卫星导航技术综述
卫星导航技术综述
人们永远生活在特定时空之中,对于时间和空间位置信息的需求可谓与生俱来。卫星导航技术正好满足了人们对时空信息的需求,因而成为人类社会重要的基础设施。
利用空中的导航卫星,卫星导航系统对地面、海洋、大气层以及太空中的用户提供高精度的时间和位置信息它所提供的位置与时间服务应用于经济、国防、科技、社会等各个领域,如信息、海洋、环保、测绘、交通、铁路、航运、农业、林业等。其独特作用在此次抗震救灾中得到充分展现。我国自主建设的北斗卫星导航系统在常规通信中断、道路不通的紧急情况下,发挥同时具备空间定位、时间基准和短信报知功能的优势,解决了抢险救灾中最为关键的定位和通信问题。
卫星导航定位已成为当今世界国家综合国力及科学技术发展水平的重要标志之一,是发达国家国防与经济基础的重要组成部分。目前,世界上只有少数国家具备自主建设卫星导航系统的能力,正在运行的有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和我国的北斗导航系统,欧洲的伽利略全球卫星定位计划正在部署之中。
自2000年以来,我国先后发射了3颗“北斗导航试验卫星”,建成了北斗导航试验系统。2007年6月,中国自主研发的“北斗运营服务平台”正式开通,这标志着中国已经拥有了完全
自主的卫星导航系统,大规模应用也进入了实质性阶段。2005年7月28日,中国与欧盟就“伽利略”计划签署了3份应用项目合同,成为首个加入“伽利略”计划的非欧盟国家,拥有这一系统的部分所有权和全部使用权。在与“伽利略”计划合作的同时,我国也在完善自己的卫星导航系统。正在建设的新一代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,计划提供开放和授权两种服务,建成之后将成为一个全球性的卫星导航定位系统。
卫星导航定位技术的开发和应用可以大大提升我国的军事、科技水平,对社会经济发展将产生巨大的推动作用。随着技术的发展,它将与通信、遥感、地理信息系统技术融合于一体,共同构筑起广泛满足各种需求的信息服务系统和产业。有了卫星导航技术,人类才能真正从必然王国走向自由王国；有了自己的卫星导航系统,才能确保我国大国崛起目标的实现,并保证我国的大国地位。
卫星导航系统发展至今,因其全球性、连续性、实时性、全天候和高精度的特点,已经广泛应用于陆地、海洋、天空和太空的各类军事及民用领域中,成为目前最常用的导航定位技术。因此,受到了世界各国的极大重视,成为继互联网、移动通信之后发展最快的信息产业之一。作为一种重要的国家信息基础设施,美国、俄罗斯、欧盟都不惜投入巨资建设卫星导航系统。目前,美国GPS、俄罗斯的全球导航卫星系统
(GLONASS)和中国的“北斗一号”卫星导航系统均已投入商业运行。由中国和欧洲15国共同参与的欧洲民用卫星导航“伽利略计划”以及中国的“北斗二号”也在积极推进中。作为无线电导航技术之一,卫星导航技术已经广泛应用于现代军事斗争的许多领域,极大地提高了部队的整体作战能力,是取得现代信息战争主导权的重要手段之一。因此,我们开设关于卫星导航技术专题讲座,向通信工程技术人员、研究生和高年级本科生介绍卫星导航技术的原理及有关知识,希以达到拓宽知识面,共同推动卫星导航技术的发展和应用,并加强卫星导航与通信结合应用研究的目的。本讲座内容涉及卫星导航系统应用现状及发展简史、系统组成、工作原理,介绍卫星导航中的增强技术、组合导航技术、高灵敏接收技术及A-GNSS技术等。
1卫星导航系统简史
导航是一种技术与方法的总称,它的最基本的作用是将运载体(飞机、车辆、舰船及人员)从起始点沿
着所选定的路线安全、准确、准时地导引到目的地。在这个过程中,确定运载体的几何位置(即定位)是基础。
导航的历史久远。利用天体进行导航是最古老、简便、可靠的导航技术。但是,利用任何自然天
体进行导航都不可避免受到观测时间、地点、气象等诸多自然因素的影响和限制。千百年来,航海者
梦寐以求地期望有朝一日,能在全球范围内,不受天气、时间、地点、自身运动状态等条件限制而获
得精确的导航信息。
随着现代科学技术的发展,特别是在宇航技术、电子计算机技术领域里取得重大突破的基础上,人们从
利用自然天体定位,逐步发展到设置人造天体来导航,同时,将集成电路、新的电子元器件、电波传播的研
究、信息论、自动控制理论、系统工程论等应用于导航中,诞生了卫星导航技术,赋予古老的“天文导航”以
新的内容,使人们长久以来的梦想变成了现实。
1957年,苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。苏联人的成功深深地刺激了美国人的神经。为
了尽快在空间技术方面赶上苏联,美国投入了大量的物力和财力,对苏联的卫星进行观测与研究。在观测和
研究过程中,根据研究人员的发现提出:如果在位置坐标已知的地面接收点精确地测出卫星电波的多普勒频
移,就可以推算出卫星的精确轨道。这一提法给另一位研究人员麦柯卢尔(Meclur e)一个有益的启示。1958
年,他提出了一个与上述提法相反的设想:如果卫星轨道是已知的,只要精确测量出卫星电波的多普勒频移,
就可以推算出观测者在地球上的位置。这一设想就成了美国海军导航卫星系统NNSS(Navy Navigat ion
Satellite System)的理论基础。
1958年底,美国海军为了满足为发射北极星导弹的核潜艇提供精确的定位数据
的军事需求,委托霍普金斯大学应用物理实验室对卫星导航进行研究。1964年夏,该
实验室研制的卫星导航系统进行全球性导航试验获得成功,并开始为海军服务。这就
是世界上第一个实用卫星导航系统——海军导航卫星系统,又称“子午仪”
(T RANSIT)卫星导航系统,如图1所示。
其实,在苏联第一颗人造卫星发射之前,利用人造地球卫星进行导航的科学设想
就诞生了。在1955年至1957年间,列宁格勒马让斯基空军工程科学院在谢布萨维奇
教授的领导下,进行了用无线电天文学方法实现飞机领航的可行性研究。在1958年
至1959年间,低轨道卫星无线电导航系统的科学基础取得了实质性进展,这促使苏
联于1963年转向实现第一个低轨道卫星导航系统,并命名为“奇卡达”(CICADA)。
“子午仪”和“奇卡达”系统,即是人类第一代卫星导航系统。这一系统可以提供全球、全天候以及高精
度的导航定位服务,而且安全、经济、可靠,迅速得到广泛地应用。但是,第一代系统有着很多不足。首先,当
时的发射能力不强,卫星轨道低(约1000 km),卫星数量少(4～6颗),对任何一个地方不能提供连续的覆
盖和服务;采用单星、双频多点多普勒频移测速定位体制,定位时间长,定位精度不高,且对运载体的动态
特性敏感;不能定高度,只能提供二维导航数据。
为了弥补第一代卫星导航系统的上述不足,1973年12月,美国国防部整合了海
军和空军分别提出的“时间导航”(T IMAT ION)研究计划和621-B研究计划,提出
了一个全天候的新一代卫星导航系统——全球定位系统(GPS),又称导航星
(NAVSTAR)系统。无独有偶,凭借着谢布萨维奇教授的早期研究,苏联在1978年
也开始了替代“奇卡达”系统的全球导航卫星系统(GLONASS)的计划,其星座如
图2所示。GPS和GLONASS分别在1995年和1996年具备了完全运行能力。这两
个系统都提高了卫星轨道高度(约20000 km),采用多星、高频、基于无询问的伪距、伪距变化率测量定位体
制,比起第一代的卫星导航系统有更高的全球定位精度,且
能连续提供三维(经度、纬度、高度)、三维速度
和精确的时间,实现连续实时的导航定位。
中国到1983年初才开始酝酿利用静止轨道卫星进行导航定位的技术方案。陈芳允院士提出了利用两颗
地球静止轨道卫星测定用户位置的卫星无线电定位系统的概念,并称之为双星定位
通信系统。1989年,双星定位的设想通过使用两颗“东方红二号”对地静止通信卫
星得以证实。2000年10月和12月成功发射了两颗“北斗”导航卫星,建成了中国第
一代卫星导航定位系统——“北斗一代”,2003年5月发射了第三颗“北斗”导航卫
星,使系统进入稳定运行。中国成为世界上第三个拥有独立导航系统的国家。目前,
中国正在进行类似于GPS的“北斗二代”的建设。2007年4月,中国发射了“北斗二代”的试验卫星,2009年4月,又发射了属于“北斗二代”的第一颗正式导航卫星。
图3为北斗一号卫星发射现场。
欧盟在1998年提出GALILEO计划,决定建立一个独立于GPS 的、专门为全球民用用户设计的卫星导
航系统,并于2002年正式启动了GALILEO计划。目前,GALILEO系统完成系统的设计,并于2005年和2007
年各发射了一颗试验卫星。
从上述的发展历史看,世界各国目前的主流卫星导航系统是:1采用约20000 km高度的中高地球轨道
(MEO)卫星组成全球导航星座,以地球静止轨道(GEO)卫星为区域增强卫星,实现区域增强能力;o采用
两个以上的L频段导航信号,实现电离层传播时延的精确校正;?以高精度卫星钟控制下的导航信号为测量
对象,用户通过对至少4颗卫星的伪距测量和伪距变化率的测量完成用户位置坐标和运动速度的确定。
导航系统 (navigat i on system ) 是人类最早的科学系统之一, 只要有移动的需求, 必然会进行某种形式的
导航。简单地说, 导航是将航行体从起始点导引到目的地的技术或方法。在导航过程中, 要解决以下一些基
本问题, 即“我在哪?”“要去哪?”“怎样到?” , 而确定某一点的位置 (即“定位” ) 是完成各种导航功能的关键, 因此导航系统也经常被称为定位系统 (po sit i on ing system )。
1 卫星定位原理
接收机在 T u时刻对卫星 i 的导航信号进行观测, 提取其发送时刻 T s( i)(定位与导航中, 通常以上标或加括号的上标表示导航信号, 本文中采用加括号上标方式; 本文中, 下标“s”表示卫星相关变量, 下标“u”表示用户相关变量)。
若 T u 与 T s
( i) 均为系统基准时间读数, 则接收机与卫星 i 的距离为 r ( i)= (T u - T s ( i)) ·c,
式中 c 为光速, 若此距离可测, 则可通过简单的三球定位原理 (三个半径确定的球面交于一点) 计算接收机坐
标。但事实上, 卫星时钟、接收机时钟与系统基准时间均存在偏差, 导航信号的发送是基于卫星时钟, 观测
时刻的读取是基于接收机时钟, 因此, 观测得到的与上述两时刻对应的读数是 t
( i) 与 t u , 且有 t ( i)= T s ( i)+ δ
t ( i) 和 t u = T u + dt u , 其中δt ( i)、dt u 称为卫星 i 、接收机的钟
差。这样, 得到观测量可表示为
()()()()c t -dt r i u i i ?+=δρ
由于()i ρ是通过将信号传播速度与使用两个并不同步的时钟测得的时间差相乘而确定的 “距离” , 它不但包含了
距离, 还包含有两个钟差项t ( i)
与 t u , 因而不等于真实的传播距离, 称之为“伪距”PR (P seudo Range)。如前
所述, 卫星的钟差参数总是作为导航电文的一部分播发, 简单的计算即可得到相当准确的 ()i ρ; 而一般的导航
接收机通常使用普通的晶振作为本地时间基准, 因此, 与位置一样, 接收机的钟差 tu 也是未知的。这样, 定
位过程实际上在4 维空间中进行——既要确定接收机的3 维空间坐标, 也要确定时间坐标。 设 T s ( i) 时刻, 卫星i 坐标为
, 接收机坐标为 x u y u z u 。
2 定位的误差
2 卫星导航的应用发展
应用的开发以及需求的升级, 必将带来技术的发展。卫星导航技术也逃不出此法则。目前, 卫星导航技
的发展趋势主要表现以下两方面。
( 1) 系统增强技术
随着卫星导航系统的建立, 卫星导航广泛应用于国家安全以及国民经济的各方
面。但对于一些应用领域来说, 卫星导航系统在定位精度、可用性、完好性 ( 在该
系统不能使用时及时向用户发出告警的能力, 是对整个系统所提供信息正确性的置
信度的测量) 方面还是无法满足一些高端用户的使用需求。例如, 它无法满足航空
领域在所有飞行阶段对导航系统的严格要求, 尤其是精度和可靠性要求极高的精密
进近和着陆阶段。为此, 出现了提高定位精度的卫星导航系统差分增强技术。广域
差分增强技术是通过对参考站观测数据进行处理, 并按数学模型计算卫星的星历误
差、卫星钟差、电离层垂向时延网格数据, 并传送给所有导航接收机, 在较广大的区域内使用。局域差分增强技术主要利用的是观测误差的空间相关特性, 为一定范围内 ( 距基准站150 km 以
内) 的导航接收机提供由基准站计算的修正信息 (如伪距误差修正)。目前, 美国的 WAAS ( Wide Are
Augmentat ion Sy stem) 系统及欧盟的EGNOS ( European Geostat ionary Nav ig at io n Overlay Serv ice) 都是典
型的广域差分增强系统, 能够较大程度提高导航性能; 而美国的LAAS 系统则是获得认证的陆基局域增强系
统, 可以为几十公里范围内的飞机提供 I类精密进近服务。虽然说, 卫星导航系统能提供全球、全天候、连续和高精度的服务, 但是, 由于信号容易受到外界干扰
以及由遮蔽引起的卫星信号中断, 从而使得导航接收机在某时、某地不能完成定位功能。为此, 就出现了组合
技术。多个卫星导航系统间的组合, 通过利用各个卫星导航系统相对独立的星座, 增加导航接收机的可见星
数目, 减小导航信号受遮蔽对定位功能的影响, 提高卫星导航系统的可用性甚至提高定位精度。卫星导航与
惯性导航的组合, 根据惯性导航不依赖外界信息, 可完全独立地提供多种较高精度的导航参数 (位置、速度、
姿态) , 但导航参数的误差会随时间累积, 不适于长时间独立导航的特点, 利用卫星导航和惯性导航各自的优点, 提高整体可靠性和精度。目前, 用于美国GPS 系统和俄罗斯GLONASS 系统的双模接收机已经出现, 用
于美国GPS 系统和欧盟的GALILEO 系统的双模接收机也处于深入研究中; 与惯导组合导航也已成为远程精
确打击武器的必备要素。图 5 为现代激光陀螺仪。
为了适应很可能发生在室内环境的紧急情况下个人定位服务的应用, 导航接收机被要求在卫星信号极其
微弱的室内工作并能定位。这样, 出现了高灵敏接收技术和辅助 GNSS ( Global Navig ation Satellite
System) 技术。高灵敏接收技术通过算法来提高接收机的处理增益, 使其能够捕获一般导航接收机所不能捕
获的弱卫星导航信号的技术。辅助 GNSS 技术借助于无线通讯网络 (比如GSM、UMT S、CDMA 等) , 为导
航接收机提供所需的辅助信息, 以支持导航接收机的定位能力或增强在微弱信号条件下的捕获跟踪能力。目
前, 高灵敏度的导航接收机已经问世; 具有AGPS (辅助 GPS) 功能的手机以及 AGPS 服务器等产品已经上
市, 最灵敏的接收机其接收电平较一般接收机低 30 dB。( 2) 导航信号改进
随着无线电技术的发展, 无线电频谱资源越来越紧张。现在多个卫星导航系统工作在同一频段上, 这些卫
星导航系统既希望相互兼容工作, 又希望能够实现互操作——多系统组合导航。为此, 在采用CDMA 多址方
式的前提下, 二进制偏置载波调制方式 BOC ( m, n) 就这样诞生了。由于频谱能量相互错开, BOC 调制可以
和 BPSK 调制共享同一个射频载波而相互影响很小。目前,
在GALILEO 系统以及 GPS 现代化乃至 GPS III
中, 都在某些频点上采用了BOC 调制。
卫星导航系统是军民共用系统, 甚至民用信号与军用信号在一个载波上。为了避免军事应用时对民事应
用的影响, 现在的趋势是, 军用信号与民用信号剥离, 并增加新的民用频点。这不仅使民用用户也能够自行测定电离层延时误差, 更可以通过多个载波形成载波周期较长的组合测量信号, 以解决接收机在进行载波相位
测量时, 初次只能测出信号的小于一个周期的相位值, 而对之前经过了多少载波整周期不得而知的整周模糊,
有利于在导航应用中实现载波相位测量技术, 获得更高精度。
现在, 导航接收机在卫星播发的有导航电文数据的信号上进行伪距和伪距率测量。由于电文数据的存在,
这不利于导航接收机在恶劣环境下通过长的相干积分来提高捕获概率及跟踪测量精度。为解决这个问题, 目
前的流行做法是采用导频加数据通道信号形式, 导频通道用于捕获和跟踪, 数据通道用于发播导航电文, 导
频和数据通道分别为一个载波的两个正交支路上。这样可以为导频支路分配较高的功率, 同时没有电文数据
的影响, 有利于恶劣环境的捕获与跟踪测量, 而数据通道则分配较少的功率, 通过采用先进的纠错编码来保
证电文的正确接收。这么做既可较好地与辅助导航技术配合, 也可保证在无辅助的条件下自主定位。
3 卫星导航技术发展
我国卫星导航定位系统简介
国外导航卫星系统概况及其最新进展
卫星导航增强技术
组合导航技术
卫星导航高灵敏接收技术
)i)
(s T -u (T =i)
(r
A - GNSS 技术
卫星导航的法律规制
结 束 语
综上所述, 卫星导航定位技术的应用前景不可
估量,在未来的军用技术方面,它将提高航空器和航 天器的打击能力和命中精度, 同时可提高各种飞行 器机动性,为空间战提供一个良好的作战平台。此 外, 在民用方面,卫星导航定位技术的出现, 使得各
个领域智能化、 信息化、 高效化、 精确化。所以,大力 发展卫星导航定位技术具有很重要的意义。
国外卫星导航应用标准综述概论
国外卫星导航应用标准综述 一、引言 全球卫星导航系统已深入到各国安全、经济领域的方方面面，已成为现代高新技术民用的成功典范。以产业化程度最高的GPS为例，已逐步演变为一种世界性的高新技术产业，它使航空、航海、测绘、时间及机械控制等传统产业的工作方式发生了根本的转变，它开拓了个人移动位置服务等全新的信息服务领域。随着卫星导航应用的逐步深入及应用领域的逐渐拓展，国外发布了大量卫星导航应用标准，本文将主要针对目前检索到的国外卫星导航应用标准进行梳理和分析。 二、国际及国外卫星导航相关标准化组织 卫星导航应用范围非常广，涉及卫星导航相关的国际和国外标准化组织也非常多，它们共同研究制定各国在航空、航海等领域赖以遵循、统一通用的导航条约法规、规范等标准。与卫星导航相关的国际级标准化组织主要有国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）。此外，还有其他比较权威的区域标准化组织和国际组织也参与制定和发布卫星导航技术标准。经过调研与分析，共整理出了24个与卫星导航相关的标准化组织，这些标准化组织并不能涵盖卫星导航应用的所有领域，但已反映了卫星导航应用主流领域的标准化组织情况，如表1所示。其中美国的标准化组织有8个，欧洲的标准化组织有4个，核心的标准化组织除ISO、IEC和ITU外，还有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM 和RTCA。
三、国外卫星导航应用标准分析 通过对表1中24个组织和机构的调研，共检索到卫星导航应用相关标准191项。经过整理和分析， 表1 与卫星导航相关的国际、国外标准化组织和国际组织（双线分割）
可将其归纳为卫星导航系统标准、卫星导航应用基础标准、电子地图标准、接收设备数据格式标准、差分技术标准、接收设备性能要求与检测方法六类。其中，卫星导航系统标准主要是各卫星导航系统的接口标准、系统性能标准；卫星导航应用基础标准主要为术语类和时空系统类标准；接收设备数据格式主要为应用领域的接收设备通用数据格式要求标准，差分技术标准为增强导航定位精度采用的差分技术和格式标准；接收设备性能要求与检测方法主要是各类接收机的标准。 1.卫星导航系统标准 1.1系统接口标准 系统接口标准主要是各卫星导航系统研制国公布的接口控制文件。目前GPS系统、GLONASS系统和Galileo系统都已经公布了各自的接口控制文件。 以GPS系统为例，自20世纪90年代末美国政府提出GPS现代化计划以来，美国军方先后发布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、IS-GPS-800和IS-GPS-870四类接口性能规范：IS-GPS-200对GPS空间段与GPS无线电频率链路1（L1）和2（L2）的用户接收机之间的接口要求进行了定义，最新版本为IS-GPS-200G； IS-GPS-705规定了GPS无线电频率链路5（L5）上全球定位系统空间段和导航用户段之间的接口要求，其最新版本为IS-GPS-705C； IS-GPS-800定义了无线电频率链路1（L1）上GPS卫星与导航接收机之间的信号传输特征。虽然广播频段L1内有多个信号，这个接口规范只定义了L1内的民用信号（L1C），其最新版本为IS-GPS-800C；
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
北斗卫星导航系统与应用综述
北斗卫星导航系统及应用综述 0引言 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，可在全球围全天候、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。 1 北斗卫星导航系统基本信息介绍 中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 1.1 北斗卫星导航系统的定位原理 “北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同,GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航,由用户设备独立解算自己的三维定位数据,而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分,由两种基本形式的卫星组成,分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此,“北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。“北斗”导航卫星分别在1559MH z～1610MH z、1200MH z～1300MH z两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号, 具有公开服务和授权服务两种服务模式[1]。 “北斗二号”导航卫星系统体制第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是: 第二代用户机可免发上行信号,不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定位, 系统的用户容量不受限制,并可提高用户位置隐蔽性。
北斗卫星导航系统常识简介
北斗卫星导航系统常识 简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
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
全球四大卫星导航系统对比
简单对比全球四大卫星导航系统 2011年12月27日，对于中国的高精度测绘定位领域来说是一个不平凡的日子，中国北斗卫星导航系统(CNSS)正式向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，这是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。 在此之前，美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。与此同时，欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划。 那么，这四大卫星导航系统之间到底有着怎么样的区别和联系呢？下面，就让我们来逐个分析一下，通过四大卫星导航系统的优劣分析，给大家一个较为明显的概念。 四大卫星导航系统各有优势，详情如下： GPS：成熟 GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，她最大的特点就是技术方面最为成熟。 美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。1994年3月，由24颗卫
星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。 中国北斗：互动开放 北斗卫星导航系统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。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。目前市面上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。 欧盟伽利略：精准 伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。 俄罗斯格洛纳斯：抗干扰能力强 早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定
《“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
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星定位系统 一．GPS系统（美国） 二．北斗系统（中国） 三．GLONASS系统（俄罗斯） 四．伽利略卫星导航系统（欧盟） GPS系统（美国） GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。 （1）空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。 （2）控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。 （3）用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。 主要功能： 导航 测量 授时
标准：全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001 Specifications for global positioning system (GPS) surveys 种类： GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 北斗卫星导航系统 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System， 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。 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 度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 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，
全球卫星导航系统测量报告
全球卫星导航系统测量报告摘要： 全球卫星导航系统可以以高精度、全天候、快速地测定地面点的三位坐标，点间无需通视，不用建标，比常规测量方法的成本低，而且具有仪器轻巧，操作方便等优点，对传统测量的理论与方法产生了革命性的影响，促进了测绘科学技术的现代化，在军事、民用及其他领域都得到了广泛的应用。在工程测量的各个领域，从一般的控制测量到精密工程测量，都显出极大的优势。这种技术还可以应用在桥梁工程、隧道与管道工程、海峡贯通与连接工程、精密设备安装工程等。 全球卫星导航系统无疑极大地改变了以往需要巨大人力与精力来进行测量的局面，促进了生产力与各种工程领域的发展。因此，研究这一系统是有极大的必要性的。 正文： 一．全球卫星导航系统的发展 为了实现全球性、全天候、高精度地连续导航定位，美国国防部从1973年开始，进过二十多年的发展，号子三百亿美元，于1993年成功建立了第二代卫星导航系统——GPS卫星全球定位系统。GPS 是利用卫星发射的无线电信号进行导航定位，它有着良好的保密性与抗干扰性，同时也满足了人们对于开发这一系统的初衷。这是美国导航技术现代化的重要标志。 目前全球卫星导航系统除了美国的GPS系统外，还主要有俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧盟的GALILEO等。
GLONASS系统开发于苏联时期，后来由俄罗斯建立了本国的全球卫星导航系统，1995年建成了由24颗卫星组成的卫星星座。这一系统至少需要18颗卫星来提供对俄罗斯全境的卫星定位与导航服务，如果要对全球来提供服务则需要24颗卫星。主要服务内容为确定陆地、海洋、空中目标的坐标与运动速度等信息。但由于各种因素的影响，该系统很长一段时间内不能进行正常的工作。目前该系统正在进行全面更新。 伽利略定位系统是由欧盟主导的一个正在建造的卫星定位系统。是继GPS和GLONASS之后第三个可供民用的定位系统。该系统由30颗卫星组成，于2005年发射了第一颗卫星，由于技术问题，完成目标由2008年延长到了2014年左右。 伽利略卫星导航系统是民用定位系统，不存在军用和民用冲突的问题。此外，其卫星运行高度高于GPS系统的卫星，因此覆盖率较高，定位精度将优于GPS全球定位系统。 北斗卫星导航系统是我国目前正在实施的自主开发、独立运行的主动式卫星导航系统。2000年发射了第一颗北斗卫星，到2003年，组成了第一代由三颗地球同步卫星组成的实验星座，可用于我国境内和周边地区的导航定位。 我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段将有五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成。截止2012年，我国已经发射了16颗卫星。目前的开放服务对服务区内免费提供定位、测速和授时服务。授权服务将对授权用户提供更加安全的定位、测速、授时、通信和系
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
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统 目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的"伽利略"系统、和中国的北斗卫星导航系统。 一、美国GPS长期垄断 美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS"收获颇丰"。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。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"。在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。 2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号："斩首行动"；4月，一架B-1B"枪骑兵"轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。 二、俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统 "格洛纳斯GLONASS"是俄语中"全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE"的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。1995年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。它也由24颗卫星组成，原理和方案都与GPS类似，不过，其24颗卫星分布在3个轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，同平面内的卫星之间相隔45°。每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上运行，轨道周期为11小时15分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自称，多功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。如果必要，该
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 北斗一号卫星导航系统是我国第一代区域卫星导航系统，也是继GPS和GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。作为我国自主建设的卫星导航系统，其政治，经济，军事意义不言而喻。同美国的GPS相比。有其独特之处，如其具有短信通讯功能就是GPS所不具备的，但总体来看，北斗一号存在明显不足： 1.定位原理：北斗一号是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据；GPS是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据。 2.用户容量：北斗一号由于是主动双向测距的询问应答系统，其用户设备容量有限；GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的 3.生存能力：和所有导航定位卫星一同一样，北斗一号基于中心控制系统和卫星的工作，但是北斗一号对中心控制系统的依赖性明显要大的多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成 4.实时性：北斗一号用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的
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。
我国及世界各国导航卫星发展状况综述
我国及世界各国导航卫星发展状况综述 China and the world of the development of navigation satellite 摘要随着卫星导航技术的飞速发展，卫星导航已基本取代了无线电导航、天文导航等传统导航技术，成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候等方面取得了较大提高。目前世界上采用的定位系统主要为美国的全球定位系统(GPS )，俄罗斯的全球卫星导航系统(GLONASS)，欧洲的伽利略系统(GALILEO )，中国的“北斗一号”导航系统以及日本的准天顶卫星系。 关键词GPS GLONASS 伽利略全球卫星导航定位系统“北斗一号”导航系统准天顶卫星系统 一、GPS全球定位系统 GPS是“Global Positioning System”即“全球定位系统”的简称。该系统原是美国国防部为其星球大战计划投资10多亿美元而建立的。其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。GPS系统的研制计划分为三个阶段。第一阶段(1973-1978)是方案论证阶段。第二阶段(1979-1985)是工程研制和系统试验阶段，测试结果令人满意，系统达到了预定设计目标，当时有7颗实验卫星在轨道上飞行，已提供了有限的导航能力。第三阶段为改善系统性能，为整个系统投人使用阶段。原计划从1986年起，由航天飞机分批把工作型卫星送入轨道，1989年系统全面组网实用，达到三维定位能力。由于航天飞机失事,GPS 系统的第三阶段计划被推迟到1989年2月才开始执行。1990年左右，轨道上已有12颗卫星，实现二维定位能力;1992年左右，GPS系统已全面组网进人实用阶段。1993年GPS太空卫星网完全建成。 GPS是24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。这24颗卫星分布在高度为2万公里的6个轨道上绕地球飞行。每条轨道上拥有4颗卫星，在地球上任何一点，任何时刻都可以同时接受到来自4颗以上卫星的信号。也就是说GPS 的卫星所发射的信息覆盖着整个地球表面。 目前GPS的发展主要分为以下几个阶段: 1、GPS现代化第一阶段：发射12颗改进型的GPS BLOCKⅡR型卫星，它们具有一些新的功能。既能发射第二民用码，即在L2上加载CA码;在L1和L2上播发P( y)码的同时，在这两个频率上还试验性的同时加载新的军码(M码); ⅡR 型的信号发射功率，不论在民用通道还是军用通道上都有很大提高。 2、GPS现代化第二阶段：发射6颗GPS BLOCKⅡF (“ⅡF Lite" )。GPS BLOCK ⅡF 型卫星除了有上面提到的GPS BLOCK ⅡR型卫星的功能外，还进一步强化发射M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。GPSⅡF型卫星的第一颗的发射不迟于2005年。到2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗ⅡF型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以ⅡF卫星运行，共计24+3颗。 3、GPS现代化计划的第三阶段：发射的GPS BLOCK Ⅲ型卫星，在2003年
全球卫星导航系统的发展现状
0.引言 GPS的投入运行对当今社会经济、军事产生了革命性影响，各个国家对它的依赖性不断加大。同时，为了避免受制于人，各国纷纷研制自己的全球卫星导航系统。紧随美国之后，俄罗斯建成了GLONASS 系统，但由于资金长期短缺以及其他种种原因，导致在轨工作卫星曾大量空缺，不能提供全天候、全球性的定位服务。而欧盟正在开发的伽利略(GALILEO)卫星导航系统是一个独立的，性能优于GPS，与现有全球卫星导航系统具有互用性的民用全球卫星导航系统。争奇斗艳的全球卫星导航定位系统将会给当今的信息社会带来深远的影响。 1.美国GPS的发展现状 1.1GPS导航定位原理GPS是在美国海军导航卫星系统的基础上发展起来的以卫星为基础的无线电导航定位系统。它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能，能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 GPS系统由空间卫星星座、地面监控系统及用户设备组成。GPS 空间星座部分由24颗GPS卫星（含3颗备用卫星）组成，卫星均匀分布于倾角为55°的6个轨道面上，轨道平均高度约为20200km。每颗GPS卫星发射两个载波(1575.42MHz/L1和1227.60MHz/L2)信号，在其上用相位调制技术加载了测距码和导航电文，供用户接收机使用。地面监控系统由一个主控站、3个注入站和5个监控站组成，其主要功能是采集数据、编算GPS导航电文及系统维护等。用户设备是实现GPS卫星导航定位的终端设备，由GPS接收机硬件和数据处理软件组成，它通过接收并处理GPS卫星信号，可得到用户的时间、位置、速度等参数[1][2]。 1.2GPS自身的缺陷 现行的GPS系统存在如下的缺陷：BlockⅡ（BlockⅡA）GPS卫星信号的强度极其微弱（天顶运行的GPS卫星的信号强度仅有3.5E-16W），几乎淹没于背景噪音之下，并能被建筑物等阻挡物反射，产生多路径效应。 调制于L1载波上的C/A码和P码都位于L1的中心频带，易于受到人为干扰。通常情况下，对P码的捕获和跟踪是通过先捕获C/A码和巧用Z计数的方法实现的。这样，如果人为地干扰C/A码的接收，也就等效于P码受到干扰。 民间用户难以同时获得L1-P码伪距和L2-P码伪距，无法实现GPS双频观测的电离层效应距离偏差改正，限制了GPS单点定位精度的提高。 GPS的系统组成和信号结构都不能满足当前的需要。例如：在高纬度地区，严重影响导航和定位，在中、低纬度地区，每天总有两次盲区、每次盲区历时20～30分钟，盲区时，PDOP值远大于20，给导航和定位带来很大的误差。 为确保导航定位的精度，GPS的卫星导航电文必须每天更新一次，地面监控系统担负着编算和注入导航电文的重要任务，一旦地面监控系统受到破坏，军用和民用用户都不能得到高精度的GPS导航定位服务。 1.3GPS现代化的举措[3] 针对上述情况，GPS执行委员会(IGEB)、GPS顾问委员会(GIAC)和导航学会(ION)召开多次国际会议，讨论GPS现代化的问题。根据GPS 执行委员会有关资料，GPS现代化的主要措施主要有： 取消了GPS SA政策，给民用用户带来了明显的效益。 发射BlockⅡR卫星更换BlockⅡ/ⅡA卫星。与BlockⅡ/ⅡA卫星相比，BlockⅡR卫星在功能上有如下扩充：在L2载波上增设C/A码（或L2C码）；在L1和L2载波上各增设一个军用伪噪声码（M码）；可根据指令增强L2载波上的P（Y）码、L1载波上的P（Y）码和C/A的功率。BlockⅡR-M卫星的功能更进一步加强：能作卫星之间的距离测量；能在轨自主更新和精化GPS卫星的广播星历和星钟A系数；能进行星间在轨数据通讯，在无地面监控系统干预的情况下，可进行自主导航。 发射BlockⅡF卫星。BlockⅡF卫星除具有BlockⅡR卫星的全部功能外，还在保护波段增加第三民用信号L5（1176.45MHz），并增加了卫星间的数据通道。到2008年6月，GPS在轨卫星共有31颗，其中BlockⅡA卫星13颗，BlockⅡR卫星12颗，BlockⅡR-M卫星6颗。 发射BlockⅢ（GPSⅢ）卫星。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPSⅢ型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险。计划在2009年发射GPSⅢ的第一颗实验卫星，2030年完成整个星座的更新。 地面监控系统现代化的措施主要有：给监测站装备数字式GPS 信号接收机和计算机；用分布式结构计算设备替换现有的主计算机；采用精度改善技术建立卫星控制集成网络，完善BlockⅡR卫星的全运行能力；在美国本土（卡纳维拉尔角）增建一个监控站（使监控站增至6个）；在范登堡空军基地建立一个备用主控站；增强BlockⅡR卫星的指令和控制能力。 2.俄罗斯GLONASS的发展现状 2.1GLONASS简介 为了应对美国的全球卫星定位系统GPS，前苏联从上世纪80年代初开始建设与美国GPS系统相类似的卫星定位系统GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System)，于1995年12月将其发展成为由24颗GLONASS卫星组成的工作星座。该系统也由空间卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。空间卫星星座为21颗卫星分布在夹角为120°的3个倾角为64.8°轨道面上，另外3颗卫星备用。GLONASS通过两个频率发射导航信号，但它的每颗卫星的频率都不相同。 GLONASS可供国防、民间使用，不带任何限制，也不计划对用户收费，并声明不引入选择可用性（SA）。但由于俄罗斯经济困难，卫星的补充和维护得不到保证，GLONASS在轨卫星曾大量空缺（2000年情况最严重时只剩下6颗卫星），破坏了其星座完整程度，致使该系统的可用性大大下降。 2.2GLONASS的恢复和现代化 GLONASS的危机引起了俄方的重视，俄罗斯认识到“出于国家安全战略的考虑，俄罗斯应该使用本国的GLONASS系统，而非美国的GPS或者是欧洲的GALILEO导航系统”。随着经济复苏，俄政府在本世纪初制定了“拯救GLONASS”的补星计划，并决定启动逐步改善和提高GLONASS性能的现代化改造。 补星和现代化计划共分三个阶段：第一阶段为补充新的卫星以满足GLONASS系统正常运行的最低要求。第二阶段为GLONASS－M计划，即研制新的GLONASS－M卫星。新的GLONASS－M卫星搭载了铯钟，增强了信号的稳定性；改善了信号结构，增加了附加信息；安装了滤波器，消除了1601.6MHz~1613.8MHz以及1660.0MHz~ 1670.0MHz频段的信号干扰；与此同时，其寿命也由原来的3年延长至7~8年；该阶段计划达到18颗在轨运行卫星(包括GLONASS卫星 全球卫星导航系统的发展现状 项鑫1刘红旗2李军杰3 （1.中国地质大学<武汉>地空学院湖北武汉430074；2.平顶山煤业集团土建公司河南平顶山467000； 3.河南城建学院河南平顶山467000） 【摘要】GPS现代化计划提出了更新星座和地面系统、增加第三民用信号L5、增加卫星间的数据通道、发射BlockⅢ（GPSⅢ）卫星等措施，GLONASS正在逐步实施补星和现代化计划，GALILEO可望提供六项更优的服务。分析了全球导航定位系统的发展与应用状况，讨论了导航定位信息的融合情况与应用前景。 【关键词】GPS；GLONASS；Galileo；CNSS；信息融合 66
全球卫星导航系统原理与应用
第六章全球卫星导航系统原理及应用 第一节卫星定位技术简介 一、概述 具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球卫星导航系统，英文全称为Global Navigation Satellite System，简称为GNSS。目前已有的卫星导航系统包括美国的全球卫星定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统、中国北斗卫星导航广域增强系统。 全球定位系统（GPS）是众多卫星导航系统之一，GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是：利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助GPS导航卫星信号来确定地面点的准确位置。 随着GLONASS系统、GALILEO系统以及中国的北斗系统逐步组网运营，综合各大导航系统的多星系统接收机逐步替代了先前的GPS定位的单一系统，其作业效率、定位精度、定位的稳定性与可靠性都得到了大幅度的改善。 二、卫星定位技术的发展 1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星后，人们就开始利用卫星进行定位和导航的研究，人类的空间科学技术研究和应用跨入了一个崭新的时代，世界各国争相利用人造地球卫星为军事、经济和科学文化服务。同时，卫星定位技术在大地测量学的应用也取得了惊人的发展，迅速跨入了一个崭新的时代。 （一）早期的卫星定位技术 卫星定位技术是指人类利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。卫星大地测量就是利用人造地球卫星为大地测量服务的一门学科。它的主要内容是在地面上观测人造地球卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大地测量任务，例如测定地面点的相对位置，测定地球的形状和大小等。 早期，人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的观测站对卫星的瞬间位置进行摄影测量，测定测站点至卫星的方向，建立卫星三角网。同时也可利用激光技术测定观测站至卫星的距离，建立卫星测距三角网。通过这两种观测方法，均可以实现地面点的定位，也能进行大陆同海岛的联测定位，解决了常规大地测量难以实现的远距离联测定位问题，这是常规定位技术望尘莫及的。 1966至1972年期间，美国国家大地测量局在英国和联邦德国测绘部门的协作下，用卫星三角测量方法测设了一个具有45个测站点的全球三角网，获得了±5m的点位精度。然而，
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，