北斗导航系统的发展

1、目录： 系统介绍 北斗一代 北斗二代 总结 系统介绍 北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，英文缩写BDS）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO并称为全球四大卫星导航系统。简介 系统介绍 北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制和用户终端三大部分组成。系统组成 系统介绍 u空间部分 空间卫星部分由 5 颗地球静止轨道(GEO)卫星和 30颗非地球静止轨道（Non-GEO）卫星组成。其中Non-GEO卫星由 27 颗中圆地球轨道（MEO）卫星和 3 颗倾斜地球同步轨道（IG

2、SO）卫星组成。系统组成 系统介绍 u地面部分 地面控制部分由主控站、时间同步/注入站和监测站组成。系统组成 系统介绍 u用户部分 用户终端部分是指各北斗用户终端，包括与其他卫星导航系统兼容的终端，以满足不同领域和行业的应用需求。系统组成 系统介绍 北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则：开放性自主性兼容性渐进性 建设原则 系统介绍 开放性 北斗卫星导航系统的建设、应用和发展将对全世界开放，为全球用户提供高质量免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，

3、推动卫星导航系统建设和产业的发展。建设原则 系统介绍 自主性 中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。建设原则 系统介绍 兼容性 在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。建设原则 系统介绍 渐进性 北斗卫星导航系统将依据中国技术和经济发展实际，遵循循序渐进的发展模式，积极稳妥地推进系统建设，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。建设原则 系统介绍u北斗卫星导航系统的时间基准为北斗时（BDT）。BDT 采用国际单位制（SI）秒为基本单

4、位连续累计，不闰秒，起始历元为 2006 年 1 月1 日协调世界时（UTC）00 时 00 分 00 秒。uBDT 通过中国科学院国家授时中心保持的UTC,即UTC（NTSC）与国际 UTC 建立联系，BDT与UTC的偏差保持在100 纳秒以内（模1秒）。BDT与UTC之间的闰秒信息在导航电文中播报。时间系统 系统介绍u北斗卫星导航系统的坐标框架采用中国2000大地坐标系统（CGCS2000）。uCGCS2000与国际地球参考框架ITRF的一致性约为 5个厘米，对于大多数应用来说，可以不考虑 CGCS2000和ITRF的坐标转换。 坐标系统 系统介绍 系统在L、S频段发播导航信号，L频段 B

5、1、B2和 B3 三个频点上发射开放和授权服务信号 B1：1559.052MHz-1591.788MHz B2：1166.22MHz-1217.37MHz B3：1250.618MHz-1286.423MHz导航信息 系统介绍第一步北斗卫星导航试验系统 1994 年，中国启动北斗卫星导航试验系统建设；2000 年相继发射 2 颗北斗导航试验卫星，建成北斗卫星导航试验系统，成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家；2003 年发射第 3 颗北斗导航试验卫星，进一步增强了北斗卫星导航试验系统性能。发展计划 系统介绍第二步北斗卫星导航系统区域服务 2004 年中国启动北斗卫星导航系统工程建设，20

6、12年底完成 5 颗GEO卫星、5 IGSO颗卫星和 4 颗MEO卫星组网。 截至 2012 年 10 月 25 日，北斗卫星导航系统已成功发射 16 颗卫星，并于 2012 年底组网运行，形成区域服务能力，面向我国及周边大部分地区提供无源定位、导航和授时等服务。发展计划 系统介绍发展计划第16颗北斗卫星发射 系统介绍发展计划 系统介绍 北斗卫星导航系统给亚太地区带来了更多的导航卫星资源，通过与其他系统兼容使用，可提供更可靠、稳定的服务。 目前，北斗卫星导航系统运行连续、稳定，服务区域内的系统性能满足指标要求，部分地区性能优于指标要求。 发展计划 系统介绍 中国卫星导航系统管理办公室于2012

7、年12月27日公布了北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件（1.0 版），于 2013 年 12 月 27 日公布了北斗卫星导航系统公开服务性能规范（1.0 版）以及北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件（2.0 版）。 中、英文两种版本文档可在北斗政府网站（http:/）查看下载。发展计划 系统介绍第三步北斗卫星导航系统全球服务 2014年开始，继续开展后续组网卫星发射，提升区域服务性能，并向全球扩展。到 2020 年左右，共将发射约 40 颗北斗导航卫星，完成覆盖全球的系统建设目标。发展计划北斗系统第二阶段北斗系统第三阶段 系统介绍一代系统 2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫

8、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GPS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着重要作用。建设目标 系统介绍二代系统 中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务（属于第二代系统）。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，定位响应时间：1类用户30s；2类用户10s；3类用户1s。连续定位更新时间达到1s。一次性定位成功率95。授时精度为50纳秒，测速精度02米/秒。授权服

9、务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。建设目标目录： 系统介绍 北斗一代 北斗二代 总结 北斗一代1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。 一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想，正式立项是在1994年。两颗定位卫星分别发射于2000年10月31日和12月21日，备份星于2003年5月25日、2007年02月03日发射。一代系统介绍 北斗

10、一代 基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。 工作原理 北斗一代 用户利用一代“北斗”定位的办法是这样的，首先是用户向地面中心站发出请求，地面中心站再发出信号，分别经两颗卫星反射传至用户，地面中心站通过计算两种途径所需时间即可完成定位。一代“北斗”与GPS系统不同，对所有用户位置的计算不是在卫星上进行，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户的位置及时间信息，并负责整个系统的监控管理。 由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”工作原理 北斗一代 双星定位不同于，多星定位，一代“北斗”只用双星定位，比GPS等投资小、建成快，这是我国国情决定的，当然也对一代北斗的技术路线提出了特殊的要求。 “北斗一号”的这种工作原理带来了两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上是不利的，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量、价格和功耗方面处于不利地位。工作原理 北斗一代快速定位实时导航简短通信精密授时系统功能 北斗一代“北斗

12、”具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。“北斗”定位精度20米左右。目前”北斗”终端价格已经趋于GPS终端价格。采用接收终端不需铺设地面基站。灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息。自身特点 北斗一代 同美国的GPS相比,有其独特之处，如其具有短信通讯功能就是GPS所不具备的，但总体来看，北斗一号存在明显不足： 1.定位原理：北斗一号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。 2.用户容量：北斗一号由于是主动双向测距的询问应答系统，其用户设备容量有限；GPS是单向测距系统，用

13、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与GPS对比 北斗一代 3.生存能力：和所有导航定位卫星一样，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的多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成 4.实时性：北斗一号用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，因此对于高速运行体就加大了定位的误差与GPS对比目录： 系统介绍 北斗一代 北斗二代 总结 北斗二代2006年中国航天白皮书宣布在未来5年启动五大航天工程，其中具有军事用途的第二代“北斗”卫星导航系统将4年内完成部署。“

14、北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，足足要比GPS多出11颗。按照规划，“北斗”卫星导航定位系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，30颗非静止轨道卫星又细分为27颗中轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成，27颗MEO卫星平均分布在倾角55度的三个平面上，轨道高度21500公里。二代系统介绍 北斗二代 北斗二号卫星导航系统定位的基本原理是：根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。工作原理 北斗二代 2011年12月27日，国务院新闻办公室举行“北斗卫星导航系统试运行情况”新闻发布会，会上北斗卫星导航系统新闻发

15、言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其宣布，北斗卫星导航系统在保留北斗卫星导航试验系统有源导航定位和短报文通信服务的同时，从2011年12月27日开始，向中国及周边地区提供连续的无源导航、定位和授时服务。系统功能 北斗二代 北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。 开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。系统功能 北斗二代短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用

16、户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。 定位精度：水平精度100米，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。 系统容纳的最大用户数：每小时540000户。 系统功能 北斗二代与GPS对比 北斗二代与GPS对比 与GPS相比北斗二号卫星导航系统缺陷： 第一，如果要保持卫星导航的高精度，卫星上必须配有高稳定性、高精度的原子钟，“在原子钟的技术精度和稳定性上，我们和美国还有差距，需要花大力气进行自主研发。” 第二，作为当今世界唯一的超级大国，美国拥有雄厚的经济实力，并掌握着其他国

17、家难以企及的战略资源。这些都可以保证美国实现在全球范围内布控卫星监控网络。而中国则只能在本国区域内布网，这对于卫星上天后的测控和维护是一大难点。 北斗二代与GPS对比 第三，GPS在问世的近30年时间里积累了大量的空间实验数据，而其中最重要的太阳光压变化对于卫星所产生影响的数据，已经建立起数据模型，精度很高。“而中国的北斗系统还处于起步阶段，还需要在摸索中前进。” 北斗二代北斗二代与北斗一代体制上的差别 第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是：第二代用户机可免发上行信号，不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息，而是直接接收卫星单程测距信号自己定位，系统的用户容量不受限制，并可提高用户位置隐蔽