北斗卫星导航系统介绍

北斗卫星导航系统介绍

（一）概述北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势中国始终秉持和践行中国的北斗，世界的北斗”的发展理念服务一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类

（二）发展历程20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略2000年年底，建成北斗一号系统，向中用差分定位技术（如DGPS、DGNSS）建立地面基准站（差分台）进行卫星观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置实验表明，利用差分定位技术，定位精度可提高到米级

[13]定位精度中国北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后的全球第四大卫星导航系统定位效果分析是导航系统性能评估的重要内容此前，由于受地域限制，对北斗全球大范围的定位效果分析只能通过仿真手段由武汉大学测绘学院和中国南极测绘研究中心杜玉军、王泽民等科研人员进行的这项研究，在2011—2012年中国第28次南极科学考察期间，沿途大范围采集了北斗和GPS连续实测数据，跨度北至中国天津，南至南极内陆昆仑站同时还采集了中国南极中山站的静态观测数据为对比分析不同区域静态定位效果，在武汉也进行了静态观测科研人员利用严谨的分析研究方法，从信噪比、多路径、可见卫星数、精度因子、定位精度等多个方面，对比分析了北斗和GPS在航线上不同区域、尤其是在远洋及南极地区不同运动状态下的定位效果结果表明，北斗系统信号质量总体上与GPS相当在45度以内的中低纬地区北斗动态定位精度与GPS相当，水平和高程方向分别可达10米和20米左右；北斗静态定位水平方向精度为米级，也与GPS相当高程方向10米左右，较GPS略差；在中高纬度地区，由于北斗可见卫星数较少、卫星分布较差，定位精度较差或无法定位现阶段的北斗已经实现区域定位，但还不具备全球定位能力，北斗与GPS在定位效果上的差异，主要是由卫星数量和分布造成的〃武汉大学中国南极测绘研究中心副主任王泽民教授说，“截至文中研究数据采集结束时，北斗系统在轨卫星数为11颗上个月，我国成功发射了新一代北斗导航卫星，北斗系统在轨卫星数达到了17颗随着北斗系统全球组网拉开帷幕，相信今后的实测数据一定会更加精彩四大功能北斗卫星导航系统短报文通信北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息可以达到一次传送达120个汉字的信息在远洋航行中有重要的应用价值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

（1），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540000户/小时军用功能“北斗卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如运动目标的定位导航;为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位；人员搜救、水上排雷的定位需求等北斗卫星导航系统这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备北斗〃卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，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的助益换言之，大陆可利用北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理民用功能个人位置服务当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线北斗卫星导航系统示意图气象应用北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升中国气象防灾减灾的能力除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响道路交通管理卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站这些位置信息可用于道路交通管理铁路智能交通卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型例如，在铁路运输领域通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型北斗卫星导航系统在各领域中的显著应用北斗卫星导航系统（BDS）是突显我国综合国力与科技发展不断进步的关键标志，同样是推动我国经济发展、提高国防建设的重要推动力-民用领域一直以来美国的GPS占有了大量的民用市场份额，并且围绕着GPS系统衍生出相关大量产业，由于其垄断性，这对于我国的经济市场发展和国家软实力的提升均有阻碍，而发展自主研究的北斗系统无疑是我们增强国力的有力武器，为我们的生产生活带来更多便利1海洋渔业随着近海资源的日渐枯竭，渔业逐渐向远洋深海发展，而远洋渔业的风险很大，在渔船上安装北斗系统终端能够为渔船出海提供安全保障如果渔民在海上遭受天气、海况、敌意威胁等险情，可以随时随地发出求救信号，北斗海洋渔业位置信息服务中心可以及时获取渔船位置信息，第一时间组织救援，渔民可以通过北斗系统在任何地方与别人进行通信可以联络家人或者附近的渔船，实现海上联合作业或者海上贸易；如果渔船进入禁渔区或者驶出国家海上边界，北斗系统会向渔船发送短报文以提出示警，避免渔船遭受不必要的损失虽然一开始在渔民中推广北斗系统遭遇了困难，但是目前北斗终端已经在我国多个沿海省市渔船上安装，并且用户数量在不断增加在交通运输领域建立完成了全国重点运输车辆监控平台的建设，我国共50多万辆重点运输车辆安装了北斗系统终端，提供监管、导航、定位、通信、授时、短报文服务，并且陆续出台了相关规定，加强车辆的北斗系统终端的安装工作，对于没有安装北斗卫星导航的车辆不予审核发放道路运输证随着北斗系统的发展与交通运输业的转型，二者的联系也会更加密切，未来几年北斗系统在交通运输行业中的应用会更加广阔涵盖路网运行监测、监管及服务、安全健康监测、安全应急、物流、交通基础设施建设等多个领域，应用体系建设也会更加完善3防灾救灾北斗系统在突遇险情时所起的作用是其他导航所无法比拟的，在2008年的汶川地震中，第一条灾情汇报就是通过北斗系统发出的2010年玉树地震，北斗系统在搜救中也有很好的表现；神七返回着陆时也是利用了北斗系统对航天员及时进行搜寻，完成营救任务除上述领域，北斗系统在农林水利、测绘勘探、航天航空、气象观测、电力系统等多个行业均有应用，并且逐渐向智能手机、智能穿戴等小型化领域发展，更加贴近民生，在出行旅游、社会服务、智慧城市等的应用更加多元化，让更多的普通老百姓认识北斗，接纳北斗，喜爰北斗二，军用领域GPS系统在全球推广应用多年，技术成熟用户广泛，但是GPS系统属于美国，美国拥有其完全的控制权，我国在军用领域使用GPS系统就难免会产生忧虑，也不可避免的会出现受制于人的局面，发展我国的北斗全球系统就能在军事上摆脱对GPS的依赖性，有利于提高我国军事力量和作战能力相对于民码，军码的精度会更高，这在现代化高科技武器系统的比拼中无比的重要运用北斗导航系统能够实现更加精准的打击作战，并且北斗系统具备的双向短报文信息功能对于军事通讯效率的提高也具有十分重要的意义国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务

（三）发展目标建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务；发展北斗产业，服务经济社会发展和民生改善；深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益

（四）建设原则中国坚持自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统——自主坚持自主建设、发展和运行北斗系统，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力—开放免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流—兼容提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与交流，致力于为用户提供更好的服务——渐进分步骤推进北斗系统建设发展，持续提升北斗系统服务性能，不断推动卫星导航产业全面、协调和可持续发展

（五）发展计划目前，我国正在实施北斗三号系统建设根据系统建设总体规划计划2018年，面向“一带一路沿线及周边国家提供基本服务；2020年前后，完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务

（六）基本组成北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成——空间段北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座—地面段北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站用户段北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等

（七）发展特色北斗系统的建设实践，实现了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式北斗系统具有以下特点一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强尤其低纬度地区性能特点更为明显二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能

（八）服务目前，正在运行的北斗二号系统发播B1I和B2I公开服务信号，免费向亚太地区提供公开服务服务区为南北纬55度、东经55度到180度区域，定位精度优于10米，测速精度优于

0.2米/秒，授时精度优于50纳秒卫星导航系统是人类发展的共同财富，是提供全天候精确时空信息的空间基础设施，推动了知识技术密集、成长潜力大、综合效益好的新兴产业集群发展，成为国家安全和经济社会发展的重要支撑，日益改变着人类生产生活方式中国将坚定不移地实施北斗系统建设，不断提升系统性能，履行服务承诺坚持开放合作，加强推广普及，着力促进卫星导航在全球的广泛应用，让卫星导航更好地惠及民生福祉、服务人类发展进步中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystemBDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS.欧盟GALILEO是联合国卫星导航委员会已认定的供应商北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米测速精度

0.2米/秒授时精度10纳秒2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版

1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务2013年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开，正式发布了《北斗系统公开服务性能规范（

1.0版）》和《北斗系统空间信号接口控制文件（

2.0版）》两个系统文件2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可

[1]中文名北斗卫星导航系统夕卜文名:BeiDouNavigationSatelliteSystem简称BDS地区；中国时间:2014发展历史北斗卫星导航系统示意图卫星导航系统是重要的空间信息基础设施中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的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、减灾救灾和公共安全等诸多领域产生显著的经济效益和社会效益特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用为了更好地服务于国家建设与发展满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设

[2]建设原则北斗卫星导航系统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

1、开放性北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，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，推动卫星导航技术与产业的发展

2、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

[2]系统构成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，中国计划2012年左右，北斗〃系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射16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的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统星座构成北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星5颗静止轨道卫星定点位置为东经

58.

75、80\

110.5°、140°、160°中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120均匀分布至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55的轨道面上）定位原理35颗卫星在离地面2万多千米的高空上以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式解出观测点的位置（XYZ）0考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度

[13]卫星定位实施的是到达时间差（时延）的概念利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪

[13]卫星导航原理踪卫星的轨道位置和系统时间位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据注入数据包括星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的钳和锄原子频标保持的这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟〃保持的，每台主钟的稳定性为若干个10八-13秒卫星早期采用两部钠频标和两部锄频标，后来逐步改变为更多地采用锄频标通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作卫星导航原理卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号

[13]由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用的定位精度只有数十米量级为提高定位精度，普遍采。