北斗星定位系统.docx

北斗星定位系统 刘佳奇 长春理工大学 光电工程学院 090211233 长春 吉林 130002 摘要：北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。目前全世界有4套卫星导航系统：中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。2000年以来，中国已成功发射了6颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。本文通过课本以及在图书馆的资料阅读中，了解北斗星定位系统的意义，作用，发展历程，工作原理以及未来的发展前景。使得对系统有一个初步的了解。 对于步入二十一世纪的中国来说，信息的需求已经达到了空前的境界。然而，中国对信息的采集以及信息的处理技术都非常的落后。较发达国家相比，中国的很多信息都已经暴露在他国的监视之下，此时，北斗星定位系统应运而生。2000年以来，中国已成功发射了6颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。可见北斗星定位系统已经成为我国重要的卫星系统之一，它可以随时勘测我国地理，位置信息等。2 首先，说一下北斗星定位系统的发展历程。早在上世纪60年代末，我国就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于诸多原因而夭折。自20世纪70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航系统的体制研究，先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能得以实现。在20世纪80年代到90年代，我国就结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。2000年，中国“北斗”导航系统建成运行，成为继美国、俄罗斯之后 世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域，经济效益和社会效益显著，特别是在2008年中国南方冰冻灾害、汶川特大地震抗震救灾和北京奥运会中发挥出非常重要的作用。一、北斗星系统简介 中国目前发射了6颗北斗卫星，这6颗卫星在定位系统，用户容量，生存能力，覆盖范围上都有很高的应用价值。 1、北斗星的定位原理 北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。 2、用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问-应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS 是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的。 3、生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。 4、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70-140，北纬5-55。GPS是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星。 二、北斗星系统的意义 当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯(GLONASS)系统、欧洲在建的“伽利略”系统、中国的北斗系统。作为国内首家被授权从事北斗系统运营服务业务的企业，北斗星通相关负责人表示，中国的卫星应用近年来发展迅速，但绝大多数应用都是建立在美国军方主导的GPS系统之上。一旦美国关闭应用，后果不堪设想。二、中国必须有自主的 卫星系统，这也是建立北斗系统的意义之一。 1、军用方面：我国目前正在加速建设的北斗系统，可为全球用户提供导航定位服务。在军事方面，该系统可为单兵、车辆、舰船和直升机等提供精度为20100米的定位服务，一次可传送多达120个汉字的信息。如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。 2、商务方面：在商用方面，北半系统也同样被赋予了不可取代的时代性意义。目前国家已明确了在对于涉及国家经济、公共安全的重要行业领域必须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制，因而北斗卫星导航系统在移动通信将发挥重要的作用。随着TD-SCDMA系统商用进程的加速及我国北斗导航系统的完善，我国自行研制的时间同步技术将会在拥有自主知识产权的第三代移动通信网络中得到广泛应用。中国移动通信集团公司设计院相关人士表示，目前TD网络采用的华为、中兴、大唐移动、普天等TD设备商的设备，都在着手采用新型授时方案，绕开美国GPS全球定位系统，其中就利用了我国自主发射的北斗卫星作为时间信号源，使用北斗卫星与GPS卫星双模授时。中国计划2012年左右，使“北斗”系统覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射五颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区