北斗定位系統(tǒng)

1、北斗星定位系統(tǒng)劉佳奇長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院 090211233長(zhǎng)春 吉林130002 摘要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用 產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。目前 全世界有4套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：中國(guó)北斗、美國(guó)GPS俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。中 國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，努力探 索和發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。2000年以來(lái)，中國(guó)已成功發(fā)射了6顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星 ”，建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系

2、統(tǒng)）。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國(guó)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(cè)繪、電 信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作 用。本文通過(guò)課本以及在圖書館的資料閱讀中，了解北斗星定位系統(tǒng)的意義，作用，發(fā)展 歷程，工作原理以及未來(lái)的發(fā)展前景。使得對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)初步的了解。對(duì)于步入二十一世紀(jì)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，信息的需求已經(jīng)達(dá)到了空前的境界。然而， 中國(guó)對(duì)信息的采集以及信息的處理技術(shù)都非常的落后。較發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)的很多信息都已經(jīng)暴露在他國(guó)的監(jiān)視之下， 此時(shí)，北斗星定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。2000 年以來(lái)，中國(guó)已成功發(fā)射了 6顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”，建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)

3、系 統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國(guó)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(cè)繪、電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、 勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用?？梢姳倍沸嵌?位系統(tǒng)已經(jīng)成為我國(guó)重要的衛(wèi)星系統(tǒng)之一，它可以隨時(shí)勘測(cè)我國(guó)地理，位 置信息等。2首先，說(shuō)一下北斗星定位系統(tǒng)的發(fā)展歷程。早在上世紀(jì)60年代末，我國(guó)就開展了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制工作，但由于諸 多原因而夭折。自 20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，國(guó)內(nèi)開展了探討適合國(guó)情的 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的體制研究，先后提出過(guò)單星、雙星、三星和3-5星的區(qū)域性系統(tǒng)方案，以及多星的全球系統(tǒng)的設(shè)想，并考慮到導(dǎo)航定位與通信等綜 合運(yùn)用問(wèn)

4、題，但是由于種種原因，這些方案和設(shè)想都沒(méi)能得以實(shí)現(xiàn)。在20世紀(jì)80年代到90年代，我國(guó)就結(jié)合國(guó)情，科學(xué)、合理地提出并制訂自主 研制實(shí)施“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的“三步走”規(guī)劃：第一步是試驗(yàn)階 段，即用少量衛(wèi)星利用地球同步靜止軌道來(lái)完成試驗(yàn)任務(wù)，為“北斗”衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)人才，研制一些地面應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施設(shè) 備等；第二步是到 2012年，計(jì)劃發(fā)射10多顆衛(wèi)星，建成覆蓋亞太區(qū)域的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（即“北斗二號(hào)”區(qū)域系統(tǒng)）；第三步是到2020年，建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)而成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)。2000年，中國(guó)“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)建成運(yùn)行，成為繼美國(guó)、俄羅斯之

5、后世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于測(cè)繪、 電信、水利、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和國(guó)家安全等諸多領(lǐng) 域，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，特別是在2008年中國(guó)南方冰凍災(zāi)害、汶川特大地震抗震救災(zāi)和北京奧運(yùn)會(huì)中發(fā)揮出非常重要的作用。一、北斗星系統(tǒng)簡(jiǎn)介中國(guó)目前發(fā)射了 6顆北斗衛(wèi)星，這6顆衛(wèi)星在定位系統(tǒng)，用戶容量，生 存能力，覆蓋范圍上都有很高的應(yīng)用價(jià)值。1、北斗星的定位原理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)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(cè)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)。北斗一號(hào)”的這種工作原理帶來(lái)兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是用

6、戶定位的同時(shí)失去了無(wú)線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另 一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量上、價(jià)格和功耗方面 處于不利的地位。2、用戶容量北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動(dòng)雙向測(cè)距的詢問(wèn)-應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問(wèn)信號(hào)，還要求用戶設(shè)備 向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道 阻塞率、詢問(wèn)信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè) 備容量是有限的。GPS是單向測(cè)距系統(tǒng)，用戶設(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(cè)距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無(wú)限的。3、生存能力和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，“北斗一號(hào)”基于中心控

7、制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是“北斗一號(hào)”對(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)?定位解算在那里而不是由用戶設(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬(wàn)一主控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨(dú)立運(yùn)行。而“北斗一號(hào)” 系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng) 受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。4、覆蓋范圍北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國(guó)本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約 700-140 °北緯5°-55 ° 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(cè)到6-9顆衛(wèi)星。二、北斗星系統(tǒng)的意義當(dāng)前全球有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)，分別是美國(guó)的

8、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格羅納斯(GLONASS)系統(tǒng)、歐洲在建的 伽利略”系統(tǒng)、中國(guó)的北斗系 統(tǒng)。作為國(guó)內(nèi)首家被授權(quán)從事北斗系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)業(yè)務(wù)的企業(yè)，北斗星通相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，中國(guó)的衛(wèi)星應(yīng)用近年來(lái)發(fā)展迅速，但絕大多數(shù)應(yīng)用都是建立在美國(guó)軍方 主導(dǎo)的GPS系統(tǒng)之上。一旦美國(guó)關(guān)閉應(yīng)用，后果不堪設(shè)想。中國(guó)必須有自主的衛(wèi)星系統(tǒng)，這也是建立北斗系統(tǒng)的意義之一。1、軍用方面我國(guó)目前正在加速建設(shè)的北斗系統(tǒng)，可為全球用戶提供導(dǎo)航定位服務(wù)。在軍 事方面，該系統(tǒng)可為單兵、車輛、艦船和直升機(jī)等提供精度為20100米的定位 服務(wù)，一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息。如交通運(yùn)輸、調(diào)度指揮、搜索營(yíng)救、 地理信息實(shí)時(shí)

9、查詢等。2、商務(wù)方面在商用方面，北半系統(tǒng)也同樣被賦予了不可取代的時(shí)代性意義。目前國(guó)家已 明確了在對(duì)于涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)、公共安全的重要行業(yè)領(lǐng)域必須逐步過(guò)渡到采用北斗 衛(wèi)星導(dǎo)航兼容其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)體制，因而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在移動(dòng)通信 將發(fā)揮重要的作用。隨著TD-SCDMA系統(tǒng)商用進(jìn)程的加速及我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng) 的完善，我國(guó)自行研制的時(shí)間同步技術(shù)將會(huì)在擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通 信網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司設(shè)計(jì)院相關(guān)人士表示，目前TD網(wǎng)絡(luò)采用的華為、中興、大唐移動(dòng)、普天等 TD設(shè)備商的設(shè)備，都在著手采用新 型授時(shí)方案，繞開美國(guó) GPS全球定位系統(tǒng)，其中就利用了我國(guó)自主發(fā)射的北斗 衛(wèi)星作為時(shí)間信號(hào)源，使用北斗衛(wèi)星與 GPS衛(wèi)星雙模授時(shí)。中國(guó)計(jì)劃2012年左右，使 北斗”系統(tǒng)覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。 我國(guó)正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)， 已成功發(fā)射五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng) 建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授 時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)