北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星(第一代)

2000年10月31日、12月21日、2003年5月25日北斗一號(hào)01/02星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，并成功定點(diǎn)，標(biāo)志著我國成功建立了自主的北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)。這項(xiàng)成就表明，中國成為繼美國和蘇聯(lián)之后世界上第三個(gè)能自行研制發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星的國家。

北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)是一個(gè)全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要為交通運(yùn)輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災(zāi)害預(yù)報(bào)、通信、海上作業(yè)、物流管理等行業(yè)提供高效的導(dǎo)航定位服務(wù)，應(yīng)用前景十分廣闊。

 詳細(xì)介紹：

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，是除美國的GPS、俄羅斯的GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由三顆(兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星)北斗定位衛(wèi)星(北斗一號(hào))、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成?？上蛴脩籼峁┤旌颉⒍男r(shí)的即時(shí)定位服務(wù)，定位精度可達(dá)數(shù)十柰秒(ns)的同步精度，其精度與GPS相當(dāng)。

三顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間分別為：

2000年10月31日;

2000年12月21日;

2003年5月25日，第三顆是備用衛(wèi)星。

系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成有：兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星、地面中心站、用戶終端。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基本工作原理是“雙星定位”：以2顆在軌衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，各以測定的衛(wèi)星至用戶終端的距離為半徑，形成2個(gè)球面，用戶終端將位于這2個(gè)球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個(gè)以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數(shù)學(xué)方法求解圓弧與地球表面的交點(diǎn)即可獲得用戶的位置。

由于在定位時(shí)需要用戶終端向定位衛(wèi)星發(fā)送定位信號(hào)，由信號(hào)到達(dá)定位衛(wèi)星時(shí)間的差值計(jì)算用戶位置，所以被稱為“有源定位”。

北斗星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)比較：

1、覆蓋范圍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°一140°，北緯5°一55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間能同時(shí)觀測到6-9顆衛(wèi)星(實(shí)際上最多能觀測到11顆)。

2、衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角距約60°。GPS是在6個(gè)軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時(shí)58分。

3、定位原理：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動(dòng)式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自己三維定位數(shù)據(jù)。“北斗一號(hào)”的這種工作原理帶來兩個(gè)方面的問題，一是用戶定位的同時(shí)失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量上、價(jià)格和功耗方面處于不利的地位。

4、定位精度：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時(shí)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(shí)精度日前約20ns。

5、用戶容量：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動(dòng)雙向測距的詢問--應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號(hào)，還要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。GPS 是單向測距系統(tǒng)，用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無限的。

6、生存能力：和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，“北斗一號(hào)”基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是“北斗一號(hào)”對(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨(dú)立運(yùn)行。而“北斗一號(hào)” 系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。

7、實(shí)時(shí)性：“北斗一號(hào)”用戶的定位申請(qǐng)要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個(gè)來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時(shí)間延遲就更長了，因此對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點(diǎn)，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。

第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

2006年,中國政府發(fā)表了《中國的航天》白皮書，特別提到了完善 北斗 ;導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)，啟動(dòng)并實(shí)施 北斗 ;衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃。發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航、定位與授時(shí)的自主應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品，建立規(guī)范的、與衛(wèi)星導(dǎo)航定位相關(guān)的位置服務(wù)支撐系統(tǒng)、大眾化應(yīng)用系列終端，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域和市場。通過 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化 ;等重大工程項(xiàng)目的實(shí)施，利用國內(nèi)外導(dǎo)航定位衛(wèi)星，在衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用與服務(wù)方面取得長足進(jìn)步。目前，我國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已開始正式立項(xiàng)建設(shè)，并列入國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目?！≡诮ǖ谋倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面運(yùn)控系統(tǒng)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成。由5顆靜止地球軌道(GEO)衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10m，授時(shí)精度為50ns，測速精度達(dá)到0.2m/s。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

地面運(yùn)控系統(tǒng)由主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站構(gòu)成;用戶端由北斗用戶終端和與GPS、GLONASS、伽利略其他導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成。

用戶應(yīng)用系統(tǒng)包括所有服務(wù)于陸、海、空、天等不同用戶、不同性能的各種譜型用戶設(shè)備，主要任務(wù)是接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)用戶的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測速和報(bào)文通信。

第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是：空間段衛(wèi)星接收地面運(yùn)控系統(tǒng)上行注入的導(dǎo)航電文及參數(shù)，并且連續(xù)向地面用戶發(fā)播衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，用戶接收到至少4顆衛(wèi)星信號(hào)后，進(jìn)行偽距測量和定位解算，最后得到定位結(jié)果。同時(shí)為了保持地面運(yùn)控系統(tǒng)各站之間時(shí)間同步，以及地面站與衛(wèi)星之間時(shí)間同步，通過站間和星地時(shí)間比對(duì)觀測與處理完成地面站間和衛(wèi)星與地面站間時(shí)間同步。分布國土內(nèi)的監(jiān)測站負(fù)責(zé)對(duì)其可視范圍內(nèi)的衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測，采集各類觀測數(shù)據(jù)后將其發(fā)送至主控站，由主控站完成衛(wèi)星軌道精密確定及其它導(dǎo)航參數(shù)的確定、廣域差分信息和完好性信息處理，形成上行注入的導(dǎo)航電文及參數(shù)。

第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)雖然仍為區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但服務(wù)區(qū)比北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)大了很多，具有連續(xù)實(shí)時(shí)三維定位測速能力，授權(quán)服務(wù)在增強(qiáng)服務(wù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供RDSS功能和信號(hào)功率增強(qiáng)服務(wù)。

目前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用范圍和行業(yè)不斷擴(kuò)展，全國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場規(guī)模以每兩年翻一番的速度快速增長。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)測繪、工程勘測、資源調(diào)查、地震監(jiān)測、氣象探測和海洋勘測等領(lǐng)域。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，可促進(jìn)我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展，體現(xiàn)國家綜合實(shí)力，使我國在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，打破美國GPS的壟斷，并帶動(dòng)一大批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用具有廣泛的應(yīng)用潛力。比如公安保衛(wèi)、遇險(xiǎn)搶救、海岸緝私、巡邏搜索、囚車與運(yùn)鈔車監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)收集、各種災(zāi)害的預(yù)報(bào)與監(jiān)測、交通管制、遠(yuǎn)距離輸電以及個(gè)人旅游、娛樂等諸多方面都有著廣大的潛在用戶。套用一句形容GPS的話就是：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景 僅受限于人們的想象力 ;。隨著系統(tǒng)建設(shè)的不斷發(fā)展，很多潛在的應(yīng)用必將被發(fā)掘出來，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，從而產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星的應(yīng)用

主要是為船舶，汽車，飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。例如：

1.船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水

2.飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場降落

3.汽車自主導(dǎo)航

4.地面車輛跟蹤和城市智能交通管理

5.緊急救生

6.個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)

7.個(gè)人通訊終端(與手機(jī)，PDA，電子地圖等集成一體)

1.電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步

2.準(zhǔn)確時(shí)間的授入

3.準(zhǔn)確頻率的授入

1.各種等級(jí)的大地測量，控制測量

2.道路和各種線路放樣

3.水下地形測量

4.地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測

5.GIS應(yīng)用

6.工程機(jī)械(輪胎吊，推土機(jī)等)控制

7.精細(xì)農(nóng)業(yè)

◆GPS在道路工程中的應(yīng)用

GPS在道路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點(diǎn)等。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2厘米左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時(shí)也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對(duì)檢測常規(guī)測量的支點(diǎn)也非常有效。GPS技術(shù)在隧道測量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

◆GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用

三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS導(dǎo)航器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新

GPS應(yīng)用

型技術(shù)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理機(jī)、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示器組成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能。

◆GPS在長途客運(yùn)車輛管理中的應(yīng)用(舉例)

以國內(nèi)首套專業(yè)的GPS長途客運(yùn)車輛管理系統(tǒng)——雅迅長途客運(yùn)GPS智能管理系統(tǒng)為例，它就是結(jié)合了衛(wèi)星定位技術(shù)、GPRS/CDMA通訊業(yè)務(wù)、GIS技術(shù)、圖像采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，在客運(yùn)公司建立一個(gè)總控(C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合)，其它設(shè)為分控，公安部門和運(yùn)管部門等各部門建立?？氐闹行南到y(tǒng)，系統(tǒng)由控制中心系統(tǒng)、無線通信平臺(tái)(GPRS/CDMA)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、車載設(shè)備四部分組成一個(gè)全天候、全范圍的駕駛員管理和車輛跟蹤的綜合平臺(tái);系統(tǒng)可對(duì)注冊(cè)車輛實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤、監(jiān)控、拍照、行車記錄、管理、數(shù)據(jù)分析等功能，監(jiān)控車輛可以在電子地圖上顯示出來，并保存車輛運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù);操作終端可任意選擇服務(wù)器內(nèi)部局域網(wǎng)或國際互聯(lián)網(wǎng)對(duì)中心進(jìn)行訪問并可通過IE瀏覽器提供網(wǎng)上綜合客車管理數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)(B/S結(jié)構(gòu));且系統(tǒng)軟其容量可隨時(shí)根據(jù)中心服務(wù)器和操作終端硬件配置進(jìn)行擴(kuò)展，最大為五十萬輛，入網(wǎng)車輛不僅可以是長途客運(yùn)車輛，也可以旅游車等社會(huì)車輛。同時(shí)系統(tǒng)還可以采用分組管理，不同類型的車輛歸入不同分組，便于管理人員的操作。