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北斗導(dǎo)航系統(tǒng)介紹
下面，我們重點(diǎn)介紹我國(guó)的北斗系統(tǒng)。
衛(wèi)星定位正在改變我們的生活
隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升和外部環(huán)境的變化，再加上科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)和第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)GPS制導(dǎo)高精度打擊武器的啟示，構(gòu)建一個(gè)類似GPS的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)開始提上日程。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)域性的有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），包括北斗衛(wèi)星定位試驗(yàn)系統(tǒng)（“北斗一號(hào)”）和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)（“北斗二號(hào)”）。開發(fā)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的目的是向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進(jìn)性這4項(xiàng)原則。“北斗一號(hào)”方案于1983年提出，2011年4月10日4時(shí)47分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭，成功將第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，這次發(fā)射標(biāo)志著北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本系統(tǒng)建成。目前，我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已構(gòu)成“3＋3”（3顆GEO衛(wèi)星加上3顆IGSO衛(wèi)星）基本系統(tǒng)，即將具備向我國(guó)大部分地區(qū)提供初始服務(wù)的條件，使我國(guó)成為繼美、俄之后，世界上第三個(gè)具備自主無(wú)源衛(wèi)星導(dǎo)航定位能力的國(guó)家。
按照我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)到2012年覆蓋亞太地區(qū)，到2020年將覆蓋全球，并將以“北斗加GPS”技術(shù)在全國(guó)逐步替代單一的GPS導(dǎo)航。目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)已進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，將于明年建成由10多顆衛(wèi)星組成的北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為亞太地區(qū)提供高性能服務(wù)，2020年，我國(guó)將建成由30多顆衛(wèi)星組成的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，向全球用戶提供服務(wù)。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)需要發(fā)射35顆衛(wèi)星，足足要比GPS多出11顆。按照規(guī)劃，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)將有5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，采用“東方紅”-3號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)。30顆非靜止軌道衛(wèi)星又細(xì)分為27顆中軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜同步(IGSO)衛(wèi)星組成，27顆MEO衛(wèi)星平均分布在傾角55度的三個(gè)平面上，軌道高度21500公里。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)將提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位，測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)主要應(yīng)用于軍事，將向授權(quán)用戶提供更安全與更高精度的定位，測(cè)速，授時(shí)服務(wù)，外加繼承自北斗試驗(yàn)系統(tǒng)的通信服務(wù)功能。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)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(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站。北斗的用戶端除支持北斗用戶端之外，還支持美國(guó)GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐洲“伽利略”（GALILEO）等其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)的終端。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作過(guò)程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同 時(shí)發(fā)送詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問(wèn)信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控 制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用戶的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對(duì)定位申請(qǐng)，中心控制系統(tǒng)測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問(wèn) 信號(hào)，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用 戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個(gè)延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的 距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存 儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐 標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：第一是短報(bào)文通信：和GPS相比，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雙向的傳輸，一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息。第二是精密授時(shí)：精度達(dá)10納秒。第三、定位精度：水平精度100米(1σ)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。
北斗導(dǎo)航定位和GPS定位系統(tǒng)，首先都是導(dǎo)航定位系統(tǒng)，采用的定位技術(shù)不同，定位的范圍也不相同。另外，通訊功能是GPS所沒(méi)有的，而北斗系統(tǒng)就有。因此北斗系統(tǒng)早已應(yīng)用于我國(guó)海上漁業(yè)。雖然海上沒(méi)有手機(jī)信號(hào)，但是漁民在裝載了北斗系統(tǒng)的漁船上依然可以給家人發(fā)短信，報(bào)平安。
北斗的定位功能也與GPS有所區(qū)別，用北斗不但能夠知道自己在哪里，還能讓別人知道你在哪里。
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的主要區(qū)別是：
（1）覆蓋范圍：目前，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國(guó)本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°～140°，北緯5°～55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。
（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°。
（3）定位原理：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)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(cè)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)。
（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(cè)距的詢問(wèn)--應(yīng)答系統(tǒng)，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問(wèn)信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率，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(cè)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(cè)距定位，GPS的用戶設(shè)備容量是無(wú)限的。
（6）北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)也有一些自身的特點(diǎn)，其具備的短信通訊功能是GPS所不具備的。
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