北斗卫星导航系统的发展历程
第一代北斗卫星导航定位系统
一代的北斗卫星导航系统属于区域性的有源导航定位系统。
特点是投资小、建成快，只需要两颗地球同步轨道卫星（GEO 卫星）即可进行导航定位。
在有源导航定位系统中，用户终端对两颗GEO卫星发射信号，通过记录时间差和两颗卫星在空间的距离，地面中心站（DEM)通过距离交会法求得用户的平面位置（注意是只有平面位置，没有海拔高程），地面中心站再通过卫星将计算结果告诉用户。
以上就是有源导航定位系统的工作原理，不难发现这里面有三个很严重的问题：
1、地面中心站承担了很大部分的任务，资源占用高，结果就是用户数量收到限制，无法推广开来；
2、用户终端必须发射信号，这在战时很容易就会暴露位置，也很容易使系统失效（只要向卫星发送错误的信号即可）；
3、计算速度慢，而且进度不高。
第二代北斗卫星导航定位系统
二代北斗卫星导航系统卫星星座包含14颗卫星，包括5颗地球同步轨道卫星（GEO卫星：通讯卫星，也可用于定位），5颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO卫星：备用卫星），4颗中地球轨道卫星（MEO卫星：定位解算功能）。
由于是用伪距单点定位模型进行定位，并不需要地面中心站进行计算，定位解算是在用户终端上进行的，所以用户数量不再受限，于是便能推广开来。
但二代北斗并没有抛弃有源导航定位的方法而是作为一种特殊功能保留了下来，只不过一般的接收机不支持这种功能，北斗二号于2013年正式提供服务。
第三代北斗卫星导航定位系统
三代北斗卫星导航系统理论上包含5颗GEO卫星，3颗IGSO卫星，27颗MEO卫星，总计35颗卫星。
与GPS采用六轨星座系统（6*4）不同，三代BDS采用三轨星座系统,每个轨道面9颗MEO卫星，轨道面之间相隔120度均匀分布。
正如我们所见，从2017年年底开始，其实已经开始了2017年11月5日中国成功以一箭双星方式发射北斗三号组网卫星，北斗三号卫星将陆续发射，2020年将完成全球化的卫星星座部署，届时将为全球提供导航定位服务。
各大高校和系所在北斗卫星导航系统发展中做出了不可磨灭的贡献。
参与北斗系统建设的主要还是以航天，中电等集团的研究所为主，院校比较少，国防科大承担了一部分。
其他地方院校主要参与了各型号接收机和芯片研制，如清华，复旦，北理，成电等。
武大，信工大等参与定轨方面的数据处理，在此疯狂给母校武大打电话。
为什么一开始要用有源导航定位系统这种精度不高实用意义不强的技术？
这一举动充分体现了中国人无穷的智慧——答案其实是为了占坑，但不是占空间位置的坑，而是占无线电频率坑。
实际上所有全球导航定位系统都是使用L波段进行广播，而L波段中效果好的就只有有限的几个频率，国际上规定谁先占用了就归谁。
所以先用一代北斗占着无线电频率的坑，然后再慢慢发展。
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。
北斗卫星导航系统的发展历程
中国北斗卫星导航系统(BDS)
中国北斗卫星导航系统（英文名称： BeiDou Navigation Satellite System， 简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导 航系统，是全球四大卫星定位系统之一。
中国北斗卫星导航系统(BDS)
中国北斗卫星导航系统(BDS)
全天候全天时
高精度高可靠
短报文通信功能
北斗卫星导航系统的 发展历程
三步走
第一步：建设北斗一号系统
有源定
位体制
一号
系统
一号第一步
系统
定位、授时、
广域差分、短
报文通信服务
一号 系统
进一步增强 系统功能
第二步：建设北斗二号系统
增加无源 定位体制
第二步
定位、测在轨卫星已达39 完颗成19颗卫星发射组 网
第三步
都有了GPS可以使用，为 什么中国还要废很大力气 建设自己的北斗系统呢？
组建BDS定位系统的 原因
组建BDS定位系统的原因
GPS信号 突然中断
台海危机
组建BDS定位系统的原因 “银河号”事件
组建BDS定位系统的原因
强硬要求
组建BDS定位系统的原因
国家安全
避免受制
反制手段
组建BDS定位系统的原因
竞争性垄断
组建BDS定位系统的原因
经济效益
省去巨额资金
创造社会价值
深化国际合作
课后思考
我国建设自己的北斗还有哪些重要意义？
谢谢·观看 !
北斗卫星导航系统介绍
安全1201 马振鑫
目录
1.发展历程 2.组成部分
3.定位的基本原理 4.应用前景 5.与GPS导航系统的比较
全球卫星导航系统
一、发展历程
北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球 卫星导航系统,缩写为BDS。截至目前，我国“北斗”卫星导航系统建 设的“三步走”规划已成功实现第一、二步。
2003年5月25日 东经110.5度
一
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
一、发展历程
二、系统组成
（1）空间段
由5颗GEO（静止轨道）卫星和30颗Non-GEO
（非静止轨道）卫星组成
GEO 卫星
MEO 卫星
空间星座
二、系统组成
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(或距离)。
二、系统组成
2) 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 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 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 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 盖区内的用户进行识别、监视和控制。
三、定位的基本原理
更具体的表述：定位采用三球交会测量原理。地 面中心通过两颗卫星向用户广播询问信号 (出站信号 ),根据用户响应的应答信号 (入站信号)测量并计算出 用户到两颗卫星的距离；然后根据中心存储的数字地 图或用户自带测高仪测出的高程，算出用户到地心的 距离，根据这三个距离就可以确定用户的位置，并通 过出站信号将定位结果告知用户。授时和报文通信功 能也在这种出、入站信号的传输过程中同时实现。
北斗系统发展历程、性能对比及系统特点(2021年)
1.北斗三号正式开通，星基服务能力显著提升北斗卫星导航系统（BDS，BeiDou Navigation Satellite System）是我国自主建设运行的全球卫星导航系统（GNSS），着眼于国家安全和经济社会发展需要，可以为用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，与美国的GPS 系统、俄罗斯的GLONASS 系统、欧盟的GALILEO 系统共同作为四大全球卫星导航系统。
2020 年6 月23 日，北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射圆满成功，30 日经过遥测数据判读，载荷设备均工作正常，有效载荷顺利开通。
7 月31 日，北斗三号卫星导航系统正式开通。
1.1.三步走战略坚实发展我国于上世纪80 年代提出建设卫星导航系统的设想，并结合我国在不同阶段技术、经济发展实际，设置了三步走战略。
北斗卫星导航系统经历了从无到有，从服务中国到服务亚太，再到全球组网的发展历程。
图1：北斗三步走战略第一步，从无到有第一步，建设北斗一号系统，实现卫星导航从无到有。
1994 年，北斗一号系统建设正式启动。
2000 年，发射2 颗地球静止轨道（GEO）卫星，北斗一号系统建成并投入使用。
2003 年，又发射了第3 颗地球静止轨道（GEO）卫星，进一步增强系统性能。
北斗一号系统的建成，迈出了探索性的第一步，初步满足了我国及周边区域的定位、导航、授时需求，实现了卫星导航系统从无到有的跨越，我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有卫星导航系统的国家。
2013 年，北斗一号卫星完成任务退役。
图2：北斗三步走战略第二步，服务亚太第二步，建设北斗二号系统，从有源定位到无源定位，服务亚太。
2004 年，北斗二号系统建设启动。
北斗二号创新构建了中高轨混合星座架构，到2012 年，完成了14 颗卫星的发射组网。
这14 颗卫星中，有5 颗地球静止轨道（GEO）卫星、5 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4 颗中圆地球轨道（MEO）卫星。
北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统简介（一）概述北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
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。
（二）发展历程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。
（三）建设原则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。
3、兼容性。
在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。
北斗导航系统的发展历程及前景浅议
北斗导航系统的发展历程及前景浅议摘要:介绍了我国拥有自主知识产权的北斗卫星（BDS）全球定位导航系统，研制的国际背景以及该系统的技术特点、主要应用领域和发展历程。
关键词:北斗导航系统，发展历程，技术特点，应用领域。
一、北斗导航系统的发展的国际背景上世纪90年代，世界上建成并提供服务的卫星导航系统，有美国GPS、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）和我国建立的北斗卫星导航系统。
美国建立的GPS卫星导航系统可向全球提供军用与民用服务；俄罗斯建立的格洛纳斯卫星导航早期也可提供此类服务，后期因经济衰退使卫星补网出现了困难，最少时只有7颗在轨卫星，使卫星导航服务大打折扣，但是美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯牢牢占据了先发优势，先后完成全球卫星组网，实现“一步建全球”。
二、北斗导航系统的特点2000年建成北斗一号试验卫星导航系统，使我国成为世界上第三个拥有完全自主知识产权的卫星导航系统的国家。
2000年发射了2颗地球静止轨道卫星，初步建成系统并投入使用，该系统采用有源定位体制，为中国用户可提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年又发射了第三颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。
2012年建成为亚太地区提供服务北斗二号区域卫星导航系统。
2004年启动北斗二号系统工程建设于2012年底完成地球静止轨道卫星5颗、倾斜地球同步轨道卫星5颗和中圆地球轨道卫星4颗的发射组网，该系统在兼容北斗一号技术基础上，增加无源定位体制，可为亚太地区用户提供定位、测速、授时、广域差分和短报文通信服务。
2020年建成为全球服务北斗三号全球卫星导航系统。
2009年启动北斗系统建设，在继承北斗一号和北斗二号有源服务和无源服务两种技术体系。
2018年，面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务；2020年前后完成全部35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。
三、北斗导航系统的自主创新在北斗卫星导航系统20多年的建设过程中，我国卫星导航研制人员走出了一条自主创新、追求极致的发展道路，面对西方国家的技术封锁，在没有自己的原子钟和导航芯片、全球建站困难等条件下，取得了一个个的技术突破，实现全球服务。
北斗导航系统发展史
北斗导航系统发展史摘要：2016年6月12日，中国在西昌成功发射了第23颗北斗导航卫星。
此次成功发射的卫星将与其他的在轨卫星共同提供服务，为北斗导航系统从亚太区域系统转向全球服务奠定了基础。
作为我国自主开发建设的全球卫星导航系统，北斗与俄罗斯的GLONASS，美国的GPS以及欧洲的GALILEO并誉为四大全球卫星导航系统。
虽然在这四大导航系统中，北斗是最“年轻”的,但其正借着后发优势迎头赶上。
北斗已经同高铁一样，成为中国在世界上一张亮眼的名片。
回顾北斗系统发展的历程，不仅能让人体会到个中艰辛。
更能为我国科技建设提供值得参考的经验。
1. 全球卫星导航系统的起源1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星sputnik。
这颗卫星的构造非常简单，只是在密封的铝制外壳密封了一个化学电池、一只温度计和一台双频发报机。
但在当时，这颗卫星却引起了全世界科学家的关注。
美国约翰.霍普金斯大学的W.Guier和G.Wieffembach博士通过跟踪、检测该卫星所发出的信号发现：由于卫星与地面之间有着相对运动，接收到的电磁波信号存在多普勒频移。
如果在地面上位置已知点检测接收到的多普勒频移曲线，就可以计算出卫星的运行轨道。
但是反过来，如果已知了卫星的运行轨道，就能通过多普勒算出用户的位置，这就是卫星导航系统的最初构想。
如何在茫茫大海上定位军舰，对于美国海军来说一直是个大问题。
在苏联发射第一颗卫星之前，海军使用的是罗兰无线电远程导航系统。
罗兰是一种陆基双曲无线电导航系统，船舶通过计算出接收陆地上两个发射台信号的时间到达差，就可以将自己位置确定在以两个发射台为焦点的双曲线上。
再利用另外两个发射台，可以将位置确定在另一条双曲线上。
通过计算出双曲线的两个交点，采用估计位置排除出其中一个即可实现定位。
相较GPS，罗兰系统的作用范围有限（最远2000km），定位精度低（百米级），而且只能提供二维定位，在GPS出现后很快就逐渐被淘汰。
我国北斗卫星导航系统发展之路
谢 谢！
L
O
0 1975
2015
2、服务性能：GPS导航信号发展情况 服务性能：GPS导航信号发展情况
Power Spectrum (dBW/Hz) -220 -230 -240 -250 1227.6 Frequency (MHz) 1575.42
原信号
P(Y)
C/A
Block IIA, 1990
Power Spectrum (dBW/Hz)
先进的导航信号方案
星间链路和自主运行
高精度星载原子钟技术
二、世界卫星导航竞争中的北斗
挑战一：建设高性能的北斗卫星导航系统 挑战一： 挑战二：建设高可靠的北斗卫星导航系统 挑战二： 挑战三：发展高效益北斗卫星导航系统 挑战三：
建设高可靠的北斗卫星导航系统，核心是 实现与世界其他全球卫星导航系统同等甚至更 优的可用性、连续性、完好性的系统指标，这 将是我国航天史上一项系统极为复杂、规模庞 大的可靠性工程。例如： 系统可靠性设计 星箭批产和高密度发射 大型复杂星座运行控制与管理
1227.6
Frequency (MHz)
1575.42
L5
Block IIF, 2010
1227.6 Frequency (MHz)
1575.42
L1C
Block III, 2013
L5
1227.6 Frequency (MHz)
北斗卫星导航系统介绍
伽利略系统与北斗系统均遵循国际标准，具有良好的兼容性，可以实现互操作。
与格洛纳斯比较分析
卫星数量与分布
格洛纳斯系统由24颗卫星组成，主要分布在三个轨道面上。北斗系统在亚太地区具有更多的可见卫星 ，有助于提高定位精度。
定位精度
格洛纳斯系统在开放服务中的定位精度相对较低，一般认为在10-15米之间。而北斗系统在亚太地区 的定位精度更高。
民用领域应用案例
智能交通
北斗卫星导航系统可以应用于车辆导航、智能交通信号控 制、自动驾驶等领域，提高交通运行效率和安全性。
灾害监测与救援
通过北斗卫星导航系统，可以实时监测地震、洪水等自然 灾害的发生和演变，为灾害预警、救援和恢复提供重要支 持。
精准农业
利用北斗卫星导航系统的高精度定位和时间服务，可以实 现农机精准作业、农田信息实时监测等，提高农业生产效 率和质量。
北斗系统具有短报文通信功能，用户可以通过卫星信号发 送短信息，而GPS则不具备此功能。
与伽利略比较分析
系统构成
伽利略系统由30颗中高度圆轨道卫星组成，其中27颗为工作卫星，3颗为备份卫星。北斗系统则由地球同步轨道卫星 、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。
定位精度
伽利略系统设计目标为提供更高的定位精度，但其实际性能可能受到多种因素影响。北斗系统在亚太地区具有较高的 定位精度。
北斗卫星导航系统介绍
目录
• 北斗卫星导航系统概述 • 北斗卫星导航技术原理 • 北斗卫星导航系统性能评估 • 北斗卫星导航在各领域应用案例 • 北斗卫星导航与其他系统比较分析 • 未来发展趋势及挑战
01 北斗卫星导航系统概述
定义与发展历程
定义
北斗卫星导航系统（BDS）是中国 自主研发的全球卫星导航系统，旨 在提供全球范围内的定位、导航和 授时服务。
北斗发展历程
北斗发展历程
北斗发展历程：
1994年：中国启动北斗导航系统计划。
2000年：北斗一号星座建成并开始提供服务。
2003年：北斗二号系统初步建设完成。
2007年：北斗系统开始向亚太地区提供服务。
2010年：北斗系统开始向全球用户提供服务。
2011年：北斗系统在全球范围内实现了全天候、全天时的定
位导航服务。
2013年：北斗系统成为第四个全球卫星导航系统。
2018年：北斗三号卫星取得突破性进展，具备全球服务能力。
2020年：北斗系统开始实现高精度定位导航服务，并广泛应
用于交通、农业、物流等领域。
2023年：预计北斗三号系统全面建成并开始提供更加精确的
全球导航服务。