，測速精度02米/秒。授權(quán)服

9、務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。建設(shè)目標(biāo)目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結(jié) 北斗一代1983年，“兩彈一星”功勛獎(jiǎng)?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，這一系統(tǒng)被稱為“雙星定位系統(tǒng)”。雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)為我國“九五”列項(xiàng)，其工程代號(hào)取名為“北斗一號(hào)”。 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。兩顆定位衛(wèi)星分別發(fā)射于2000年10月31日和12月21日，備份星于2003年5月25日、2007年02月03日發(fā)射。一代系統(tǒng)介紹 北斗

10、一代 基本工作原理是“雙星定位”：以2顆在軌衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，各以測定的衛(wèi)星至用戶終端的距離為半徑，形成2個(gè)球面，用戶終端將位于這2個(gè)球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個(gè)以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數(shù)學(xué)方法求解圓弧與地球表面的交點(diǎn)即可獲得用戶的位置。 工作原理 北斗一代 用戶利用一代“北斗”定位的辦法是這樣的，首先是用戶向地面中心站發(fā)出請求，地面中心站再發(fā)出信號(hào)，分別經(jīng)兩顆衛(wèi)星反射傳至用戶，地面中心站通過計(jì)算兩種途徑所需時(shí)間即可完成定位。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

11、可以保留全部北斗用戶的位置及時(shí)間信息，并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理。 由于在定位時(shí)需要用戶終端向定位衛(wèi)星發(fā)送定位信號(hào)，由信號(hào)到達(dá)定位衛(wèi)星時(shí)間的差值計(jì)算用戶位置，所以被稱為“有源定位”工作原理 北斗一代 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，這是我國國情決定的，當(dāng)然也對一代北斗的技術(shù)路線提出了特殊的要求。 “北斗一號(hào)”的這種工作原理帶來了兩個(gè)方面的問題，一是用戶定位的同時(shí)失去了無線電隱蔽性，這在軍事上是不利的，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量、價(jià)格和功耗方面處于不利地位。工作原理 北斗一代快速定位實(shí)時(shí)導(dǎo)航簡短通信精密授時(shí)系統(tǒng)功能 北斗一代“北斗

12、”具有定位和通信雙重作用,具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的?！氨倍贰倍ㄎ痪?0米左右。目前”北斗”終端價(jià)格已經(jīng)趨于GPS終端價(jià)格。采用接收終端不需鋪設(shè)地面基站。災(zāi)難中心的船只一秒鐘就可以發(fā)出信息。自身特點(diǎn) 北斗一代 同美國的GPS相比,有其獨(dú)特之處，如其具有短信通訊功能就是GPS所不具備的，但總體來看，北斗一號(hào)存在明顯不足： 1.定位原理：北斗一號(hào)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)。 2.用戶容量：北斗一號(hào)由于是主動(dòng)雙向測距的詢問應(yīng)答系統(tǒng)，其用戶設(shè)備容量有限；GPS是單向測距系統(tǒng)，用

13、戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無限的與GPS對比 北斗一代 3.生存能力：和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星一樣，北斗一號(hào)基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是北斗一號(hào)對中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大的多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成 4.實(shí)時(shí)性：北斗一號(hào)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，因此對于高速運(yùn)行體就加大了定位的誤差與GPS對比目錄： 系統(tǒng)介紹 北斗一代 北斗二代 總結(jié) 北斗二代2006年中國航天白皮書宣布在未來5年啟動(dòng)五大航天工程，其中具有軍事用途的第二代“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將4年內(nèi)完成部署。“

14、北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)需要發(fā)射35顆衛(wèi)星，足足要比GPS多出11顆。按照規(guī)劃，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)將有5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，30顆非靜止軌道衛(wèi)星又細(xì)分為27顆中軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜同步(IGSO)衛(wèi)星組成，27顆MEO衛(wèi)星平均分布在傾角55度的三個(gè)平面上，軌道高度21500公里。二代系統(tǒng)介紹 北斗二代 北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位的基本原理是：根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測點(diǎn)的位置。工作原理 北斗二代 2011年12月27日，國務(wù)院新聞辦公室舉行“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)試運(yùn)行情況”新聞發(fā)布會(huì)，會(huì)上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)

15、言人、中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其宣布，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在保留北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)有源導(dǎo)航定位和短報(bào)文通信服務(wù)的同時(shí)，從2011年12月27日開始，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的無源導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)。系統(tǒng)功能 北斗二代 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。 開放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測速和授時(shí)服務(wù)，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10納秒。 授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，提供定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。系統(tǒng)功能 北斗二代短報(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

16、戶可以一次傳送40-60個(gè)漢字的短報(bào)文信息。 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20ns-100ns時(shí)間同步精度。 定位精度：水平精度100米，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)容納的最大用戶數(shù)：每小時(shí)540000戶。 系統(tǒng)功能 北斗二代與GPS對比 北斗二代與GPS對比 與GPS相比北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)缺陷： 第一，如果要保持衛(wèi)星導(dǎo)航的高精度，衛(wèi)星上必須配有高穩(wěn)定性、高精度的原子鐘，“在原子鐘的技術(shù)精度和穩(wěn)定性上，我們和美國還有差距，需要花大力氣進(jìn)行自主研發(fā)?！?第二，作為當(dāng)今世界唯一的超級大國，美國擁有雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，并掌握著其他國

17、家難以企及的戰(zhàn)略資源。這些都可以保證美國實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)布控衛(wèi)星監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。而中國則只能在本國區(qū)域內(nèi)布網(wǎng)，這對于衛(wèi)星上天后的測控和維護(hù)是一大難點(diǎn)。 北斗二代與GPS對比 第三，GPS在問世的近30年時(shí)間里積累了大量的空間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而其中最重要的太陽光壓變化對于衛(wèi)星所產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)，已經(jīng)建立起數(shù)據(jù)模型，精度很高。“而中國的北斗系統(tǒng)還處于起步階段，還需要在摸索中前進(jìn)?！?北斗二代北斗二代與北斗一代體制上的差別 第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)與第一代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在體制上的差別主要是：第二代用戶機(jī)可免發(fā)上行信號(hào)，不再依靠中心站電子高程圖處理或由用戶提供高程信息，而是直接接收衛(wèi)星單程測距信號(hào)自己定位，系統(tǒng)的用戶容量不受限制，并可提高用戶位置隱蔽