第4章2卫星通信系统

1、第第4 4章章 卫星卫星通信系统通信系统-2-2系统应用系统应用 (GPS versus BDS)(GPS versus BDS)张张 文胜文胜School School of Information Science and of Information Science and EngineeringEngineeringShandong UniversityShandong UniversityShandong, ChinaShandong, China 通信系统概论通信系统概论VSATVSAT卫星通信系统：卫星通信系统：甚甚小孔径终端小孔径终端 (Very Small Aperture T

2、erminal)(Very Small Aperture Terminal)卫星通信系统是一种卫星通信技术，正广泛用于卫星通信系统是一种卫星通信技术，正广泛用于各种通各种通 信目的中。信目的中。 远端站是由远端站是由天线、射频单元天线、射频单元（室外单元）和（室外单元）和信道信道单元单元（室内单元）组成（室内单元）组成 。 VSAT即甚小天线地球站即甚小天线地球站，由于天线口径可以做得很小，由于天线口径可以做得很小，所以称之甚小天线地球站。所以称之甚小天线地球站。VSAT是一种工作在是一种工作在C频段（频段（4一一6GHz）或或Ku频段（频段（11一一14GHZ）的一种小型高度软件控制的卫星地

3、球站。）的一种小型高度软件控制的卫星地球站。 用途用途可以可以实现实现VSAT终端用户之间的数据、话音、传真、终端用户之间的数据、话音、传真、广播、图像、电视等通信。广播、图像、电视等通信。 VSAT网络的主要优点有：网络的主要优点有：（1）经济效益好。）经济效益好。 VSAT网在通信距离远、范围大的情况下，一网在通信距离远、范围大的情况下，一般比其它通信手段便宜般比其它通信手段便宜2050，并且系统拥有的远端小站越多，并且系统拥有的远端小站越多，其单位成本越低，规模效益越好。其单位成本越低，规模效益越好。（2）组网灵活，）组网灵活，在在VSAT网络中增加、减少或搬迁网络中增加、减少或搬迁VS

4、AT站都十分站都十分容易，网中用户不受地理位置及复杂的通信线路限制。容易，网中用户不受地理位置及复杂的通信线路限制。（3）信道误码率低，）信道误码率低，容易构成端对端的独立专用通信网。容易构成端对端的独立专用通信网。 VSAT网的组成及工作原理网的组成及工作原理VSAT网的组成网的组成主站、卫星、远端小站全球定位系统(GPS：Global Positioning System)。一、全球定位系统的概述系统的工作原理系统的工作原理虽然GPS系统有着如此神奇的应用，工作原理却不神秘，它的计算基础是大家都熟知的三角计算法则。下面通过一个最简单的例子来说明它的计算过程：某人在一个陌生城市迷路了，只好向

5、别人问路，被告知此地距甲地625英里，由此推测该人可能在以甲地为圆心，以625英里为半径的圆周上的任何一点，可是究竟是哪一点却不得而知。只好再次询问，得知此地同时距乙地650英里，综合这两条信息，范围被缩小到两个点。第三次询问得知该处距丙地615英里，这时便能很清楚地知道自己的所在位置。由此看来根据三角计算法则，只要知道某未知地距其他三个已知地的距离，就可以推算该处精确的二维位置，再加上一个空间高度的已知值便能很容易确定它在三维空间的位置。(二)GPS定位 GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号测量出测站点(

6、接收机在某一时刻同时接收三个以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交汇法解算出测站P的位置。二、全球定位系统(GPS)的定义与分类 (一)GPS定义 全球卫星定位系统是利用卫星星座(通信卫星)、地面控制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统。GPS能对静态、动态对象进行动态空间信息的获取，快速、精度均匀、不受天气和时间的限制反馈空间信息。(二)美国政府的GPS政策SPS与PPS SPS 标准定位服务 使用C/A码，民用 2DRMS水平=100 m 2DRMS垂直=150-170 m 2DRMS时间=340 ns PPS 精密定位服务 可使用P码，军用 2DRMS

7、水平=22 m 2DRMS垂直=27.7 m 2DRMS时间=200 nsStandard Positioning SystemPrecision Positioning SystemSA技术（1990.3.252000.5.1） Selective Availability 选择可用性 人为降低普通用户的测量精度。方法: 技术：降低星历精度（加入随机变化） 技术：卫星钟加高频抖动（短周期，快变化）AS技术（1994.1.31至今） Anti-Spoofing 反电子欺骗 P码加密，P+WYGPS现代化1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40亿美元，进行GPS现代化。GPS现代化实

8、质是要加强GPS对美军现代化战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的领导地位。GPS现代化GPS现代化的内涵： 保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力； 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加SA，AS等； 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。(四) GPS接收机的分类 (1)导航型接收机：此类接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用CA码（粗截获码）伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为25m，有SA（选择可用性）影响时为100m。这类接收机价格便宜，应用广泛。根

9、据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型用于车辆导航定位； 航海型用于船舶导航定位； 航空型用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。 星载型用于卫星的导航定位。由于卫星的运动速度达7kms以上，因此对接收机的要求更高。(2)测地型接收机：测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。(3)授时型接收机：这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。三、全球定位系统(GPS)的组成与功能 (一)GPS的组成 GP

10、S系统包括三大部分：空间部分一GPS卫星星座；地面控制部分一地面监控系统；用户设备部分一GPS信号接收机。空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息用户部分：接收并测定卫星信号记录原始数据得到导航定位信息地面控制部分：解算中心控制参数实现时间同步跟踪卫星并进行定轨2022年3月23日211GPS工作卫星及定位星座 GPS工作卫星及定位星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记做(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角度为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差9

11、0度，轨道平面的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可以见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。GPS卫星作用： 接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备 太阳能电池板 原子钟（2台铯钟、2台铷钟） 信号生成与发射装置2022年3月23日24GPS卫星Block IIABlock IIRBlock IIABlock IIRBlock IIRBlock II

12、F2022年3月23日25GPS的地面监控部分主控站：1个（美国科罗拉多州法尔孔空军基地）监测站：5个（夏威夷、主控站及三个注入站）注入站：3个（阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）通讯与辅助系统GPS卫星注入站监测站主控站2022年3月23日26 2地面监控系统 对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准G

13、PS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。主控站设在美国本土科罗拉多。主控站的任务是搜集、处理本站和监测站收到的全部资料，计算出每颗卫星的星历和GPS时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播改正编制成导航电文传送到注入站。三个注入站分别设在大西洋的阿林松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰。任务是将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。每天注入三次，每次注入14天的星历。此外，注入站能自动向主控站发射信号，每分钟报告一次自己的工作

14、状态。五个监测站均用GPS信号接收机对每颗可见卫星每6分钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测，采集气象要素等数据。在主控站的遥控下自动采集定轨数据并进行各项改正，每15分钟平滑一次观测数据，依此推算出每2分钟间隔的观测值，然后将数据发送给主控站。3GPS信号接收机 GPS信号接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用l北斗前身北斗前身l北斗北斗

15、1号号n发展简史发展简史n系统简介系统简介n系统的局限性与不足系统的局限性与不足n与与GPS系统的比较系统的比较l北斗北斗2号发展简史号发展简史l双星定位通信系统简介双星定位通信系统简介l双星系统的基本工作过程和基本定位方程双星系统的基本工作过程和基本定位方程l双星系统的定位解算方法双星系统的定位解算方法l双星系统的误差分析双星系统的误差分析北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统提纲提纲卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗北斗1 1号卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的号卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSSCNS

16、S），是），是继美国的全球定位系统（继美国的全球定位系统（GPSGPS）、俄罗斯的）、俄罗斯的GLONASSGLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由三颗（两颗工作星（该系统由三颗（两颗工作星（8080E E和和140140E E）、一颗）、一颗备用星）北斗一号、地面控制中心为主的地面部份、备用星）北斗一号、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。该系统可向用户提供全北斗用户终端三部分组成。该系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒的同步精度，其精度与数十纳秒的同步精度

17、，其精度与GPSGPS相当。相当。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号系统简介系统简介卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用定位工作主要在中心定位工作主要在中心站完成，属于主动式站完成，属于主动式导航定位系统二维导导航定位系统二维导航和定位，高程结果航和定位，高程结果需要由其他途径获得。需要由其他途径获得。主要的优势在于军用：主要的优势在于军用：通讯、集团用户的调通讯、集团用户的调度和派遣。度和派遣。地面中心站用户S1S2DS1DS2D1D2北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一

18、号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 地面数据处理中心：地面数据处理中心：利用北斗用户的实时运行轨迹和相关地图对动态用户进行导航和交通管制遥测北斗用户接收机的工作状态，报警用户收发机的故障，识别用户身份，控制用户使用响应并回复集团用户对下属用户的定位审查北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用1 1、二维定位的问题、二维定位的问题 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统是双星系统，因卫星导航定位系统是双星系统，因此，其用户接收机只能测得二维此，其用户接收机只能测得二维( (平面平面) )的定位数据。的定位数据。用户若位于海平面上，因高度为零

19、，可以直接求得用户若位于海平面上，因高度为零，可以直接求得三维三维( (平面和高度平面和高度) )的定位数据；但用户若位于陆地的定位数据；但用户若位于陆地或空中，就需要利用地面控制中心的数字地图或用或空中，就需要利用地面控制中心的数字地图或用户自备的测高仪才能求得用户的高度，并进一步确户自备的测高仪才能求得用户的高度，并进一步确定用户的三维坐标。若控制中心的数字地图数据库定用户的三维坐标。若控制中心的数字地图数据库数据不够准确，尤其是要拿到非本国的地理精确数数据不够准确，尤其是要拿到非本国的地理精确数据并不容易，定位出的位置数据就会有问题。据并不容易，定位出的位置数据就会有问题。北斗卫星导航系

20、统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2 2、定位时间的问题、定位时间的问题 用户的定位申请要送回地面控制中心，经由中心用户的定位申请要送回地面控制中心，经由中心控制系统解算出用户的三维位置资料之后再发回用户。控制系统解算出用户的三维位置资料之后再发回用户。无线电信号从地面发出，经卫星返回地面的上下行时无线电信号从地面发出，经卫星返回地面的上下行时间约为间约为0.24-0.280.24-0.28秒，从用户接收器应答测距信号到秒，从用户接收器应答测距信号到接收定位结果，信号经过两次上下行链路的传送，时接收定位结果，信号经

21、过两次上下行链路的传送，时间约需间约需0.560.56秒，加上中心控制系统的计算时间，整个秒，加上中心控制系统的计算时间，整个定位时间约需定位时间约需1 1秒钟，即用户接收机约可在秒钟，即用户接收机约可在1 1秒钟完成秒钟完成定位。这定位。这1 1秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动用户嫌时间长，会加大定位的误差，因此若要进行精用户嫌时间长，会加大定位的误差，因此若要进行精确定位，以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。确定位，以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理

22、及其应用卫星导航原理及其应用3 3、有源应答的问题、有源应答的问题(1)(1) 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统的客户端要请求卫星导航定位系统的客户端要请求定位服务时，必须发出应答信号，即定位服务时，必须发出应答信号，即“有源应答有源应答”，如果使用者是军方单位就会使自身失去隐蔽性，且这如果使用者是军方单位就会使自身失去隐蔽性，且这个定位服务要求的信号也可被敌方定位，而招致攻击。个定位服务要求的信号也可被敌方定位，而招致攻击。 另外，客户端除了要和卫星一样接收来自地面另外，客户端除了要和卫星一样接收来自地面控制中心的询问信号，也要发出应答信号，因此，整控制中心的询问信号，也要发出应答信号，

23、因此，整个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制。条件的限制。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3 3、有源应答的问题、有源应答的问题(2)(2) “北斗北斗”卫星导航定位系统的用户设备容量是有限卫星导航定位系统的用户设备容量是有限的，每秒钟只能容纳的，每秒钟只能容纳150150个用户。虽然每个客户端都个用户。虽然每个客户端都有专用识别码，不过一旦被

24、破解，很容易使整个系统有专用识别码，不过一旦被破解，很容易使整个系统被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和，使系统瘫痪被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和，使系统瘫痪或者是传送假信息，迷惑友军。或者是传送假信息，迷惑友军。 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统中地面控制中心扮卫星导航定位系统中地面控制中心扮演着系统关键角色，如：承转卫星信息、解算用户位演着系统关键角色，如：承转卫星信息、解算用户位置等，因此，一旦地面控制中心被毁，整个系统就不置等，因此，一旦地面控制中心被毁，整个系统就不能运作了，这也是能运作了，这也是“北斗北斗”系统的致命伤。系统的致命伤。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号

25、北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用4 4、用户机的问题、用户机的问题 系统使用的卫星是同步轨道卫星，这意味着落地系统使用的卫星是同步轨道卫星，这意味着落地信号功率很小，因此用户机需要有较大天线信号功率很小，因此用户机需要有较大天线( (直径达直径达2020厘米厘米) )才能接收信号，而且因才能接收信号，而且因 有源应答有源应答 运作方式，运作方式，所以，用户机还要包含发射机，因此在体积所以，用户机还要包含发射机，因此在体积( (普通型普通型用户机长用户机长2020厘米、宽厘米、宽17.517.5厘米、高厘米、高5.25.2厘米厘米) )、重量

26、、重量、耗电量，甚至价格都远比耗电量，甚至价格都远比GPSGPS接收机来得大、重、耗接收机来得大、重、耗电与贵，而且这么大且重的用户机，不要说是装在导电与贵，而且这么大且重的用户机，不要说是装在导弹上，就是单兵使用都是一大负担。弹上，就是单兵使用都是一大负担。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用5 5、抗干扰的问题、抗干扰的问题 系统系统“有源应答有源应答”的运作模式，使得数据更新的运作模式，使得数据更新速度较慢，原本就不利于速度较快的飞机和导弹速度较慢，原本就不利于速度较快的飞机和导弹做精确定位。所以

27、一旦配备做精确定位。所以一旦配备“北斗北斗”的飞机或导弹，的飞机或导弹，被敌方干扰，其误差值要比使用被敌方干扰，其误差值要比使用GPSGPS制导被干扰要制导被干扰要来得大。来得大。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用1 1、覆盖范围：、覆盖范围： 北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约统。覆盖范围东经约7070140140，北纬，北纬5 55555。 GPSGPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点

28、、任何时间能同时观测到地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-96-9颗卫颗卫星星( (实际上最多能观测到实际上最多能观测到1111颗颗) )。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2 2、卫星数量和轨道特性：、卫星数量和轨道特性： 北斗北斗1 1号导航系统是在地球赤道平面上设号导航系统是在地球赤道平面上设置置2 2颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约6060。 GPSGPS是在是在6 6个轨道平面上设置个轨道平面上设置2424颗卫星，颗卫星，轨道赤道倾角轨道赤道倾角5555

29、，轨道面赤道角距，轨道面赤道角距6060。GPSGPS卫星为准同步轨道，绕地球一周卫星为准同步轨道，绕地球一周1111小时小时5858分。分。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3 3、定位原理：、定位原理： 北斗导航系统是主动式双向测距二维导北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。由地面中心控制系统解算，提供用户三航。由地面中心控制系统解算，提供用户三维定位数据。维定位数据。 GPSGPS是被动式伪码单向测距三维导航。由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。用户设备独立解算自己三维

30、定位数据。 北斗系统的这种工作原理带来两个方面北斗系统的这种工作原理带来两个方面的问题：用户定位的同时失去了无线电隐蔽的问题：用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，在军事上相当不利；设备必须包含发射性，在军事上相当不利；设备必须包含发射机，在体积、重量、价格和功耗方面处于不机，在体积、重量、价格和功耗方面处于不利的地位。利的地位。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用4 4、定位精度：、定位精度： 北斗导航系统三维定位精度约几十米，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约授时精度约100ns100ns。 GPS

31、GPS三维定位精度三维定位精度P P码已由码已由16m16m提高到提高到6m6m，C/A C/A 码目前已由码目前已由2525100m 100m 提高到提高到12m12m，授时，授时精度约精度约20ns20ns。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用5 5、用户容量：、用户容量： 北斗导航系统由于是主动双向测距的询问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，还要求用户接收地面中心控制系统的询问信号，还

32、要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样系统的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，用户设备容量是有限的。率和用户的响应频率，用户设备容量是有限的。 GPSGPS是单向测距系统，用户设备只要接收导是单向测距系统，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，因此航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS GPS 的用户设备容量是无限的。的用户设备容量是无限的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航

33、原理及其应用6 6、生存能力：、生存能力： 和所有导航定位卫星系统一样，北斗系统基和所有导航定位卫星系统一样，北斗系统基于中心控制系统和卫星而工作，但是北斗系统对于中心控制系统和卫星而工作，但是北斗系统对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位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。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，为了弥补这种系统易损性，GPSGPS正在发展星正在发展星间横向数据链技术，使万一主控站被毁后间横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPSGPS卫星卫星可以独立运行。而北斗系统从原理上排除了这种可以独立运行。而北斗系统从原

34、理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。续工作了。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用7 7、实时性：、实时性： 北斗用户的定位申请要送回中心控制系统，北斗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，其间要经过地球静止卫星走一个来回，发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延

35、迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，北斗卫星导航系统也有一些自位的误差。此外，北斗卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就是身的特点，其具备的短信通讯功能就是GPS GPS 所不所不具备的。具备的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 “ “北斗北斗”卫星导航定位系统基本上是以满足民卫星导航定位系统基本上是以满足民用服务为主，虽然目前军事用途仍有限，不过其用服务为主，虽然目前军事用途仍有限，不过其仍具有雄厚的军事应用潜力。理由很简单

36、，虽然仍具有雄厚的军事应用潜力。理由很简单，虽然我国卫星导航定位应用近年来发展迅速，但是绝我国卫星导航定位应用近年来发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国大多数的军民应用范畴都是建立在美国GPSGPS之上。之上。一旦发生战争，美国关闭一旦发生战争，美国关闭GPSGPS或加大民用码误差，或加大民用码误差，对我国而言，后果不堪设想，所以我们必须未雨对我国而言，后果不堪设想，所以我们必须未雨绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 其实其实“北斗北斗”卫

37、星导航定位系统的军事功能与卫星导航定位系统的军事功能与GPS GPS 类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载体发射位置的快速定位，管火箭发射车等武器载体发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运行方式不同，不过，因运行方式不同，“北斗北斗”卫星导航定位系卫星导航定位系统有一些统有一些GPSGPS没有的军事功能，其中最重要的就是没有的军事功能，其中最重要的就是部队的指挥管制。部队的指挥

38、管制。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 由于北斗卫星导航定位系统的简短通信功能由于北斗卫星导航定位系统的简短通信功能可进行可进行“群呼群呼”，如集团用户中心发出的各种指令，如集团用户中心发出的各种指令经经“北斗北斗”指挥型用户机上传至指挥型用户机上传至“北斗北斗”卫星接着转卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至北斗卫星向给地面控制中心，再经出站链路传至北斗卫星向目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用户进行指挥调度。另外，当用户提出申请或按预户进行指挥调度。另外，当用户提

39、出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户知道自己的测定间隔时间进行定位时，不仅用户知道自己的测定位置，而且负责调度指挥的上层单位或其他有定位置，而且负责调度指挥的上层单位或其他有关单位也可得知用户所在位置。关单位也可得知用户所在位置。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 这项功能用在军事上，意味着可主动进行各这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说各级部队一旦配备级部队的定位，也就是说各级部队一旦配备“北北斗斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部

40、也可随时通过北斗系统掌握部队外，高层指挥部也可随时通过北斗系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的好处。换言之，我们可利用的好处。换言之，我们可利用“北斗北斗”卫星导航定卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。位系统执行部队指挥与管制及战场管理。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 海湾战争期间，伊军使用的海湾战争期间，伊军使用的GPSGPS干扰设备的干扰设备的效能到底如何效能到底如何? ? 因伊拉克和联军双方都没有公布因伊拉克和联军双方都没有公布相关资料，因

41、此很难判断。不过由一些外电报道相关资料，因此很难判断。不过由一些外电报道也许可推出一些端倪，刚开战时，很多报道都指也许可推出一些端倪，刚开战时，很多报道都指称联军精准武器准到房子被炸，而屋前的汽车却称联军精准武器准到房子被炸，而屋前的汽车却毫发无伤，但随着战事推展，联军误击巴格达市毫发无伤，但随着战事推展，联军误击巴格达市场和住宅区造成平民死伤的事件，便不时发生。场和住宅区造成平民死伤的事件，便不时发生。尤其是像市场这种大目标也会误炸，有外电报道尤其是像市场这种大目标也会误炸，有外电报道指可能是伊拉克发射的防空导弹未爆落回地面造指可能是伊拉克发射的防空导弹未爆落回地面造成的，除此之外实在令人很

42、难不联想到是否这些成的，除此之外实在令人很难不联想到是否这些误炸事件是因联军精确制导武器被伊军干扰所致。误炸事件是因联军精确制导武器被伊军干扰所致。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 不过要注意的是，这种不过要注意的是，这种GPSGPS干扰设备一旦激活干扰设备一旦激活后因本身也发出电波，很容易被敌军定位而暴露行后因本身也发出电波，很容易被敌军定位而暴露行踪，反而成为敌军攻击目标。美伊战争期间，联军踪，反而成为敌军攻击目标。美伊战争期间，联军受干扰后，立即以战机摧毁伊军使用的受干扰后，立即以战机摧毁伊军使用的GPSGPS干

43、扰设干扰设备，由此可知这些干扰设备确实有效。备，由此可知这些干扰设备确实有效。 我国近年来在我国近年来在GPSGPS差分定位技术，即差分定位技术，即DGPS DGPS (Differential(Differential GPS) GPS)的发展上不遗余力，目的就是的发展上不遗余力，目的就是要提高要提高GPSGPS定位精度，使得定位精度，使得GPSGPS定位更加实时精确，定位更加实时精确，应用范围更广泛。应用范围更广泛。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 “GPS “GPS差分定位差分定位”的原理如下：在一个经过测量得知

44、的原理如下：在一个经过测量得知其精确位置数据的固定地点其精确位置数据的固定地点( (站台站台) )，以，以1 1个个C/AC/A码码( (民用码民用码) )用户接收器接收用户接收器接收GPSGPS的信号而获得该站台的信号而获得该站台的的“所测位置数据所测位置数据”，比较其与，比较其与“精确位置数据精确位置数据”的的差异就可得到差异就可得到GPSGPS定位误差修正量。然后以无线电定位误差修正量。然后以无线电发射机将这些发射机将这些“定位误差修正量定位误差修正量”传播出去，供该地传播出去，供该地区使用中的大量区使用中的大量C/AC/A码用户接收机接收，修正其接码用户接收机接收，修正其接收机器的定位

45、数据。通过差分式收机器的定位数据。通过差分式GPSGPS系统，可使系统，可使C/AC/A码接收器的定位精度提高约码接收器的定位精度提高约1010倍之多。倍之多。 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 而而“北斗北斗”的的“0303星星”虽是备份星，目的在虽是备份星，目的在“0101星星”或或“0202星星”发生故障时，可接替其工作，但发生故障时，可接替其工作，但“0101星星”和和“0202星星”都运作正常的情况下，则可利用都运作正常的情况下，则可利用“0303星星”进行差分修正服务、附加导航等工作，以提高定位进行差分修正

46、服务、附加导航等工作，以提高定位精度。不过即使精度。不过即使“0303星星”用来作为差分修正服务，用来作为差分修正服务，“北斗北斗”的客户端只能收到的客户端只能收到3 3颗卫星信号，精度还是颗卫星信号，精度还是比不上比不上GPSGPS用户至少可收到用户至少可收到4 4颗卫星信号。所以除了颗卫星信号。所以除了发展北斗系统与发展北斗系统与GPSGPS的双模用户机外。将来也可能的双模用户机外。将来也可能利用已在我国普设利用已在我国普设GPSGPS差分基地站，发射北斗系统差分基地站，发射北斗系统的定位误差修正量，使北斗系统用户能接收到第的定位误差修正量，使北斗系统用户能接收到第4 4个定位信号，以提高

47、定位精度。个定位信号，以提高定位精度。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 双星导航定位系统是我国迄今为止最双星导航定位系统是我国迄今为止最复杂的卫星系统。它需要两颗卫星才能正复杂的卫星系统。它需要两颗卫星才能正常工作，对卫星的可靠性提出了很高的要常工作，对卫星的可靠性提出了很高的要求。它的地面应用系统也是目前国内最复求。它的地面应用系统也是目前国内最复杂的杂的,而且涉及了很多高新技术。它的建成，而且涉及了很多高新技术。它的建成，不但使我军获得独立自主和快速有效的定不但使我军获得独立自主和快速有效的定位手段位手段, 而且也

48、标志着我国在卫星导航技术而且也标志着我国在卫星导航技术领域取得了重大突破。领域取得了重大突破。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成由通信导航卫星、由通信导航卫星、地面测控网和用户地面测控网和用户设备系统组成。设备系统组成。卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用1）导航通信卫星）导航通信卫星 系统中的卫星是空间导航站，即在空间的位置系统中的卫星是空间导航站，即在空间的位置基准点，也是通信中继站，它是离地约基准点，也是通信中继站，它是离地约3600

49、0km 高的地球静止卫星。由三颗北斗一号卫星组成，两高的地球静止卫星。由三颗北斗一号卫星组成，两颗卫星分别定点在东经颗卫星分别定点在东经80、东经、东经140上空上空 ,另一另一颗在轨备份卫星定点在东经颗在轨备份卫星定点在东经 110.5上空。每颗卫上空。每颗卫星由有效载荷、电源、测控、姿态和轨道控制、推星由有效载荷、电源、测控、姿态和轨道控制、推进、热控、结构等分系统组成。卫星上设置两套转进、热控、结构等分系统组成。卫星上设置两套转发器，一套构成地面中心到用户的通信链，另一套发器，一套构成地面中心到用户的通信链，另一套构成由用户到地面中心的通信链。卫星波束覆盖我构成由用户到地面中心的通信链。

50、卫星波束覆盖我国领土和周边地区，主要满足国内导航通信需要。国领土和周边地区，主要满足国内导航通信需要。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(1) 主控站主控站(计算中心计算中心)、测轨站、气压测高站和校准站。、测轨站、气压测高站和校准站。主控站设在北京，控制整个系统工作，主要任务有：主控站设在北京，控制整个系统工作，主要任务有：接收卫星发射的遥测信号；向卫星发送遥控指令，接收卫星发射的遥测信号；向卫星发送遥控指令，控制卫星的运行、姿态和工作。控制卫星的运行、姿态和工作。

51、控制各测轨站的工作，收集它们的测量数据，对卫控制各测轨站的工作，收集它们的测量数据，对卫星进行测轨、定位，结合卫星的动力学、运动学模星进行测轨、定位，结合卫星的动力学、运动学模型，制作卫星星历。型，制作卫星星历。实现中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心、实现中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心、卫星、用户间往返的传播时间卫星、用户间往返的传播时间(或距离或距离)。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(2) 主控站利用测得的主控站、卫星与用户间电波往返主控站利用测

52、得的主控站、卫星与用户间电波往返的传播时间、气压高度数据、误差校正数据和卫星的传播时间、气压高度数据、误差校正数据和卫星星历数据，结合存储在计算中心的系统覆盖区数字星历数据，结合存储在计算中心的系统覆盖区数字地图，对用户进行精确定位。地图，对用户进行精确定位。系统中各用户通过与计算中心的通信，间接地实现系统中各用户通过与计算中心的通信，间接地实现用户与用户之间的通信。由于主控站集中了系统中用户与用户之间的通信。由于主控站集中了系统中全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆盖区内的用户进行识别、监视和控制。盖区内的用户进行识别、监视和控制。北斗卫星

53、导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(3) 测轨站测轨站设置在位置坐标准确已知的地点，作为设置在位置坐标准确已知的地点，作为对卫星定位的位置基准点，测量卫星和测轨站间电对卫星定位的位置基准点，测量卫星和测轨站间电波传播时间波传播时间(或距离或距离), 以多边定位方法确定卫星的空以多边定位方法确定卫星的空间位置。间位置。 一般需设置三个或三个以上的测轨站一般需设置三个或三个以上的测轨站,各测轨站各测轨站之间应尽可能地拉开距离之间应尽可能地拉开距离,以得到较好的几何精度系以得到较好

54、的几何精度系数。三个测轨站分别设在佳木斯、喀什和湛江。各数。三个测轨站分别设在佳木斯、喀什和湛江。各测轨站将测量数据通过卫星发送至主控站，测轨站将测量数据通过卫星发送至主控站， 由主控由主控站进行卫星位置的解算。站进行卫星位置的解算。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(4) 校准站校准站亦分布在系统覆盖区内，其位置坐标应亦分布在系统覆盖区内，其位置坐标应准确已知。校准站的设备及其工作方式与用户机及准确已知。校准站的设备及其工作方式与用户机及其工作方式完全相同。由主控站

55、对其进行定位，将其工作方式完全相同。由主控站对其进行定位，将主控站解算出的校准站的位置坐标与校准站的实际主控站解算出的校准站的位置坐标与校准站的实际位置坐标相减，求得差值，由此差值形成用户定位位置坐标相减，求得差值，由此差值形成用户定位修正值。一个校准站的修正值一般可用来作为其周修正值。一个校准站的修正值一般可用来作为其周围围100200km区域内用户的定位修正值。区域内用户的定位修正值。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(5) 测高站测高站设置在系统覆盖区内，用气压

56、式高度计设置在系统覆盖区内，用气压式高度计测量测高站所在地区的海拔高度。通常一个测高站测量测高站所在地区的海拔高度。通常一个测高站测得的数据粗略地代表其周围测得的数据粗略地代表其周围100200km地区的地区的海拔高度。海拔高度与该地区大地水准面高度之代海拔高度。海拔高度与该地区大地水准面高度之代数和数和,即为该地区实际地形离基准椭球面的高度。各即为该地区实际地形离基准椭球面的高度。各测高站将测量的数据通过卫星发送至主控站。测高站将测量的数据通过卫星发送至主控站。 一般的测轨站、测高站、校准站均是无人值守一般的测轨站、测高站、校准站均是无人值守自动数据测量、收集中心，在主控站控制下工作。自动数

57、据测量、收集中心，在主控站控制下工作。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3)用户设备用户设备(1) 用户设备是带有全向收发天线的接收、转发器，用户设备是带有全向收发天线的接收、转发器，用于接收卫星发射的用于接收卫星发射的S波段信号，从中提取出由主波段信号，从中提取出由主控站传送给用户的数字信息。用户设备仅是接收、控站传送给用户的数字信息。用户设备仅是接收、转发设备，设备可做得简单转发设备，设备可做得简单, 成本也可降低。成本也可降低。 对于一个容量极大的系统，降低用户设备的价对于一个容量极大的

58、系统，降低用户设备的价格是扩大系统用户，提高系统使用效率的关键，也格是扩大系统用户，提高系统使用效率的关键，也是提高系统竞争能力的关键因素之一。是提高系统竞争能力的关键因素之一。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3)用户设备用户设备(2)北斗系统用户设备具有三大特点：北斗系统用户设备具有三大特点：开机快速定位功能。用户开机几秒钟就可以进行定开机快速定位功能。用户开机几秒钟就可以进行定位，而位，而 GPS等其他卫星导航系统需几分钟。等其他卫星导航系统需几分钟。位置报告功能。用户与用户、用户管理部

59、门，以及位置报告功能。用户与用户、用户管理部门，以及地面中心之间均可实行双向报文通信，传递位置及地面中心之间均可实行双向报文通信，传递位置及其他信息，是目前其他卫星导航系统所不具备的。其他信息，是目前其他卫星导航系统所不具备的。双向授时功能。可以为用户提供双向授时服务，也双向授时功能。可以为用户提供双向授时服务，也是目前其他卫星导航系统所不具备的。是目前其他卫星导航系统所不具备的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3)用户设备用户设备(3)根据用户机和应用环境和功能的不同，通常分为：根据用户机

60、和应用环境和功能的不同，通常分为：普通型普通型：只能进行定位和点对点的通信，适合于一：只能进行定位和点对点的通信，适合于一般车辆、船舶等用户的定位导航应用，可接收和发般车辆、船舶等用户的定位导航应用，可接收和发送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向通信。通信。通信型通信型：适合于野外作业、水文测量、环境检测等：适合于野外作业、水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。向通信。北斗卫星导