北斗導(dǎo)航技術(shù)

1、北斗導(dǎo)航技術(shù)與測(cè)試介紹北斗導(dǎo)航技術(shù)與測(cè)試介紹硬件測(cè)試組 黃玲概述概述 1.北斗導(dǎo)航技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2.一代北斗 3.二代北斗 4.北斗測(cè)試北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System） 簡(jiǎn)稱(chēng)北斗系統(tǒng)，英文縮寫(xiě)為BDS，曾用名為COMPASS，是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是繼美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯的GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng), 與伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)并稱(chēng)全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 。分為北斗1代和北斗2代。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介 北斗系統(tǒng)致力于向全球用戶(hù)提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航、授

2、時(shí)服務(wù)，并能向有更高要求的授權(quán)用戶(hù)提供進(jìn)一步服務(wù)，軍用與民用目的兼具。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介 應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介 發(fā)展歷程 試驗(yàn)系統(tǒng)（北斗一代）：1983年陳芳允院士提出，1994年開(kāi)始研制，2003年完成組建 伽利略系統(tǒng)合作計(jì)劃 正式系統(tǒng)（北斗二代）：2004年-2020年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介 北斗衛(wèi)星北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段計(jì)劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球衛(wèi)星中地球衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75、80、110.5、140、160，中地球軌道衛(wèi)

3、星運(yùn)行在3個(gè)軌道面上，軌道面之間為相隔120均勻分布。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介 北斗衛(wèi)星IGSO：傾斜衛(wèi)星同步軌道：傾斜衛(wèi)星同步軌道GEO：地球靜止軌道：地球靜止軌道MEO：中地球軌道：中地球軌道北斗一代 試驗(yàn)系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)又稱(chēng)為北斗一號(hào)，是中國(guó)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)70140，北緯555。在衛(wèi)星的壽命到期后（設(shè)計(jì)值8年），系統(tǒng)已停止工作。北斗一代 系統(tǒng)組成系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別為空間段、地面段、用戶(hù)段：空間段：由3顆地

4、球靜止軌道衛(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(shí)予以接替。 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(hù)位置確定、用戶(hù)短報(bào)文信息交換等。標(biāo)校系統(tǒng)可提供距離觀測(cè)量和校正參數(shù)。 用戶(hù)段：用戶(hù)的終端。北斗一代 工作原理北斗一代 工作原理 首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時(shí)發(fā)送詢(xún)問(wèn)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶(hù)廣播。用戶(hù)響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢(xún)問(wèn)信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶(hù)發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用戶(hù)的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)

5、的數(shù)據(jù)處理。 中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶(hù)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(hù)。北斗一代 定位原理（雙星定位法）中心控制系統(tǒng)測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號(hào)，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶(hù)，用戶(hù)發(fā)出定位響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶(hù)，用戶(hù)發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)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，因此由上面兩個(gè)延遲量可以算出用戶(hù)到第一顆衛(wèi)星的距 離，以及用戶(hù)到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶(hù) 處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以?xún)?顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線(xiàn)上。

6、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(hù)高程值，又可知道用戶(hù)處于某一與地球基準(zhǔn)橢球 面平行的橢球面上。即可以推算出用戶(hù)位置。北斗一代 主要參數(shù) 服務(wù)區(qū)：我國(guó)及周邊地區(qū) 定位精度：水平精度100米（1），設(shè)立標(biāo)校站之后為20米（類(lèi)似差分狀態(tài)）。 定位時(shí)間：幾秒鐘 授時(shí)精度：?jiǎn)蜗?00ns，雙向20ns 通信能力：雙向短報(bào)文通信120個(gè)漢字北斗一代 優(yōu)點(diǎn)成本低定位快雙向通信與授時(shí)位置報(bào)告 缺點(diǎn)缺乏隱蔽性用戶(hù)容量受限制定位精度不高，無(wú)測(cè)速功能北斗二代 正式系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”一詞一般用來(lái)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(duì)全球提供無(wú)源定位，與GPS相似。在計(jì)劃中，整個(gè)系

7、統(tǒng)將由35顆衛(wèi)星組成，其中5顆是靜止衛(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。2012年實(shí)現(xiàn)區(qū)域性覆蓋，預(yù)計(jì)在2020年達(dá)到全球覆蓋。北斗二代 頻段 B1頻點(diǎn)：1559.052MHz1591.788MHz B2頻點(diǎn)：1166.220MHz1217.370MHz B3頻點(diǎn)：1250.618MHz1286.423MHz 注：其中B1、B2是民用信號(hào)，B3是軍用信號(hào)。B1的標(biāo)稱(chēng)頻率為1561.098MHz。北斗二代 定位技術(shù)-三球交匯定位（與GPS定位原理一致）北斗二代 定位技術(shù)題外：DGPS 分為局域差分（LADGPS)與廣域差分(WADGPS)兩種WADGPS可覆蓋整個(gè)國(guó)家，包括SB

8、AS衛(wèi)星就是利用靜止軌道衛(wèi)星建立的地區(qū)性廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的SBAS衛(wèi)星包括EGONS(歐洲）、WAAS（美國(guó)）、MSAS（日本）、GAGAN（印度）。LADGPS覆蓋范圍一般在10100km，精度可達(dá)到厘米級(jí)。依靠基準(zhǔn)站校準(zhǔn)發(fā)送改正數(shù)，由用戶(hù)站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。電文采用的協(xié)議為RTCM-104。北斗二代 定位技術(shù)北斗二代融衛(wèi)星導(dǎo)航與廣域差分為一體，向用戶(hù)實(shí)時(shí)播發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航信息、廣域差分改正信息及完好性信息等。導(dǎo)航信息可為用戶(hù)提供基本的導(dǎo)航定位服務(wù)；廣域增強(qiáng)信息根據(jù)用戶(hù)的不同等級(jí)，可為用戶(hù)提供更高精度的定位精度，改善區(qū)域的導(dǎo)航性能，為所覆蓋區(qū)域?qū)Ш接脩?hù)提供全天

9、候、高性能的導(dǎo)航定位服務(wù)。完好性信息可為用戶(hù)提供區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的可用性信息，當(dāng)系統(tǒng)不可用或?qū)Ш骄冉档蜁r(shí)，及時(shí)向用戶(hù)告警。 北斗二代 定位技術(shù)北斗導(dǎo)航定位增強(qiáng)系統(tǒng)主要包括三部分：空間部分、地面部分和用戶(hù)部分。空間部分由攜帶導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)器的地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星組成。地面部分由若干參考站和主控站組成。北斗導(dǎo)航定位增強(qiáng)系統(tǒng)具有三種功能，即地球靜止衛(wèi)星（GEO）測(cè)距功能、完好性監(jiān)測(cè)功能和廣域差分功能。 北斗二代 增強(qiáng)型定位技術(shù)（差分定位）通過(guò)北斗用戶(hù)機(jī)周?chē)⑽恢靡阎谋倍凡罘只鶞?zhǔn)站，用基準(zhǔn)站測(cè)得的偽距與其真實(shí)位置的差值，由基準(zhǔn)站發(fā)射到用戶(hù)，北斗用戶(hù)在測(cè)距過(guò)程中將之差掉，以此提高精度。目前，交通運(yùn)輸部

10、東海航海保障中心在我國(guó)黃海南部和長(zhǎng)江口水域進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次無(wú)線(xiàn)電指向標(biāo)差分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(RBNDBDS)播發(fā)與接收試驗(yàn)，并取得圓滿(mǎn)成功。誤差可由10米降為1米。北斗二代 時(shí)間系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間叫做北斗時(shí)，屬于原子時(shí)，溯源到中國(guó)的協(xié)調(diào)世界時(shí)，與協(xié)調(diào)世界時(shí)的誤差在100納秒內(nèi)，起算時(shí)間是協(xié)調(diào)世界時(shí)2006年1月1日0時(shí)0分0秒。 北斗二代 ICD文件北斗的空間信號(hào)接口控制文件(Interface Control Document/ICD)是約束、規(guī)范和定義北斗導(dǎo)航衛(wèi)星與接收終端之間信號(hào)接口的文件，它說(shuō)明了衛(wèi)星導(dǎo)航射頻信號(hào)、擴(kuò)頻測(cè)距碼、導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)、導(dǎo)航電文參數(shù)及算法四個(gè)方面內(nèi)容，只

11、有掌握了這些特征和參數(shù)，才能正確接收北斗導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)，繼而進(jìn)行定位和導(dǎo)航。 北斗二代 主要參數(shù)（開(kāi)放服務(wù)） 服務(wù)區(qū)：全球 定位精度：定位精度平面10米、高程10米 定位時(shí)間：幾分鐘（與GPS相同） 授時(shí)精度：授時(shí)精度單向50納秒，開(kāi)放服務(wù)不提供雙向高精度授時(shí) 通信能力：不提供北斗二代 主要參數(shù)（授權(quán)服務(wù)） 服務(wù)區(qū)：全球（需要獲得授權(quán)） 定位精度：未知，可達(dá)1m以?xún)?nèi) 定位時(shí)間：兼容北斗1代，可達(dá)幾秒（僅限亞太地區(qū)） 通信能力：軍用版容量為120個(gè)漢字，民用版49個(gè)漢字（僅限亞太地區(qū)） 北斗測(cè)試 目前國(guó)內(nèi)實(shí)力較強(qiáng)的北斗芯片廠(chǎng)商 泰斗微電子（基帶射頻芯片以及模塊） 北斗星通/和芯星通（芯片及模

12、塊） 東方聯(lián)星 廣州潤(rùn)芯（射頻芯片） 華力創(chuàng)通北斗測(cè)試 市場(chǎng)上北斗模塊描述 系統(tǒng)：GPS+BDS（可分離為單GPS及單北斗） 頻率：L1+B1 協(xié)議：NMEA0183 功能：三維測(cè)速、三維定位、精確授時(shí) 通道：大于32 channels北斗測(cè)試 衛(wèi)星編號(hào) 目前還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，市場(chǎng)上的北斗模塊各自定義不一樣。東方聯(lián)星杭州中科微電子北斗測(cè)試 NMEA$GNGGA,050800.000,3113.3181,N,12121.2744,E,1,20,0.8,49.0,M,0.0,M,*47$GNGLL,3113.3181,N,12121.2744,E,050800.000,A,0*34$GPGSA,A

13、,3,14,21,18,15,24,31,25,12,22,1.3,0.8,1.1*33$BDGSA,A,3,02,01,07,03,06,10,14,09,04,05,13,1.3,0.8,1.1*26$GPGSV,3,1,09,12,47,099,46,14,39,308,44,15,16,088,34,18,80,179,44*7E$GPGSV,3,2,09,21,17,202,37,22,61,307,46,24,36,041,45,25,43,151,44*73$GPGSV,3,3,09,31,12,234,41*41$BDGSV,3,1,11,01,49,146,40,02,34,241,36,03,52,200,38,04,35,123,36*6C$BDGSV,3,2,11,05,15,255,33,06,63,180,40,07,71,309,41,09,75,264,40*65$BDGSV,3,3,11,10,51,266,38,13,83,303,42,14,40,141,42*58$GNRMC,050800.000,A,3113.3181,N,12121.2744,E,0.25,0.00,270313,A*71$GNVTG,0.00