基于北斗导航系统的空气质量检测无人机系统
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2019, 9(4), 703-709
Published Online April 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html,/journal/csa
https://https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html,/10.12677/csa.2019.94080
Air Quality Detection Drone System Based
on Beidou Navigation System
Yingting Li1, Ye Huang2, Shanxiong Chen1
1Southwest University, Chongqing
2High School Affiliated to Southwest University, Chongqing
Received: Mar. 25th, 2019; accepted: Apr. 4th, 2019; published: Apr. 11th, 2019
Abstract
Aiming at the problems of poor real-time performance, low precision and space limitation of tra-ditional air quality monitoring methods, this paper designs a real-time monitoring system for air quality based on the Beidou navigation system independently developed by China. It mainly in-cludes Beidou navigation system, drone system, ground control center and mobile phone terminal.
The UAV system includes a BDS module, an information acquisition module, a control unit module, and a communication transmission module. The core control unit module uses the single-chip computer to process the PM2.5, PM10, temperature and humidity, and other data collected by the gas sensor and the geographical location information data collected by the BDS module, and communicates with the ground control center through the GSM network in real time, and the PC of the ground control center imports the real-time map, to visualize the data transmitted by the drone. The analysis shows that the system has outstanding advantages and can realize the func-tion of real-time monitoring of air quality, which makes up for the shortcomings of current air quality monitoring methods, can provide a reliable basis for air environment treatment, and has broad application prospects.
Keywords
Beidou Navigation, Monitoring Air, Unmanned Aerial Vehicle
基于北斗导航系统的空气质量检测无人机系统
李盈婷1，黄也2，陈善雄1
1西南大学，重庆
2西南大学附属中学，重庆
李盈婷 等
收稿日期：2019年3月25日；录用日期：2019年4月4日；发布日期：2019年4月11日
摘
要
针对传统空气质量监测方法存在实时性差、精度低、空间局限等问题，本文基于我国自主研发的北斗导航系统，设计了一种空气质量实时监测系统。主要包括北斗导航系统，无人机系统，地面控制中心和手机移动终端。该无人机系统包含BDS 模块、信息采集模块、控制单元模块和通信传输模块等。核心的控制单元模块采用单片机处理气体传感器采集的PM2.5，PM10，温湿度等数据和BDS 模块采集的地理位置信息数据，通过GSM 网络与地面控制中心进行实时通信，地面控制中心的PC 导入实时地图，将无人机传输的数据可视化。分析表明，该系统优点突出，可以实现实时监测空气质量的功能，弥补了当前空气质量监测方法的不足之处，能为空气环境治理提供可靠依据，具有广泛的应用前景。
关键词
北斗导航，监测空气，无人机
Copyright ? 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
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1. 引言
自18世纪以来，世界各国在工业化的进程中取得了飞速进展，但同时也出现了很多问题，尤其近十年来，空气污染愈发严重。温室效应、臭氧空洞、空气质量和PM2.5等名词频繁出现在人们的视野之中。中国作为当今最大的发展中国家，经济建设与环境保护的矛盾显得尤为突出。美国耶鲁大学发布《2016环境绩效指数报告》[1]，对全球环境问题视为高级优先领域的180个国家进行了环境绩效指数(EPI)排名，中国的空气质量排名倒数第二位，这对我国城市空气质量监测力度及监管力度提出了新的要求。
传统的空气质量地面监测法是在一座城市的多个经纬点布置检测站台，由于地理位置、自然条件的种种限制，导致这种方法对于城市空气质量的监测不具有代表性，不能形成全面对区域性空气污染的监测、评价的能力，而且灵活度不够高，缺乏流动观察和立体观察的能力，同时需要较长时间的安装部署，无法对污染排放源实现快速的监测。
文献[2]研究了基于大数据和物联网的空气质量预监测，利用智能决策算法分析空气质量历史数据和实时采集数据，但大数据预测过程中带有较强的偶然性，偶尔会出现预测偏差情况；文献[3]设计了小型四旋翼无人机空气质量监测仪，对传统定点检测空间覆盖度不足的问题提出了改进，但此监测仪中采用SD 卡存储采集数据，未能实现数据的在线传输功能；文献[4]设计及实现了基于北斗的空气质量实时监测系统，将北斗定位系统应用到了环境监测领域，但仍需人工确定空气质量采集点的数量及位置。上述研究都实现了对大气中一种或多种污染物的检测工作，具有一定创新性且便于实现，但还存在偶然性偏差、拓展性不强、应用范围小等局限性。
本文设计基于北斗导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)的空气质量监测无人机系统，利用BDS 覆盖范围广、全天时、高精度及近乎连续实时特点实现对无人机的定位控制；并将传感器、单片机等模块装载于无人机上，从而使该系统能够多角度、全方位地对空气质量进行实时监测；利用GPRS 网络及Open Access
李盈婷等
BDS定位模块，将无人机经纬度、海拔高度及实时监测的空气质量等信息反馈到地面控制中心，地面控制中心存储并处理数据，构建城市空气质量可视化地图，以显示实施污染物的情况和面积位置，并生成相关分析文档，供普通客户端及决策者浏览访问，实现便捷地对空气质量的监测及对无人机的控制功能。
2. 系统介绍
如图1所示，本系统由北斗系统、无人机系统、地面指挥中心和手机移动终端组成，无人机部分包含北斗导航模块、信息采集模块、控制单元模块、数据存储模块、通信传输模块和飞机运行模块。当无人机飞行到空间的某一点时，北斗导航系统对无人机进行实时定位，BDS模块首先确定该点的地理位置，包括经纬度、海拔高度和北京时间；同时信息采集模块中的传感器对该空间区域的空气质量进行检测；接着控制单元模块对地理位置数据和空气质量信息数据进行分析处理，然后数据存储模块对相关数据将进行存储打包；最后通信传输模块将数据包传输到地面指挥中心的PC机上并接入地图，基于“互联网+”的思想，便携式PDA能够方便工作人员进行实时管控[5]。飞机运行模块则包含飞机日常运行的必须软硬件设备，主要包括能源电池、超声波发射器、陀螺仪和加速度计等部分，能够实现供能、飞机避障、姿态矫正和自适应飞行等功能。
Figure 1. System design composition
图1. 系统设计构图
硬件部分主要为采集设定经纬度点位的空气质量而设计，其中BDS模块与信息采集模块通过电路板与控制单元模块电连，同时控制单元模块与无人机端通信传输模块电连，而无人机端通信传输模块与地面控制中心端通信传输模块通过无线连接。数据采集人员可直接使用地面控制中心的监控计算机，利用计算机终端数据采集程序进行数据采集并将数据实时长传至服务器。便携式PDA则通过客户端APP及网页查询空气质量数据。软件系统则由服务器及面对不同对象的智能软件终端组成，基于MySQL数据库、Protel 99SE、Keil、Delphi及Android等客户端开发环境设计开发，并通过Pixhawk软件规划无人机路径，实现航路点飞行。最后在地面控制中心监控计算机终端，将空气污染情况导入实时地图，实现可视化，并根据用户需求生成相应分析报告。
3. 系统设计
3.1. 北斗导航系统
在寻求独立的过程中，十多年来中国一直致力于建设一个拥有国家自主产权的卫星导航系统，并命
李盈婷等
名为“北斗”。北斗导航系统已于2012年完成14颗卫星的组网，并为亚太地区提供区域导航服务[6]。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，建成后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。总的来说，该系统具有高精度、低成本的优点。不仅能为无人机提供精准的定位和灵敏的导航服务；而且能够加强无人机的应变能力和自适应性；还可以增加地面控制中心与无人机的信息交流频率和速度。
3.2. 无人机系统
3.2.1. 北斗导航模块
目前市面上成品的独立BDS模块特别罕见，因此系统采用ATGM332D 5N-31北斗+ GPS双卫星模块来提供时间位置和精准导航，能实时得到无人机所在的经纬度以及海拔高度。其集成度高、功耗低，且尺寸较小，非常适合搭载在无人机端。在其与北斗导航系统及GPS系统信号传输的同时将地理位置传输到控制单元模块，并通过数据存储模块进行短期的地理位置数据存储，最终将地理位置通过数据传输到地面控制中心通信传输模块接受端。
3.2.2. 信息采集模块
近来在气体传感器、太阳能电池和航空电子设备方面的技术改进已经使得配备有用于高空间和时间分辨率的气体感测系统的和UAV的开发成为可能[7]。系统中使用SDS011模块监测PM2.5、PM10数据(单位：ug/m3)，其测量数据准确率很高，且具有较高的灵敏度，在无人机位置变换时，其测量数据的响应时间小于10秒，因此可在无人机悬停及场景变换过程中实时测得数据。空气质量信息还包括温湿度，系统使用DS18B20模块采集温度(单位：℃)，DS18B20具有体型轻小，硬件开销低、抗干扰能力强及精度高的特点，因此将其封装在无人机上不会增加额外的重量超过无人机的载重，而且测得的温度数据稳定且精度较高；使用DHT11采集湿度(单位：%RH，Relative Humidity)，DHT11传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、体积小且长期稳定及输出已校准数字信号等特点，因此将其封装在无人机上测量湿度数据。
3.2.3. 控制单元模块及数据存储模块
通信传输模块和控制单元之间通过信号调节电子电路来实现，信号调节电路是放大器和模数转换器的组合，气体传感器提供给放大器电路的输出，改输出被提供给模数转换器，然后达到控制单元[8]。控制单元模块也称为单片机，其具有丰富的内置资源用于数字输入，输出端口。控制单元是空气质量监测系统的主要模块，在芯片内部运行的程序协调物质测量的过程。该系统中使用STC89C52芯片，它的优点使组件较小，且成本较低。由于控制单元模块中的单片机有部分数据存储功能，且能够存储目前我们所需的数据，因此实施过程中，控制单元模块也起到了存储单元模块的作用。控制单元中的单片机通过临时存储或少量存储无人机运行轨迹参数、某一区域连续一个月空气质量信息等数据，并迅速通过通信传输模块将其转移至地面数据库服务器端。
控制单元主要通过单片机内程序实现信息的收集及将信息传输给通信传输模块，并发送指令以此来控制通信传输模块。一切信息的传输及发送都需要以电路板作为载体，系统使用protel 99SE绘制封装各个模块电路板的原理图及PCB图。PM2.5、PM10及BDS模块数据都通过单片机串口发送到单片机，为能区分数据使用与或门与单片机其他引脚口共同控制。硬件电路板电路图如图2所示，主要包括STC89C52单片机、电源电路、晶振电路、温湿度传感器电路、监测PM2.5及PM10电路、BDS模块电路、GSM模块电路等。
3.2.
4. 通信传输模块
一般的无线电接收机是面向2G的移动数据业务和3G蜂窝通信系统全球移动通信系统(GSM)，通信
李盈婷 等
Figure 2. Hardware circuit diagram
图2. 硬件电路图
传输模块主要包含无线GSM 调制解调器，可以将数据传输到地面控制中心的计算机上[9]。无人机上的GSM 模块作为通信设备发送时间日期以及空气污染物的空间位置和污染情况，具体包括污染区域的水平纬度和经度坐标和高度信息、PM2.5、PM10、温湿度数据。系统中通信传输模块采用FY-SIM900A GSM (GPRS)模块，其具有发送短消息随时在线，不需拨号、价格便宜、覆盖范围广及距离限制小等特点，适合于频繁传送小流量信息数据。
3.2.5. 飞机运行模块
飞机运行模块包含飞机日常运行必备的软硬件设备。首先是能源，如果采用汽油柴油为能源则飞机在运行的过程中会产生大量的干扰气体，影响空气质量监测效果。考虑到能源部分自身有一定的重量，所以必须以高能量密度电池为能源，减少机体总重，增加航行时间。然后是超声波发射器，超声波的应用可以使无人机自动躲避障碍物，而且能使无人机反应更加灵敏，大大减少了坠机事故的发生。而陀螺仪和加速度计则能够保障飞机在恶劣环境下得以生存，在北斗导航系统信号弱或失灵的条件下渡过难关。由于ZD850无人机具有可负载量较大(可载重500 g)，可在指定经纬度悬停30秒以上，及可规划路径和航时在轻载重下可达10分钟等优点，因此系统使用ZD850无人机模块。无人机飞行过程中，使用Pixhawk 进行路径规划飞行，可以实现自动起飞、降落以及按照航路点飞行。
3.3. 地面控制中心
地面控制中心和便携式PDA 移动终端都属于执行层次，PC 将接收和检测到的数据使用图形用户界面(GUI)显示在显示器上。基于数据的服务器附接到污染服务器以存储污染物情况数据。将污染服务器连接到地图，以显示实时污染物的情况和面积位置，便捷地实现对空气质量的监测及对无人机的控制功能。系统使用Delphi 开发监控计算机客户端，主要用于地面控制中心端通信传输模块收集数据的集成，且开发基于.NET 平台的数据采集软件，实现对BDS
定位模块、空气质量监测传感器及温湿度传感器数据的
李盈婷等
管理，设置其采集数据类型，实现对数据采集的同时，将数据实时上传至服务器。
无人机可实现空气质量定点、定区域监测，为构建功能丰富、交互性强的地图应用，空气质量分布图调用百度地图JavaScript API，通过设置监测区域、颜色、透明度等参数直观展示大气污染的空间分布情况。
并且利用Java语言结合SQL语句读取数据库中的空气质量数值及其坐标，可实现在二维实时地图中定点及定区域空气质量数据的实时显示。为了数据分析的便利，采用热力度来衡量热力地图所反映的密度情况，对不同色彩区域赋予不同的热力度数值，颜色越深热力度越高代表空气污染越严重，反之则代表空气污染较轻。
3.4. 手机移动终端
基于“互联网+”的思想，为了能让环保工作人员便捷地对无人机进行实时管理和空气质量数据读取，开发PDA端APP，在可实现网页浏览空气质量监测分析报告的同时，可直接使用APP实现对无人机的操控，使无人机的监测范围更广。手机移动终端能够随时对无人机地工作情况进行查看和管控，一旦出现异常情况，PDA也可以自动报警，提醒工作人员立即采取相关措施解决突发问题。
4. 结语
该系统基于北斗的精确定位模块功能下，可以实现实时监测特定地区的空气质量，定位飞行到指定地点，然后通过传感器采集并分析信息，然后将位置信息同空气质量监测状况通过短报文方式反馈给监测中心；而信息采集模块中的传感器一旦监测到有害气体时，无人机可以跟踪有害气体并悬停到违规排放有害气体工场拍照取证；此外，该系统可以在降低成本的同时在同一区域内部实现多处采样，因为无人机对比固定的监测站的优势就在于可灵活移动飞行，采集各个区域的空气质量，通过多样本分析使检测结果对某一区域而言具有普遍性，使结果更为准确；无人机可以实现最大限度的低空飞行，在屋顶或楼顶监测PM2.5含量，以防高空中测到的PM2.5值与实际人类居住层高度不符；该系统采用手机PDA 可以对无人机进行控制，方便工作人员操作管理；由于无人机飞行时需要使用能量，但燃油会对监测结果有影响，因此使用电池供能装置绿色环保，高效持久。
致谢
在本次论文的撰写中，我得到了陈善雄教授的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一向都耐心地给予我指导和意见，使我在撰写论文方面都有了较大提高；同时也显示了老师高度的敬业精神和职责感。在此，我对陈善雄教授表示诚挚的感谢以及真心的祝福。同时也感谢一起合作的伙伴，有你们才有我的成长。
基金项目
重庆市中小学创新人才培养工程项目计划研究项目：一种空气质量监测无人机的设计；重庆市教委科学技术研究项目：基于深度卷积生成式对抗网络的语音分离研究，KJQN201801901。
参考文献
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中国北斗卫星导航系统
中国北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou，北斗政府网站：https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html,），作为中国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，是国家正在建设的重要空间信息基础设施，可广泛用于经济社会的各个领域。 北斗卫星导航系统能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，具有导航和通信相结合的服务特色。通过１９年的发展，这一系统在测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，产生了显著的经济效益和社会效益，特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。 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，全球第四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统２０１２年将覆盖亚太区域，２０２０年将形成由３０多颗卫星组网具有覆盖全球的能力。高精度的北斗卫星导航系统实现自主创新，既具备ＧＰＳ和伽利略系统的功能，又具备短报文通信功能。 北斗卫星导航系统的建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和３０
颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。 按照“三步走”的发展战略，北斗卫星导航系统将于２０１２年前具备亚太地区区域服务能力，２０２０年左右建成由２０余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的、覆盖全球的大型航天系统。 北斗卫星导航系统的建设历程我国建设北斗导航检测认证体系 “三步走”计划 第一步即区域性导航系统，已由北斗一号卫星定位系统完成，这是中国自主研发，利用地球同步卫星为用户提供全天候、覆盖中国和周边地区的卫星定位系统。中国先后在２０００年１０月３１日、２０００年１２月２１日和２００３年５月２５日发射了３颗“北斗”静止轨道试验导航卫星，组成了“北斗”区域卫星导航系统。北斗一号卫星在汶川地震发生后发挥了重要作用。 第二步，即在“十二五”前期完成发射１２颗到１４颗卫星任务，组成区域性、可以自主导航的定位系统； 第三步，即在２０２０年前，有３０多颗卫星覆盖全球。北斗二号将为中国及周边地区的军民用户提供陆、海、空导航定位服务，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用，为航天用户提供定位和轨道测定手段，满足导航定位信息交换的需要等。北斗闪耀星空照亮国人 之路——访中国航天科技集团公司总经理马兴瑞
上海联适导航北斗高精度车辆监控与调度管理系统方案
北斗高精度 大型仓储物流中心车辆监控与调度管理系统 联系人:____________ 联系电话: ___________ 上海联适导航技术有限公司 中国上海
目录 1．行业背景 (2) 2．智能交通国内外的发展背景及意义 (3) 2.1国外的发展现状 (3) 2.1国内研究现状 (4) 3．北斗卫星定位技术的发展 (5) 3.1 北斗卫星导航系统 (6) 3.1.1概述 (6) 3.1.2发展历程 (6) 3.1.3建设原则 (6) 3.1.4发展计划 (7) 3.1.5服务 (7) 3.2北斗卫星导航系统的应用 (8) 3.3北斗卫星导航产业的发展 (8) 1.3.1 北斗二代导航产业链启动，2020年市场规模将超4000亿元 (8) 1.3.2 北斗产业空间巨大，北斗产业规模广阔的增长空间 (9) 4．北斗高精度大型仓储物流车辆监控与调度管理系统 (10) 4.1车载终端设计 (11) 4.1.1 GPRS/3G通讯模块 (12) 4.1.2 北斗高精度RTK设备 (13) 4.2监控调度管理中心设计 (13) 4.2.1 服务端中间件 (14) 4.2.2 客户端监控调度系统 (14) 4.3系统管理的效果 (15) 5．产品清单 (16)
1．行业背景 随着信息技术的发展，大型物流行业正面临着激烈的市场竞争和严峻的挑战。在这种情况下，依托现有的资源优势，运用通信技术和信息技术，积极培育和发展业务，在信息领域挖掘新的利润增长点，必将成为物流实施可持续发展战略的重要手段之一。 仓储物流公司拥有遍布全国的网点资源和人力资源优势，凭借公司的实物流、信息流、资金流合一的优势，业务范围已经深入到社会生产生活的各个领域和层面，有着众多企业无法比拟的资源优势。通过推进具有行业特色的业务，将能够开创基于现有业务的新型服务模式，为企业创造新的利润增长点；通过提供丰富的服务内容，满足广大消费者的新需求，进一步提高消费者满意度，增强物流业务的竞争力；完善企业内部生产作业流程，降低运营成本，提高工作效率，增强物流仓储公司的市场竞争力。 从二十世纪九十年代开始，各种汽车在数量上持续的保持增长状态，交通紧张的状况随着社会经济的快速发展、城市道路建设的加快不断加剧，每一个国家都存在着不同程度的交通拥挤以及交通堵塞的状况，交通事故的数量不断增多，车辆呈分散状态，对管理造成困难，车辆的失窃等一些问题对人民群众的日常生活以及社会的正常发展造成了的严重影响圆。如何对车辆进行科学规范的管理成为一个急需要被解决的重大课题。 在研究这一问题的过程中，智能交通系统(ITS，Intelligent Transportation System)应运而生，它的思想是从系统的观点出发，把车辆和道路综合起来考虑，并将先进的信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、导航定位技术、图像分析技术以及计算机网络和处理技术等有效的综合应用于整个交通管理体系，建立起一种在大范围内，全方位发挥作用的、实时准确高效的运输管理系统。 车辆监控与调度管理系统是智能交通系统(ITS)的一个重要组成部分，而几乎所有的车辆监控系统都在很大程度上都要依赖于全球定位系统、地理信息系统(GIS)以及通信技术、全球定位系统的定位技术使车辆监控中的实时跟踪功能成为可能；地理信息系统(GIS)条件下的电子地图数据库为车辆监控功能提供了存
北斗导航系统
北斗导航系统的现状与未来 卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会和经济效益。我国作为发展中的大国，拥有广阔的领土和海域，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定位系统。 一、北斗导航系统简介 北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS）,是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，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，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，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。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。 中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。 二、北斗导航系统的现状与主要制约因素 北斗卫星导航定位系统运营以来，在军民用领域上发挥了重要作用，迄今为止，已为用户提供定位服务超过亿次，通信服务超过千万条，在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益。所研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程，已取得了明显的经济效益。 但是，北斗系统作为我国自行研制的、具有鲜明应用特点的卫星导航定位系统，总的来说，目前的实际应用并不理想。主要表现在：
北斗卫星导航定位系统简介
北斗卫星导航定位系统，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（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后，第三个成熟的卫星导航系统。卫星导航系统是重要的空间基础设施，它综合了传统天文导航定位和地面无线电导航定位的优点，相当于一个设置在太空的无线电导航台，可带来巨大的社会经济效益。在测绘、电信、水利、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域会逐步发挥重要作用。 世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统，军民两用。但长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号――也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统GLONASS。2002年，欧盟启动了伽利略（Galileo）全球卫星导航定位系统计划，将在2008年投入运营，预计投资36亿欧元。2003年，我国与欧盟签署了有关伽利略计划的合作协定，目前双方合作项目已有14个。我国自上世纪80年代引进首台GPS接收机以来，已成为GPS应用大国。作为一个拥有广阔领土和海域的国家，中国有能力也有必要拥有自己的全球定位系统。 北斗卫星导航定位系统的系统构成有：由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。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20纳秒的同步精度，水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。其精度与GPS相当。工作频率为2491.75MHz，系统容纳的最大用户数达每小时540000户，短报文通信一次可传送多达120个汉字的信息（GPS不具备此项功能），精密授时的精度达20纳秒。 2007年2月3日，第四颗试验“北斗星”在西昌成功发射。 这一系统目前共有四颗导航定位卫星，其发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日，第三颗是备用卫星。 2007年2月3日，北斗导航试验卫星升空。 中国向着努力开发一个堪与美国GPS系统和欧洲伽利略系统(Galileo)媲美的定位系统又迈进了一步。“北斗”导航卫星通过“长征三号甲”运载火箭成功发射，凸显中国政府发展航天工业的决心。此前数周，中国用一种由导弹发射的“动能拦截器”击毁了一颗老化气象卫星，美国对此表示担忧。 北斗卫星导航定位系统——英文名为“Compass”——的计划一直处于保密状态，官方一再拒绝透露意图。不过，最近的卫星发射，似乎是要加强一个相对不很精确的系统，该系统以2000年至2003年发射的三颗北斗卫星为基础。今年初将发射两颗地球静止卫星，使北斗卫星导航系统到2008年能够覆盖中国全境和邻近国家部分区域。北斗卫星导航系统最终将通过由30颗非静止轨道卫星组成的卫星“星座”，扩展到覆盖全球。它将类似于美国的GPS系统（全球定位系统）和欧洲的伽利略卫星网络。 更为精确的定位，对于中国军队来说将是一项重大财富。扩展后的北斗卫星导航系统，将使用与伽利略系统相同的无线电频率，可能也会与GPS系统相同，在战时使敌方更难以干扰网络。 北斗卫星导航系统的开发，可能会对伽利略系统的商业成功构成挑战。虽然中国是伽利略项目的合作方之一，中国政府和企业在相关设施及商业应用研究方面投入了2亿欧元（合2.6亿美元），但中国正成为该 项目的一个潜在竞争者。
北斗卫星导航系统定位原理及应用
xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（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。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标
北斗导航科普：中国北斗全球卫星导航系统发展史
中国北斗全球卫星导航发展史 中国北斗，我国自主建设的卫星导航系统。自1994年北斗一号立项以来，历经二十六载，从无到有，从有源到无源，从区域到全球，交出一份沉甸甸的“成绩单”。 2020年7月31日，中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导 航系统已全面建成，中国北斗自此开启高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。它将以更加开放包容的姿态拥抱世界，同世界一起书写时空服务新篇章。 抗击疫情，分秒必争。北斗"交通”打通火线运输线，确保防疫物资及时送达： 国庆阅兵，举世嘱目。北斗"标齐”大显身手，受阅方队、装备“米秒不差”，阅出了军威、国威： 在世界之巅珠穆朗玛峰，北斗为中国攀登者完成髙程测量提供主要数据： 在惊涛骇浪的南海，中国渔民无论行驶到哪块海域都在中国北斗的俯瞰之中： 在山洪频发的山区，"北斗+气象”让居民早知睛雨，更好地开展生态保护、资源开发和探险 旅游： 在川流不息的马路，北斗让人们自由穿梭于大街小巷…… 这就是中国北斗，我国自主建设的卫星导航系统。它是国家安全和经济社会发展不可或缺的信息基础设施，是大国地位和综合国力的重要标志。 2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂隆重举行。中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全而建成，中国北斗自此开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。 从此，中国北斗正式走出国门，成为服务全球的卫星导航系统，它将以更加开放包容的姿态拥抱世界，同世界一起书写时空服务新篇章。
命名“北斗” 1994年，世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成：也是这一年，我国开始独立自主研制北斗卫星导航系统，并以祖先们用于识別方向的"北斗星”命爼 从无到有，北斗走过的这条路殊为不易。 早在上世纪70年代，从事"两弹一星”的先驱们就已经认识到卫星导航泄位系统的重要性。 他们曾在卫星导航领域苦苦摸索，在理论探索和研制实践方而开展了卓有成效的工作。立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”可以说是北斗工程的前身，尽管这个计划最终因技术方向转型、财力有限等原因而终止，然而它如同一盏明灯，为后来上马的北斗工程积累了宝贵的经验。 改革开放以后，我国加快了经济发展的脚步，卫星导航定位在国民经济和国防建设上的重要价值再一次被科学家提出。但是当时，美国已经凭借着GPS在卫星定位系统领域一家独大, 俄罗斯的GLONASS也完成了全球组网，以我国当时的国情，龙欧美国家的老路只能永远做一名追赶者，唯有另辟蹊径才能拥有超车的机会。 究竟该怎样打造自主可控的国之重器? 第一代北斗建设者们一致认为，最迫切的需求是先解决"有无问题”。1983年，以陈芳允院士
北斗卫星导航系统在智能交通系统中的应用
The Application of Compass in the Intelligent Transportation System Zhigang Xu Police Maritime Academy, Ningbo, China Xzg6708@https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html, Abstract: According to the current development problems of developed urban transportation and Intelligent Transportation System (ITS), and the characteristics of Compass application in the ITS, the all aspects of applications of Compass in the ITS are analyzed in this paper, and then some problems about these applications and their suggestions are also proposed. Keywords: Compass; Intelligent Transportation System (ITS); Location Based Service (LBS) 北斗卫星导航系统在智能交通系统中的应用 徐志刚 公安海警学院，宁波，中国，315801 Xzg6708@https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html, 【摘要】根据当前发达城市交通以及我国在智能交通系统发展中存在的问题，结合北斗卫星导航系统在智能交通系统中应用的特点，分析了北斗卫星导航系统在智能交通系统各方面的应用，并针对这些应用提出了可能存在的问题及建议。 【关键词】北斗卫星导航系统；智能交通系统；基于位置服务 1 引言 我国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发展十分迅猛。改革开放前，城市化水平不足19%，据今年公布的人口普查结果，我国的城镇人口接近6.66亿人，城镇化率达到 49.68 %；相应的车辆增长也非常快速，截至2011年6月底，全国机动车总量达2.17亿辆，其中私家车达7206万辆，并且私家车拥有率呈不断增长的趋势。反观中国城市道路建设情况，改革开放以来，中国道路交通设施及管理设施虽然有较大改观，但远远跟不上机动车增长速度，而且总体水平与发达国家有较大差距，特别是大多数城市路网结构不合理，道路功能不完善，道路系统不健全。造成城市交通拥塞严重，交通效率大大下降。另外，交通拥堵、车速下降以及车况差、车辆技术性能低等，致使汽车尾气对城市的空气污染剧增。同时，车辆状况差也直接影响到城市交通，并已成为制约我国城市交通的重要因素。以车况较好的北京市为例，平均日故障次数达500次以上，给城市交通带来巨大压力。另外一个问题，就是我国大多城市交通管理设施缺乏，管理水平不高。即使各地都建立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而远没有发挥控制功能。 正是由于的车辆、道路和管理发展不均衡所带来的问题，迫切需要发展智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）来缓解上述问题。智能交通系统是以信息、通信、控制和计算机技术将人、车、路三者紧密协调、和谐统一，而建立起的大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输管理系统。ITS将有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量，并以推动社会信息化及形成新产业受到各国的重视，目前已成为世界21世纪交通系统的发展方向。我国在上世纪90年代末期就确立智能交通系统的研究和发展战略，并已经在北京、上海、广州等一些发达城市实施了ITS的“关键技术开发和示范工程”。经过十多来年的发展，我国ITS 发展总体形势良好，但在管理面层主要存在问题如下：体制分散，统一协调不够；引进太多，消化创新不够；政府主导，民间参与不够。从技术的战略面层来看，我国几乎所有的ITS都是建立在美国的全球定位系统（GPS）的基础上的，这是个基础性战略性的缺陷。现在我国的北斗卫星导航系统（下述简称“北斗系统”）发展快速，完全可以取代GPS在ITS的地位，北斗系统将在我国的ITS中具有更加重要和更广泛的应用。。 2 北斗卫星导航系统在智能交通系统中应用的特点 北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成。空间星座部分由 5 颗对地球静止轨道（GEO）卫星和30 颗对地球非静止轨道 （Non-GEO）卫星组成。北斗卫星导航系统建成后将
北斗卫星导航系统主要应用领域
北斗卫星导航系统主要应用领域 1、交通运输重点运输监控管理、公路基础设施、港口高精度实时定位调度监控； 2、海洋渔业船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理； 3、水文监测多山地域水文测报信息的实时传输； 4、气象监测气象测报型北斗终端设备，大气监测预警系统应用解决方案； 5、森林防火定位、短报文通信； 6、通信时统开展北斗双向授时，研制出一体化卫星授时系统； 7、电力调度基于北斗的电力时间同步； 8、救灾减灾提供实时救灾指挥调度、应急通信、信息快速上报、共享； 9、军工领域定位导航；发射位置的快速定位；搜救、排雷定位等。 国家积极推动北斗民用化进程，一系列的鼓励政策，为北斗的应用发展提供了广阔的空间。北斗卫星导航系统解决了精准定位的问题，靠一个北斗终端就能走遍大江南北。北斗系统的定位服务将在未来智慧生活中发挥巨大作用。 如今的北斗卫星导航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，北斗卫星导航系统在使用中产生显着的经济效益和社会效益。 在气象行业，北斗卫星导航系统广泛应用于气象观测、灾害监测和气象信息的收集与发布，包括大气风向风速、水汽含量、海风海浪、雷电观测和预警等，极大提升气象观测、预报和灾害预警发布水平，增强气象领域防灾减灾能力。 中国海洋渔业水域面积300多万平方公里，现有渔船100多万艘、渔业人口2000多万，海洋渔业涉及渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护和海上主权维护，现已成为北斗民用规模最大的行业。北斗卫星海洋渔业安全生产信息服务系统的应用极大地保障了渔船的出海安全，巩固和发展了渔业生产，推动了“平安渔业”建设。以赴南沙生产作业的渔船为例。农业部南海区渔政局建立了“南沙渔船船位监控指挥管理系统”，系统建成后，监控中心能随时获知渔船方位，大大方便了相关职能部门对渔业生产的管理，实现看得见的管理调度。当渔民在海上遇险时，可以通过渔船上的卫星导航通信系统向监控中心发送遇险报告，监控中心收到报告时就可以根据卫星定位确定距离遇险渔船最近的船只，
全球四大卫星导航系统
全球四大卫星导航系统 美国GPS系统 目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统。它是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统。该系统由28颗中高轨道卫星组成，其中4颗为备用星，均匀分布在距离地面约20000千米的6个倾斜轨道上。 俄罗斯格洛纳斯系统 格洛纳斯是前苏联国防部于20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统，从某种意义上来说是冷战的产物。该系统耗资30多亿美元，于1995年投入使用，现在由俄罗斯联邦航天局管理。格洛纳斯是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。 欧洲伽利略系统 伽利略系统是欧空局与欧盟在1999年合作启动的，该系统民用信号精度最高可达1米。 计划中的伽利略系统由30颗卫星组成。2005年12月28日，首颗实验卫星Glove-A发射成功，第2颗实验卫星Glove-B在2007年4月27日由俄罗斯联盟号运载火箭于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。 中国北斗系统 北斗全球卫星定位导航系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务两种模式。根据系统建设总体规划，2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 2011年4月10日，我国成功发射第八颗北斗导航卫星，标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成，我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段。从当初的“最高机密”，到今日向民用市场推广，北斗计划已经走过了20多年。曾经的主力科学家已经成了白发苍苍的院士，北斗系统的理论创始人也已经故去。4月10日4时47分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星。这颗卫星将与2010年发射的5颗导航卫星共同组成“3+3”基本系统(即3颗GEO卫星加上3颗IGSO卫星)，经一段时间在轨验证和系统联调后，将具备向我国大部分地区提供初始服务条件。今明两年，我国还将陆续发射多颗组网导航卫星，完成北斗区域卫星导航系统建设，满足测绘、渔业、交通运输、气象、电信、水利等行业，以及大众用户的应用需求。 中国卫星导航系统管理办公室负责人冉承其介绍，目前，北斗卫星导航系统正按照“三步走”发展战略稳步推进第一步，2003年建成北斗导航试验系统。系统由三颗地球同步静止轨道卫星和地面系统组成，可为我国及周边地区的中、低动态用户提供定位、短报文通信和授时服务，已应用于水利、渔业、交通、救援等国民经济领域，经济和社会效益显著。第二步，2012年左右，将建成由10余颗卫星组成的北斗区域卫星导航系统，具备覆盖亚太地区的服务能力，采用无源定位体制，具有定位、导航、授时以及短报文通信功能。第三步，2020年左右，建成由30余颗卫星组成，覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，系统性能达到同期国际先进水平。 北斗卫星导航系统除了能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还保留了北斗卫星导航试验系统的短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。
北斗二号卫星导航系统介绍与应用.
北斗二号卫星导航系统介绍及应用 南京工业大学工业工程 北斗二号卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS ,是继美全球定位系统(GPS 和俄 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,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 10m ,授时精度优于 100ns 。 2012年 12月 27日,北斗二号系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,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。 北斗二号卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国 GPS 、俄罗斯 GLONASS 、欧盟 GALILEO 等其他卫星导航系统兼容的终端组成。 北斗二号卫星导航系统是在北斗一号的基础上建设的卫星导航系统, 但其并不是北斗一号的简单延伸, 完整构成的北斗二号卫星导航系统是一个类似于 GPS 和GLONASS 的全球导航系统。 一.研发背景 1. 重要的战略意义 战略意义一:建设北斗卫星导航系统, 是提高我国国际地位的重要载体战略意义二:是促进和推动经济社会发展的强大动力。战略意义三:是推动我国信息化建设的重要保证。战略意义四:是应对重大自然灾害的生命保障。战略意义五:是增强武器效能,维护国家安全的根本命脉 v 战略意义七:是我国履行航天国家国际责任的需要。战略意义八:对提升中国航天的能力, 推动航天强国建设意义重大。 2. 北斗一号卫星导航系统及其不足
《“北斗卫星导航系统”》阅读练习及答案
阅读下面的文字，完成各题。 材料一： 材料二： 2005年，当时正在建设的北斗二号系统的“原子钟”突遇问题。 原子钟就如同一块“手表”，为卫星导航用户提供精确的时间信息服务。事实上，高精度的时间基准技术是卫星导航系统最核心的技术， 直接决定着系统导航定位精度，对整个工程成败起着决定性作用，其重要性如同人的心脏。 当时还想引进，但人家就不给你。因为这是个高精度的东西，他 们要对我们进行技术控制。没有原子钟，这个系统基本上就是空中楼阁。 国外的技术封锁，坚定了科研人员自力更生的信念。大家有了一 个共识，核心关键技术必须要自已突破，不能受制于人。当时北斗人 有一句话，“六七十年代有原子弹，我们北斗人一定要有我们自己的原子钟”。 他们成立了三支队伍同时开展研发，并在基础理论、材料、工程 等领域同步推进。就这样，仅仅用了两年的时间，科研团队就攻克了
原子钟这个最大技术屏障。不仅如此，现在用在北斗三号上的原子钟，已提升到每300万年才会出现1秒误差的精度，完全满足了我国的定位精度要求。 （摘编自“央视网”）材料三： 2018年7月29日9时48分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火费，以“一箭双星”的方式成功发射第33、34颗北斗导航卫星。 这是北斗三号全球组网卫星的第四次发射。两颗卫星均属于中圆 地球轨道卫星，是我国北斗三号系统第9、10颗组网卫星。 根据计划，2018年年底前将建成由18颗北斗三号卫星组成的基本系统，为“一带一路”沿线国家提供服务。从这次发射开始，北斗 卫星组网发射进入前所未有的高密度期。 （摘编自“新华网”）材料四： 据俄罗斯《劳动报》网站2018年8月26日报道，中国已与美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的“格洛纳斯”全球卫星导航系统 展开激烈竞争。今年北斗系统将开始向“一带一路”沿线国家和地区 提供基本导航服务。两年之后，北斗将向全球提供导航服务。 报道认为，中国对太空领先地位的积极争夺令美国等太空强国感 到不安。尽管中国每年对太空项目的60亿美元投入与美国的400亿美元相差甚远，但中国发射的卫星数量却与美国不相上下。此外，中
北斗高精度行业应用
市场新引擎——北斗高精度行业应用 在大多数人的印象中，卫星定位主要在车载平台、智能手机中应用得较为广泛，从而给人们造成一种认识上的假象：北斗卫星导航系统能够应用的领域主要就是低精度导航定位。而实际上，北斗卫星导航系统已经在高精度导航定位方面得到大量的推广和示范应用，形成了很多值得推广的行业应用案例，成为北斗导航定位市场新引擎。 北斗卫星导航系统提供正式服务以来，一改我国卫星导航定位领域长期依赖美国GPS的格局，解决了“有没有”的问题。而随着北斗产业化的发展，随之要解决的是“好不好”的问题。“好不好”，我们考量标准主要是高精度和高动态。高精度指定位精度高，定位精度为亚米级，厘米级甚至毫米级；高动态指能够实时地更新位置信息频率，从1HZ到20HZ，甚至更高频率的更新率，是高动态应用（如桥梁监测要求的20HZ，驾考驾培10HZ）需求的关键指标。近年，全国范围北斗地基增强系统的建设，就是要解决“好不好“重要基础设施，对北斗高精度的普及应用具有重要意义。 当前，我国高精度卫星导航定位仅在测绘地理信息行业得到普及和应用，其它行业应用正处于初期。目前，在城市管网建设及安全管理、驾考驾培、精准农业、公交优先等行业都得到了良好的应用，技术成熟并具有很强的推广普及性。国内高精度市场无论从GNSS市场占比还是行业应用结构，处在发展期，未来国内高精度市场将必然高速增长，行业应用也会出现爆发。 南方测绘一直致力于高精度卫星导航定位的普及推广，将北斗高精度产品及服务带到各行各业中。如燃气行业，已将北斗高精度位置服务应用于城镇燃气建设、运营、应急、服务等业务中；驾考驾培，通过北斗高精度和高动态定位，有
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统- 简介 北斗卫星导航系统 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国独立发 展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。 北斗卫星导航系统既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代导航系统。其中北斗一号用于中国及其周边 地区的区域导航系统，北斗二号是类似美国GPS的全球卫星导航系统。[1] 北斗卫星导航系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的中国卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。[2] 三步走 按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下： 第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。 第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。[3][4] 北斗卫星导航系统- 系统组成
北斗导航卫星应用战略图 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号的2代系统，由空间段，地面段，用户段三部分 组成。 空间段 空间段包括五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星。地球静止轨道卫星分别位于东经5 8.75度、80度、110.5度、140度和160度。非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗同步 轨道卫星组成。 地面站 地面段包括主控站、卫星导航注入站和监测站等若干个地面站。 主控站主要任务是收集各个监测站段观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行管理与控制等。 注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。 监测站接收导航卫星信号，发送给主控站，实现对卫星段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。 用户段 用户段包括北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。系统采用卫星无线电测
中国北斗卫星导航系统——世界第三套全球卫星导航系统(图)来自网络
北斗卫星导航系统 ——世界第三套全球卫星导航系统 工程总投资：100亿元 工程期限：1994年——2020年 北京时间2007年2月3日凌晨零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。 北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），
是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 日期火箭卫星轨道 2000年10月31日长征三号甲北斗-1A 地球静止轨道140°E 2000年12月21日长征三号甲北斗-1B GEO 80°E 2003年05月25日长征三号甲北斗-1C GEO 110.5°E 第三颗是备用卫星 2007年02月03日长征三号甲北斗-1D GEO 86°E 第四颗是备用卫星 2007年04月14日长征三号甲北斗-2A 中地球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫星
军用新型北斗卫星导航手持机 北斗卫星导航系统的历史 我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。 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”。 双星定位导航系统是一种全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能，其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系统由两颗地球同步卫星(分别定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空)、中心控制系统、标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路(即地面中心至卫星至用户链路)和入站链路(即用户机至卫星
北斗卫星导航系统常识简介
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）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。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性 空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对 保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象 等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，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，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。
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。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70°-140°，北纬5°-55°。北斗卫星系统已经对实现全覆盖。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，产生显着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。 北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科学院院士、中国工程院院士、着名测量与遥感学家李德仁介 绍说 二、卫星定位原理 北斗卫星导航系统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（X,Y,Z）。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
北斗高精度定位技术的运用实践研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/4d8432296.html, 北斗高精度定位技术的运用实践研究 作者：胡娅莉 来源：《电脑知识与技术》2016年第33期 摘要：现代列车运行系统需要通过实时位置信息定位来实现控制可能，而我国自主研发的北斗卫星系统就能实现针对列车的高精度定位技术，加强列车运行定位结果的可靠性，为列车高速稳定运行提高安全指数。本文主要研究了基于北斗与GPS双模卫星系统的列车高精度定位方法及其相关技术理论实践过程。 关键词：北斗定位；GPS；高精度；双模卫星系统；加权完好算法 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0214-02 北斗卫星导航系统是我国自主研发并独立运行的全球卫星导航系统，它目前已经基本无缝覆盖我国本土及周边地区，在水利防汛、交通运输、森林防火、军事防卫领域都有应用，具有极高的全境范围导航定位可用性。到2020年为止，我国计划建成服务范围覆盖全球的新一代北斗导航系统。 1 关于列车定位 1）列车定位概述 列车定位的精确性与安全可靠性决定了其运行控制系统的稳定，实现了列车的高速运行效率。考虑到现如今铁路环境越来越复杂，针对它的接收卫星数量呈现几何式分布且要求较高，所以应该采用北斗卫星系统配合GPS实现双模双点定位来满足列车轨道占用识别高精度需求。从技术角度讲，两大系统都属于码分多址，都能独立应用，二者相结合在定位精度与完备性方面表现更好，所以文中会给出基于两大系统的双模卫星高精度单点定位算法，增加系统接收可见卫星数量，并改善它们的几何分布。同时也要采用加权自主完好性监测功能来剔除可能存在的故障卫星，进一步提升列车定位的精度与可靠性。 2）北斗与GPS双模卫星系统的定位方式分析 目前在我国，针对列车的北斗卫星设置分布还偏少，所以在观测条件较差的环境中定位列车还存在很大局限性，因此本文选择北斗卫星配合基于原始观测数据的GPS系统，实现双模卫星高精度单点定位目的。从技术层面来看，北斗卫星与GPS观测数据系统在双模组合定位过程中会统一坐标及时间系统，同时考量两定位系统的卫星码偏差异同，所以首先要对其坐标系统实施统一校正。具体来说，一般北斗卫星所采用的都是CGCS2000坐标系，而GPS则采用的是WGS84坐标系统，将两坐标系统在原点、尺度与定向方面统一定义，并设置二者的椭球常数为[a、f、GM、ω]。在这里，扁率[f]是存在微小差异的，这种所产生的坐标差异主要是同一点在两个坐标系在参考椭球扁率差异时所形成的，它的具体转换方式如下：
北斗卫星导航系统在智慧城市中的应用
北斗卫星导航系统在智慧城市中的应用 学院空间科学与技术学院 专业航天工程 学生姓名赵琨 学号1513122970 老师张华副教授
伴随着城市扩大化，“城市病”成为困扰各个城市的建设与管理 的首要难题，资源短缺、环境污染、交通拥堵、安全隐患等问题日益突出。联合全球卫星定位系统、物联网技术、云计算技术和新一代通讯技术等信息技术，建立智慧城市，将成为解决城市问题的可行方案。北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统，具有全天候、全天时快速定位、短报时通信、精密授时服务三大功能，为物联网提供了导航信息和测绘信息等核心信息。智慧交通、智慧社区、智慧环保、智慧快递等北斗卫星民用项目的建立，可以促进北斗卫星深入人们的生活，逐步获得人们的认可。对北斗卫星进一步投入到我国全方位应用领域具有重要意义，进而更好地服务于城市建设和管理，促进社会和谐发展。 一、智慧城市的技术应用 智慧城市可理解为：把传感器装备到城市生活的各种物体上，通过超级计算机和云计算实现物联网整合，智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物，包含智慧传感网、智慧控制网和智慧安全网。 1、北斗卫星 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器 向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时
向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。北斗卫星具有全天候、全天时快速定位、短报时通信、精密授时服务三大功能，为物联网提供了导航信息和测绘信息等核心信息。导航信息包括位置、速度、时间，它们是物联网核心信息；测绘和地理信息包括周围环境（影像信息）、地理空间信息、虚拟空间信息等，是物联网的参照信息。 2、物联网 物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网联接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。两院院士李德仁巧妙形象地把它描述为，把感应器嵌入和装备到电网、交通设施、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网，也就是物理设施首先被感知（感知层），然后通过有线、无线网络、云平台等信息技术使物理设施向外延伸并相互连接（传输层），最终达到为用户提供丰富的特点服务的目的（应用层）。 3、云计算 云计算是一种基于网络的支持异构设施和资源流转的服务供给模型，侧重于信息的处理和存储，通过平台进行数据整合，实现协同工作。智慧城市多个应用系统之间需要信息共享交互，各不同的应用系统需要共同选取数据综合计算、分析，最终得出综合结果，这就需