中國衛星導航系統

北斗衛星導航系統建設目標是建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的。為更好地服務於國家建設與發展,滿足全球套用需求,我國啟動實施了北斗衛星導航系統建設。

北斗衛星導航系統﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞北斗衛星導航系統示意圖

中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。 北斗衛星導航系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成,空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星,地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站,用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲GALILEO等其他衛星導航系統兼容的終端組成。 中國此前已成功發射四顆北斗導航試驗衛星和三顆北斗導航衛星,將在系統組網和試驗基礎上,逐步擴展為全球衛星導航系統。

目標

北斗衛星導航系統建設目標是建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的

北斗衛星導航系統示意圖

北斗衛星導航系統,促進衛星導航產業鏈形成,形成完善的國家衛星導航套用產業支撐、推廣和保障體系,推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛套用。 目前全世界有4套衛星導航系統:中國北斗、美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略” 衛星導航系統是重要的空間基礎設施,為人類帶來了巨大的社會經濟效益。中國作為開發中國家,擁有廣闊的領土和海域,高度重視衛星導航系統的建設,努力探索和發展擁有自主智慧財產權的衛星導航定位系統。 2000年以來,中國已成功發射了4顆“北斗導航試驗衛星”,建成北斗導航試驗系統(第一代系統)。這個系統具備在中國及其周邊地區範圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能,並已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域逐步發揮重要作用。 中國正在建設的北斗衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成,提供兩種服務方式,即開放服務和授權服務(屬於第二代系統)。開放服務是在服務區免費提供定位、測速和授時服務,定位精度為10米,授時精度為50納秒,測速精度0.2米/秒。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。 中國計畫2012年左右,“北斗”系統將覆蓋亞太地區,2020年左右覆蓋全球。我國正在實施北斗衛星導航系統建設,已成功發射三顆北斗導航衛星。根據系統建設總體規劃,2012年左右,系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力;2020年左右,建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。

歷程

衛星導航系統是重要的空間信息基礎設施。中國高度重視衛星導航系統的建設,一直在

北斗衛星導航系統示意圖

努力探索和發展擁有自主智慧財產權的衛星導航系統。2000年,首先建成北斗導航試驗系統,使我國成為繼美、俄之後的世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。該系統已成功套用於測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域,產生顯著的經濟效益和社會效益。特別是在2008年北京奧運會、汶川抗震救災中發揮了重要作用。為更好地服務於國家建設與發展,滿足全球套用需求,我國啟動實施了北斗衛星導航系統建設。

導航衛星

第1顆

2007年4月14日,中國成功發射了第1顆北斗導航衛星。

北斗衛星導航系統示意圖第2顆

2009年4月15日零時16分,中國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”運載火箭,成功將第2顆北斗導航衛星送入預定軌道。 中國衛星導航工程中心負責人介紹,這次發射的北斗導航衛星(COMPASS-G2),是中國北斗衛星導航系統(COMPASS,中文音譯名稱BeiDou)建設計畫中的第二顆組網衛星,是地球同步靜止軌道衛星。這顆衛星的成功發射,對於北斗衛星導航系統建設具有十分重要的意義。 衛星導航系統是重要的空間基礎設施,可提供高精度的定位、測速和授時服務,能帶來巨大的社會和經濟效益。我國高度重視衛星導航系統的建設,一直努力探索和發展擁有自主智慧財產權的衛星導航系統。中國已建成的北斗導航試驗系統,在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域發揮著重要作用。目前,正在實施建設北斗衛星導航系統。 這次發射的衛星和運載火箭分別由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和中國運載火箭技術研究院研製。這是長征系列運載火箭的第116次飛行。

第3顆

2010年1月17日0時12分,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”運載火箭,成功將第三顆北斗導航衛星送入預定軌道,這標誌著北斗衛星導航系統工程建設又邁出重要一步,衛星組網正按計畫穩步推進。 據中國衛星導航工程中心負責人介紹,我國正在實施北斗衛星導航系統(COMPASS,中文音譯名稱為BeiDou)建設工作,規劃相繼發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星,

北斗衛星導航系統示意圖

建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。此前,已成功發射了兩顆北斗導航衛星,這一顆衛星為靜止軌道衛星。按照建設規劃,2012年左右,北斗衛星導航系統將首先提供覆蓋亞太地區的導航、授時和短報文通信服務能力。2020年左右,建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。

第4顆

2010年6月2日晚23時53分,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”運載火箭,將第四顆北斗導航衛星成功送入太空預定軌道,這標誌著北斗衛星導航系統組網建設又邁出重要一步,中國衛星導航系統專項管理辦公室負責人表示,目前,中國北斗導航衛星已進入密集發射組網階段。 北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統,其建設目標為:建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統,促進衛星導航產業鏈形成,形成完善的國家衛星導航套用產業支撐、推廣和保障體系,推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛套用。

工作原理

北斗衛星導航系統示意圖

北斗衛星導航系統的工作過程是:首先由中心控制系統向衛星I和衛星II同時傳送詢問信號,經衛星轉發器向服務區內的用戶廣播。用戶回響其中一顆衛星的詢問信號,並同時向兩顆衛星傳送回響信號,經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接收並解調用戶發來的信號,然後根據用戶的申請服務內容進
行相應的數據處理。 對定位申請,中心控制系統北測出兩個時間延遲:即從中心控制系統發出詢問信號,經某一顆衛星轉發到達用戶,用戶發出定位回響信號,經同一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲;和從中心控制發出詢問信號,經上述同一衛星到達用戶,用戶發出回響信號,經另一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲。由於中心控制系統和兩顆衛星的位置均是已知的,因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛星的距離,以及用戶到兩顆衛星距離之和,從而知道用戶處於一個以第一顆衛星為球心的一個球面,和以兩顆衛星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統從存儲在計算機內的數位化地形圖查尋到用戶高程值,又可知道用戶處於某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統可最終計算出用戶所在點的三維坐標,這個坐標經加密由出站信號傳送給用戶。
短報文通信:一次可傳送多達120個漢字的訊息。
精密授時:精度達10納秒。
定位精度:水平精度100米(1σ),設立標校站之後為20(類似差分狀態)。工作頻率:2491.75MHz
系統容量:每小時540000戶。

建設原則

北斗衛星導航系統的建設與發展,以套用推廣和產業發展為根本目標,不僅要建成系統,更要用好系統,強調質量、安全、套用、效益,遵循以下建設原則: 1、開放性。北斗衛星導航系統的建設、發展和套用將對全世界開放,為全球用戶提供高質量的免費服務,積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作,促進各衛星導航系統間的兼容與互操作,推動衛星導航技術與產業的發展。 2、自主性。中國將自主建設和運行北斗衛星導航系統,北斗衛星導航系統可獨立為全球用戶提供服務。 3、兼容性。在全球衛星導航系統國際委員會(ICG)和國際電聯(ITU)框架下,使北斗衛星導航系統與世界各衛星導航系統實現兼容與互操作,使所有用戶都能享受到衛星導航發展的成果。 4、漸進性。中國將積極穩妥地推進北斗衛星導航系統的建設與發展,不斷完善服務質量,並實現各階段的無縫銜接。

與GPS系統比較

覆蓋範圍:

北斗導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統。覆蓋範圍東經約70°-140°,北緯5°-55°。GPS是覆蓋全球的全天候導航系統,能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛星(實

北斗衛星導航系統優點示意圖

際上最多能觀測到11顆)。

衛星數量和軌道特性

北斗導航系統是在地球赤道平面上設定2顆地球同步衛星,衛星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設定24顆衛星,軌道赤道傾角55°,軌道面赤道角距60°。GPS導航衛星軌道為準同步軌道,繞地球一周11小時58分。

定位原理

北斗導航系統是主動式雙向測距二維導航。地面中心控制系統解算,供用戶三維定位數據。GPS是被動式偽碼單向測距三維導航。由用戶設備獨立解算自己三維定位數據。“北斗一號”的這種工作原理帶來兩個方面的問題,一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性,這在軍事上相當不利,另一方面由於設備必須包含發射機,因此在體積、重量上、價格和功耗方面處於不利的地位。

定位精度

北斗導航系統三維定位精度約幾十米,授時精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m,C/A碼目前己由25-100m提高到12m,授時精度目前約20ns。

用戶容量

北斗導航系統由於是主動雙向測距的詢問--應答系統,用戶設備與地球同步衛星之間不僅要接收地面中心控制系統的詢問信號,還要求用戶設備向同步衛星發射應答信號,這樣,系統的用戶容量取決於用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的回響頻率。因此,北斗導航系統的用戶設備容量是有限的。GPS 是單向測距系統,用戶設備只要接收導航衛星發出的導航電文即可進行測距定位,因此GPS的用戶設備容量是無限的。

生存能力

和所有導航定位衛星系統一樣,“北斗一號”基於中心控制系統和衛星的工作,但是“北斗一號”對中心控制系統的依賴性明顯要大很多,因為定位解算在那裡而不是由用戶設備完成的。為了彌補這種系統易損性,GPS正在發展星際橫向數據鏈技術,使萬一主控站被毀後GPS衛星可以獨立運行。而“北斗一號” 系統從原理上排除了這種可能性,一旦中心控制系統受損,系統就不能繼續工作了。

實時性

“北斗一號”用戶的定位申請要送回中心控制系統,中心控制系統解算出用戶的三維位置數據之後再發回用戶,其間要經過地球靜止衛星走一個來回,再加上衛星轉發,中心控制系統的處理,時間延遲就更長了,因此對於高速運動體,就加大了定位的誤差。此外,“北斗一號”衛星導航系統也有一些自身的特點,其具備的簡訊通訊功能就是GPS所不具備的。

服務介紹

北斗衛星導航系統致力於向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務,包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度10納秒。授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。 為使北斗衛星導航系統更好地為全球服務,加強北斗衛星導航系統與其它衛星導航系統之間的兼容與互操作,促進衛星定位、導航、授時服務的全面套用,中國願意與其它國家合作,共同發展衛星導航事業。

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